JP4337999B2 - 焦点位置制御機構及び方法、並びに、半導体ウェハの検査装置及び方法 - Google Patents
焦点位置制御機構及び方法、並びに、半導体ウェハの検査装置及び方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズの自動焦点合わせを行う焦点位置制御機構及び方法、並びに、半導体ウェハの外観検査を行う半導体ウェハの検査装置及び方法に関するものである。
【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製造工程において、例えば、異物が付着したり、パターン欠陥が生じていたり、寸法異常が生じていたりすると、デバイスパターンに欠陥が生じる。このような欠陥が生じた半導体デバイスは、不良デバイスとなり、製造工程における歩留まりを低下させる。
【０００３】
従って、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、このような異物、パターン欠陥、異常寸法等によって発生する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施す必要がある。このように早期に欠陥の原因を突き止めて製造工程に対策を施し、歩留まりを向上させることによって、例えば新たなプロセスを早く立ち上げることができ、そのプロセスで高い収益を得ることができる。
【０００４】
そこで、半導体デバイスに欠陥が生じた場合には、半導体の検査用顕微鏡装置を用いて、その欠陥を検出し、その欠陥の原因を追求し、その結果から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。この半導体の検査用顕微鏡装置は、半導体ウェハ上の欠陥を拡大して観察することができ、或いは、拡大した欠陥を撮像してその画像をモニタ上に映し出すことができる、いわゆる光学顕微鏡のような装置である。この半導体の検査用顕微鏡装置を用いることにより、不良デバイスの欠陥がどのようなものであるかを識別することができる。
【０００５】
近年、半導体プロセスのデザインルールは、現在、線幅０．１８μｍが主流になり、さらに微細化が進み、０．１５μｍや０．１３μｍといったプロセスの導入も進んできている。このような半導体プロセスのデザインルールの微細化の進展に伴い、これまでに無視できた微小欠陥も問題となり、検出すべき欠陥の寸法が小さくなってきている。
【０００６】
そのため、半導体の検査用顕微鏡装置では、このような微小欠陥を観察するために、高い倍率の対物レンズが必要とされる。
【０００７】
ところが、高い倍率を得ることができる対物レンズは、焦点深度がきわめて短くなる。例えば、開口数（ＮＡ）０．９、倍率１００倍であるとすると、焦点深度は、±０．５μｍ以下となる。このように、短い焦点深度の焦点位置を、例えば、検査の度に手作業等で調整することは、非常に困難である。そのため、半導体の検査用顕微鏡装置では、手作業によらず、正確且つ高速に自動焦点合わせを行う機構が必要となる。
【０００８】
従来の半導体の検査用顕微鏡装置は、レーザ光やＬＥＤ光を測定用光プローブにより対物レンズに入射し、その反射光を検出することにより、半導体ウェハと対物レンズとの距離を検出する距離検出機構が設けられていた。従来の半導体の検査用顕微鏡装置は、一般に、この距離検出機構により検出された距離情報に基づき対物レンズと半導体ウェハとの距離を制御し、対物レンズの焦点位置を半導体ウェハの観察面に一致させて、自動焦点合わせを行っていた。
【０００９】
このような従来の半導体の検査用顕微鏡装置に用いられる自動焦点合わせ機構を図１５に示す。
【００１０】
従来の自動焦点合わせ機構１００は、この図１５に示すように、検査対象となる半導体ウェハ１０１を支持するステージ１０２と、レーザ光を出射するレーザダイオード１０３と、レーザダイオード１０３から出射されたレーザ光を集光して半導体ウェハ１０１に照射する対物レンズ１０４と、半導体ウェハ１０１により反射されたレーザ光を受光するフォトディテクタ１０５とを有している。
【００１１】
また、この従来の自動焦点合わせ機構１００は、レーザダイオード１０３からの出射光と半導体ウェハ１０１からの反射光との光路を分離するハーフミラー１０６と、レーザダイオード１０３とハーフミラー１０６との間に設けられたナイフエッヂ１０７と、ハーフミラー１０６と対物レンズ１０４との間に設けられたコリメータレンズ１０８とを有している。
【００１２】
また、この従来の自動焦点合わせ機構１００は、フォトディテクタ１０５の検出電流から位置検出信号を生成するプリアンプ１１１と、プリアンプ１１１からの位置検出信号に基づきステージ１０２を駆動するサーボ回路１１２とを有している。
【００１３】
ステージ１０２には、検査対象となる円板状の半導体ウェハ１０１が載置されている。このステージ１０２は、載置された半導体ウェハ１０１を高さ方向（対物レンズ１０４に対して接したり離れたりする方向）に移動させる。このステージ１０２は、サーボ回路１１２から供給される駆動信号に応じて、その移動が制御される。
【００１４】
レーザダイオード１０３は、所定の波長のレーザ光を出射する。レーザダイオード１０３から出射されたレーザ光は、ナイフエッジ１０７によりスポット形状が半円状とされ、ハーフミラー１０６に入射する。ハーフミラー１０６は、レーザダイオード１０３から照射されたレーザ光を反射する。ハーフミラー１０６により反射されたレーザ光は、コリメータレンズ１０８で平行光とされた後、対物レンズ１０４に入射する。対物レンズ１０４は、平行光とされたレーザ光を集光して半導体ウェハ１０１に照射する。
【００１５】
半導体ウェハ１０１上に形成されるレーザスポットは、ナイフエッジ１０７が設けられているため、その形状が半円状となる。
【００１６】
対物レンズ１０４により集光されたレーザ光は、半導体ウェハ１０１により反射され、再度、対物レンズ１０４、コリメータレンズ１０８を通過し、ハーフミラー１０６に入射される。ハーフミラー１０６は、半導体ウェハ１０１からの反射光をこんどは透過する。ハーフミラー１０６を透過した反射光は、フォトディテクタ１０５に照射される。
【００１７】
フォトディテクタ１０５は、その配置位置がレーザダイオード１０３と共役の関係にある。フォトディテクタ１０５は、半導体ウェハ１０１からの反射光を受光し、電気信号に変換し、その電気信号をプリアンプ１１１に供給する。
【００１８】
プリアンプ１１１は、フォトディテクタ１０５から供給された電気信号から、フォトディテクタ１０５上に形成されるレーザスポットの重心位置を示す差分信号を求め、この信号から半導体ウェハ１０１と対物レンズ１０４との間の距離を示す距離検出信号を生成する。
【００１９】
サーボ回路１１２は、供給された距離検出信号が目標値となるようにステージ１０２を高さ方向に駆動して、サーボ制御を行う。ここで、この目標値を、対物レンズ１０４の焦点距離に設定することにより、半導体ウェハ１０１の高さ位置が、対物レンズ１０４の焦点位置に一致することとなる。
【００２０】
つぎに、この従来の自動焦点合わせ機構１００による距離検出原理について説明する。
【００２１】
半導体ウェハ１０１上に形成されたレーザスポットの形状は、ナイフエッヂ１０７の影響から半円状となる。この半導体ウェハ１０１上に形成されたレーザスポットは、図１６に示すように、焦点位置と反射面とが一致しているときには、スポットサイズが最も小さくる。そして、焦点位置から反射面が離れていくほど、そのスポットサイズが大きくなり、また、焦点位置の前後で、合焦時のスポット位置を中心にその半円形状が対象になっている。
【００２２】
このように半導体ウェハ１０１上に形成されるレーザスポットは、焦点位置のずれ量に応じて、その重心位置が線形的に移動していく。この重心位置ずれは、フォトディテクタ１０５にも反映する。
【００２３】
そして、例えば、光検出領域が複数の領域に分割されたフォトディテクタ１０５を用いて各領域の光量の差等を検出することにより、レーザスポットの受信位置のずれを検出する。この重心位置のずれから半導体ウェハ１０１上に形成されたレーザスポットの焦点位置のずれ量を求め、半導体ウェハ１０１と対物レンズ１０４との距離を検出することができる。
【００２４】
従来の半導体の検査用顕微鏡装置では、以上のような自動焦点合わせ機構１００を用いて、半導体ウェハ１０１と対物レンズ１０４との焦点距離を合わせ、その後、この対物レンズ１０４を用いて半導体ウェハ１０１上のデバイスパターンを拡大し、拡大した部分の観察を行う。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウェハには、転写された回路間を接続するアルミニウムや銅等を用いた金属配線が形成されている。この金属配線は、複数層に亘って立体配線されているのが一般的である。各配線層の間は、例えば、ＳｉＯ2等からなる層間絶縁膜が形成され、電気的な絶縁を保っている。製造プロセスにおいては、層間絶縁膜を約１μｍ程度形成した後、その上に金属配線を形成する。そして、その上にさらに層間絶縁膜及び次の金属配線を形成し、このような工程を複数回に亘って繰り返す。半導体の検査用顕微鏡装置は、こうした各工程において、金属配線の断線や短絡等を検査するために用いることができる。
【００２６】
ところが、半導体ウェハの層間絶縁膜は、通常、２酸化シリコンで形成されており、光を透過してしまう。そのため、上述した自動焦点合わせ機構１００を用いて、半導体ウェハ上にレーザスポットを形成すると、図１７（Ａ）及び（Ｂ）のＸに示すように、そのスポットが金属配線上にあればその金属配線までの距離を検出することができるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）のＹに示すように、そのスポットが層間絶縁膜上にあると反射面が金属配線より下層に位置してしまうので、検査対象となる金属配線までの距離を検出することができない。
【００２７】
そのため、このような自動焦点合わせ機構を備えた従来の半導体の検査用顕微鏡装置では、層間絶縁膜上に形成された金属配線に対して、対物レンズの自動焦点あわせをすることが困難であった。
【００２８】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、対物レンズの自動焦点合わせを行うことができる焦点位置制御機構及び方法、並びに、対物レンズの自動焦点合わせを行い、半導体ウェハの外観検査を行う半導体ウェハの検査装置及び方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に焦点位置制御機構は、光を透過する材料上に光反射パターンが形成された照射対象物を支持する支持手段と、上記支持手段により支持された上記照射対象物に対して、対物レンズで集光した光を照射する照射手段と、上記対物レンズを用いて上記照射対象物上に光スポットを形成し、形成した光スポットからの反射光を検出することにより、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段が検出した上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離に基づき上記支持手段及び／又は上記対物レンズを移動させ、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる制御を行う制御手段とを備え、上記距離検出手段は、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記照射対象物上に形成した光スポットを、この照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出する。
【００３０】
この焦点位置制御機構では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を光軸に対して直交する方向に振動させることにより、照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から照射対象物に形成されている光反射パターンと上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる。
【００３１】
本発明に係る焦点位置制御方法は、光を透過する材料上に光反射パターンが形成された照射対象物に対して集光した光を照射する対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる焦点位置制御方法であって、上記対物レンズを用いて上記照射対象物上に光スポットを形成し、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、上記各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出し、検出した上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離に基づき、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる。
【００３２】
この焦点位置制御方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から照射対象物に形成されている光反射パターンと上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる。
【００３３】
本発明に係る半導体ウェハの検査装置は、金属配線が形成された半導体ウェハを支持する支持手段と、上記支持手段により支持された半導体ウェハに対して、対物レンズで集光した光を照射する照射手段と、上記対物レンズを用いて上記半導体ウェハ上に光スポットを形成し、形成した光スポットからの反射光を検出することにより、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段が検出した上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離に基づき上記支持手段及び／又は上記対物レンズを移動させ、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる制御を行う制御手段と、上記照射手段により上記半導体ウェハに対して集光された光の反射光を検出して、上記半導体ウェハの画像を撮像する撮像手段と、上記撮像手段により撮像された画像を処理して、上記半導体ウェハを検査する検査手段とを備え、上記距離検出手段は、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記半導体ウェハ上に形成した光スポットを、この半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出する。
【００３４】
この半導体ウェハの検査装置では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から半導体ウェハに形成されている金属配線と上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させる。そして、この半導体ウェハの検査装置では、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させた状態で、上記半導体ウェハの画像を撮像し、上記半導体ウェハを検査する。
【００３５】
本発明に係る半導体ウェハの検査方法は、金属配線が形成された半導体ウェハに対して対物レンズにより集光した光を照射し、その反射光を検出することにより上記半導体ウェハの検査をする半導体ウェハの検査方法であって、上記対物レンズを用いて上記半導体ウェハ上に光スポットを形成し、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、上記各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出し、検出した上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離に基づき、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させ、上記対物レンズにより上記半導体ウェハに対して光を集光し、上記半導体ウェハに対して集光された光の反射光を検出して、上記半導体ウェハの画像を撮像し、撮像された上記画像を処理して、上記半導体ウェハを検査する。
【００３６】
この半導体ウェハの検査方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から半導体ウェハに形成されている金属配線と上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させる。そして、この半導体ウェハの検査方法では、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させた状態で、上記半導体ウェハの画像を撮像し、上記半導体ウェハを検査する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
本発明を適用した検査装置の外観を図１に示す。この検査装置１は、所定のデバイスパターンが形成されてなる半導体ウェハの検査を行うためのものであり、所定のデバイスパターンが形成されてなる半導体ウェハに欠陥が発見された場合に、その欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。
【００３９】
図１に示すように、この検査装置１は、防塵機能を有し内部環境をクリーンに保つクリーンユニット２を備える。クリーンユニット２は、塵埃等を除去したクリーンな空気を供給するクリーンエアーユニット３を上部に備えており、当該クリーンエアーユニット３から、塵埃等を除去したクリーンな空気を供給することにより、内部環境のクリーン度をクラス１程度に保つ。
【００４０】
そして、この検査装置１では、クリーンユニット２の中で、所定のデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行う。ここで、被検査物となる半導体ウェハは、所定の密閉式の容器４に入れて搬送され、当該容器４を介して、クリーンユニット２の中に移送される。すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、図１中に鎖線で示すように、半導体ウェハが入れられた容器４をクリーンユニット２に取り付け、半導体ウェハを外気に晒すことなく、後述する搬送用ロボット等により半導体ウェハを容器４から取り出して、クリーンユニット２の内部に配された検査用ステージ上に設置する。
【００４１】
このように、クリーンユニット２の内部で半導体ウェハの検査を行うようにすることで、検査時に半導体ウェハに塵埃等が付着するのを防止することができる。しかも、被検査物となる半導体ウェハを密閉式の容器４に入れて搬送し、当該容器４を介して半導体ウェハをクリーンユニット２の中に移送するようにした場合には、クリーンユニット２と容器４の内部だけを十分なクリーン度に保っておけば、検査装置１が設置される環境全体のクリーン度を高めなくても、半導体ウェハへの塵埃等の付着を防止することができる。
【００４２】
このように必要な場所のクリーン度だけを局所的に高めるようにすることで、高いクリーン度を実現しつつ、且つ、クリーン環境を実現するためのコストを大幅に抑えることができる。なお、密閉式の容器４とクリーンユニット２との機械的なインターフェースとしては、いわゆるＳＭＩＦ（standard mechanical interface）が好適であり、その場合、密閉式の容器４には、いわゆるＳＭＩＦ−ＰＯＤを使用する。
【００４３】
また、この検査装置１では、クリーンユニット２の外部に、検査装置１を操作するためのコンピュータ等が配される外部ユニット５を備える。この外部ユニット５には、半導体ウェハを撮像した画像等を表示するための表示装置６や、検査時の各種条件等を表示するための表示装置７や、検査装置１への指示入力等を行うための入力装置８なども配されている。そして、半導体ウェハの検査を行う検査者は、外部ユニット５に配された表示装置６，７を見ながら、外部ユニット５に配された入力装置８から必要な指示を入力して半導体ウェハの検査を行う。
【００４４】
つぎに、上記検査装置１のクリーンユニット２の内部について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２はクリーンユニット２の内部を図１の矢印Ａ１方向から見た正面図であり、図３はクリーンユニット２の内部を図１の矢印Ａ２方向から見た平面図である。
【００４５】
図２に示すように、クリーンユニット２の内部には、支持台９と、支持台９の上に設置された除振台１０と、除振台１０の上に設置された検査用ステージ１１と、除振台１０の上に設置された光学ユニット１２とが配されている。
【００４６】
支持台９は、クリーンユニット１２の内部に配される各機器を支持するための台である。支持台９並びに外部ユニット５の底部には、タイヤ１３が取り付けられており、検査装置１を容易に移動させることが可能となっている。なお、検査装置１を固定する際は、図２に示すように、固定用脚部を床に着けて、タイヤ１３は浮かせておく。
【００４７】
除振台１０は、床からの振動や、検査用ステージ１１を移動操作した場合に発生する振動などを抑制するためのものである。この検査装置１では、微細なデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行うため、少しの振動でも検査の障害となる。そこで、この検査装置１では、除振台１０を用いて、振動を抑制するようにしている。
【００４８】
なお、この検査装置１に用いる除振台としては、いわゆるアクティブ除振台が好適である。アクティブ除振台は、振動を検知して、その振動を打ち消す方向に動作することで、振動を速やかに取り除くようになされた除振台であり、除振効果に優れている。
【００４９】
この検査装置１では、紫外光を用いて高分解能での検査を行うため、振動の影響が大きく現れやすいが、除振効果に優れたアクティブ除振台を検査装置１の除振台１０として用いることで、振動の影響を抑えて、紫外光を用いて高分解能での検査を行う際の検査能力を向上することができる。
【００５０】
この除振台１０の上には、検査用ステージ１１が配されている。この検査用ステージ１１は、被検査物となる半導体ウェハを支持するためのステージである。この検査用ステージ１１は、被検査物となる半導体ウェハを支持するとともに、当該半導体ウェハを所定の検査対象位置へと移動させる機能も備えている。
【００５１】
具体的には、検査用ステージ１１は、除振台１０の上に設置されたＸステージ１４と、Ｘステージ１４の上に設置されたＹステージ１５と、Ｙステージ１５の上に設置されたθステージ１６と、θステージ１６の上に設置されたＺステージ１７と、Ｚステージ１７の上に設置された吸着プレート１８とを備える。
【００５２】
Ｘステージ１４及びＹステージ１５は、水平方向に移動するステージであり、Ｘステージ１４とＹステージ１５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。半導体ウェハの検査時には、Ｘステージ１４及びＹステージ１５により、半導体ウェハを検査対象位置へと移動させる。
【００５３】
θステージ１６は、いわゆる回転ステージであり、半導体ウェハを回転させるためのものである。半導体ウェハの検査時には、θステージ１６により、例えば、半導体ウェハ上のデバイスパターンが画面に対して水平又は垂直となるように、半導体ウェハを回転させる。
【００５４】
Ｚステージ１７は、鉛直方向に移動するステージであり、ステージの高さを調整するためのものである。半導体ウェハの検査時には、Ｚステージ１７により、半導体ウェハの検査面が適切な高さとなるように、ステージの高さを調整する。
【００５５】
吸着プレート１８は、検査対象の半導体ウェハを吸着して固定するためのものである。半導体ウェハの検査時に、検査対象の半導体ウェハは、この吸着プレート１８の上に設置される。そして、当該半導体ウェハは動かないように吸着プレート１８により吸着される。
【００５６】
また、除振台１０の上には、検査用ステージ１１の上に位置するように支持部材１９によって支持された光学ユニット１２が配されている。この光学ユニット１２は、半導体ウェハの検査時に、半導体ウェハの画像を撮像するためのものである。そして、この光学ユニット１２は、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を可視光を用いて低分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を紫外光を用いて高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００５７】
また、クリーンユニット２の内部には、図２及び図３に示すように、支持台９の上に設置されたエレベータ２０が配されているとともに、図３に示すように、支持台９の上に設置された搬送用ロボット２１と、支持台９の上に設置されたアライナ２２とが配されている。
【００５８】
エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２は、ＳＭＩＦ−ＰＯＤのような密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを、当該容器４の中から取り出して、検査用ステージ１１の上に設置するためのものである。
【００５９】
すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、先ず、半導体ウェハを密閉式の容器４に入れて搬送し、当該容器４を図１中に鎖線で示したようにクリーンユニット２に取り付ける。そして、クリーンユニット２の内部に外気が侵入しないように、容器４の底部からエレベータ２０により半導体ウェハを取り出す。ここで、半導体ウェハは、マガジンに収納しておき、密閉式の容器４にマガジンごと入れておく。そして、エレベータ２０は、容器４の中から半導体ウェハをマガジンごと取り出して下に降ろす。
【００６０】
次に、エレベータ２０によりマガジンごと下に降ろされて容器４から取り出された半導体ウェハの中から、検査対象の半導体ウェハを選択して、当該半導体ウェハを搬送用ロボット２１により取り出す。ここで、搬送用ロボット２１の先端部分には吸着機構が設けられており、半導体ウェハを吸着することにより、半導体ウェハを持ち運びできるようになされている。
【００６１】
そして、搬送用ロボット２１によりマガジンから取り出された半導体ウェハは、アライナ２２へと運ばれる。アライナ２２は、半導体ウェハに予め形成されているオリエンテーションフラット及びノッチを基準として、半導体ウェハの位相出し及びセンター出しを行う。そして、位相出し及びセンター出しが行われた半導体ウェハは、再び搬送用ロボット２１により吸着されて、検査用ステージ１１へと運ばれ、検査用ステージ１１の吸着プレート１８の上に設置される。
【００６２】
なお、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する機構の例として、ここでは、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２からなる例を挙げたが、当然のことながら、半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する機構は、上記の例に限定されるものではない。すなわち、密閉式の容器４に入れられて搬送されてき半導体ウェハを外気に晒すことなく容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置するものであれば、上記の例に限ることなく、任意の機構が使用可能である。
【００６３】
つぎに、上記検査装置１について、図４のブロック図を参照して更に詳細に説明する。
【００６４】
図４に示すように、検査装置１の外部ユニット５には、表示装置６及び入力装置８ａが接続された画像処理用コンピュータ３０と、表示装置７及び入力装置８ｂが接続された制御用コンピュータ３１とが配されている。なお、前掲した図１及び図２では、画像処理用コンピュータ３０に接続された入力装置８ｂと、制御用コンピュータ３１に接続された入力装置８ｂとをまとめて、入力装置８として図示している。
【００６５】
画像処理用コンピュータ３０は、半導体ウェハを検査するときに、光学ユニット１２の内部に設置されたＣＣＤ（charge-coupled device）カメラ３２，３３により半導体ウェハを撮像した画像を取り込んで処理するコンピュータである。すなわち、この検査装置１は、画像処理用コンピュータ３０により、光学ユニット１２の内部に設置されたＣＣＤカメラ３２，３３により撮像した半導体ウェハの画像を、画像処理用コンピュータ３０により処理して解析することにより、半導体ウェハの検査を行う。
【００６６】
なお、画像処理用コンピュータ３０に接続された入力装置８ａは、ＣＣＤカメラ３２，３３から取り込んだ画像の解析等に必要な指示を、画像処理用コンピュータ３０に対して入力するためのものであり、例えば、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等からなる。また、画像処理用コンピュータ３０に接続された表示装置６は、ＣＣＤカメラ３２，３３から取り込んだ画像の解析結果等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。
【００６７】
制御用コンピュータ３１は、半導体ウェハを検査するときに、検査用ステージ１１、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２、並びに光学ユニット１２の内部の各機器等を制御するためのコンピュータである。すなわち、この検査装置１は、半導体ウェハの検査を行う際に、検査対象の半導体ウェハの画像が、光学ユニット１２の内部に設置されたＣＣＤカメラ３２，３３により撮像されるように、制御用コンピュータ３１により、検査用ステージ１１、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２、並びに光学ユニット１２の内部の各機器等を制御する。
【００６８】
なお、制御用コンピュータ３１に接続された入力装置８ｂは、検査用ステージ１１、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２、並びに光学ユニット１２の内部の各機器等を制御するのに必要な指示を、制御用コンピュータ３１に対して入力するためのものであり、例えば、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等からなる。また、制御用コンピュータ３１に接続された表示装置７は、半導体ウェハの検査時の各種条件等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。
【００６９】
また、画像処理用コンピュータ３０と制御用コンピュータ３１とは、メモリリンク機構により、互いにデータのやり取りが可能とされている。すなわち、画像処理用コンピュータ３０と制御用コンピュータ３１は、それぞれに設けられたメモリリンクインターフェース３０ａ，３１ａを介して互いに接続されており、画像処理用コンピュータ３０と制御用コンピュータ３１との間で、互いにデータのやり取りが可能となっている。
【００７０】
一方、検査装置１のクリーンユニット２の内部には、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する機構として、上述したように、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２が配されている。これらは、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、ロボット制御インターフェース３１ｂを介して接続されている。そして、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２には、制御用コンピュータ３１からロボット制御インターフェース３１ｂを介して、制御信号が送られる。
【００７１】
すなわち、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する際は、制御用コンピュータ３１からロボット制御インターフェース３１ｂを介して、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２に制御信号を送出する。そして、当該制御信号に基づいて、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２は、上述したように、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する動作を行う。
【００７２】
また、検査装置１のクリーンユニット２の内部には除振台１０が配されており、当該除振台１０の上に、上述したように、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８を備えた検査用ステージ１１が設置されている。
【００７３】
ここで、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、ステージ制御インターフェース３１ｃを介して接続されている。そして、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８には、制御用コンピュータ３１からステージ制御インターフェース３１ｃを介して、制御信号が送られる。
【００７４】
すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、制御用コンピュータ３１からステージ制御インターフェース３１ｃを介して、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８に制御信号を送出する。そして、当該制御信号に基づいて、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８を動作させ、検査対象の半導体ウェハを吸着プレート１８により吸着して固定するとともに、半導体ウェハが所定の位置、角度及び高さとなるように、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６及びＺステージ１７を動作させる。
【００７５】
また、除振台１０の上には光学ユニット１２も設置されている。この光学ユニット１２は、半導体ウェハの検査時に半導体ウェハの画像を撮像するためのものであり、上述したように、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を可視光を用いて低分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を紫外光を用いて高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００７６】
この光学ユニット１２の内部には、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像するための機構として、可視光用ＣＣＤカメラ３２と、ハロゲンランプ３４と、可視光用光学系３５と、可視光用対物レンズ３６と、可視光用オートフォーカス制御部３７とが配されている。
【００７７】
そして、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、ハロゲンランプ３４を点灯させる。ここで、ハロゲンランプ３４の駆動源は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、光源制御インターフェース３１ｄを介して接続されている。そして、ハロゲンランプ３４の駆動源には、制御用コンピュータ３１から光源制御インターフェース３１ｄを介して制御信号が送られる。ハロゲンランプ３４の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００７８】
そして、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、ハロゲンランプ３４を点灯させ、当該ハロゲンランプ３４からの可視光を、可視光用光学系３５及び可視光用対物レンズ３６を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、可視光により照明された半導体ウェハの像を可視光用対物レンズ３６により拡大し、その拡大像を可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像する。
【００７９】
ここで、可視光用ＣＣＤカメラ３２は、外部ユニット５に配された画像処理用コンピュータ３０に、画像取込インターフェース３０ｂを介して接続されている。そして、可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース３０ｂを介して画像処理用コンピュータ３０に取り込まれる。
【００８０】
また、上述のように可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、可視光用オートフォーカス制御部３７により、自動焦点位置合わせを行う。すなわち、可視光用オートフォーカス制御部３７により、可視光用対物レンズ３６と半導体ウェハの間隔が可視光用対物レンズ３６の焦点距離に一致しているか否かを検出し、一致していない場合には、可視光用対物レンズ３６又はＺステージ１７を動かして、半導体ウェハの検査対象面が可視光用対物レンズ３６の焦点面に一致するようにする。
【００８１】
ここで、可視光用オートフォーカス制御部３７は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、オートフォーカス制御インターフェース３１ｅを介して接続されている。そして、可視光用オートフォーカス制御部３７には、制御用コンピュータ３１からオートフォーカス制御インターフェース３１ｅを介して制御信号が送られる。可視光用オートフォーカス制御部３７による可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせは、この制御信号に基づいて行われる。
【００８２】
また、光学ユニット１２の内部には、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像するための機構として、紫外光用ＣＣＤカメラ３３と、紫外光レーザ光源３８と、紫外光用光学系３９と、紫外光用対物レンズ４０と、距離センサ４１とが配されている。
【００８３】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源３８を点灯させる。ここで、紫外光レーザ光源３８の駆動源は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、光源制御インターフェース３１ｄを介して接続されている。そして、紫外光レーザ光源３８の駆動源には、制御用コンピュータ３１から光源制御インターフェース３１ｄを介して制御信号が送られる。紫外光レーザ光源３８の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００８４】
なお、現在工業用として実用可能な紫外線固体レーザの上限波長は３５５ｎｍである。そこで、紫外光レーザ光源３８には、波長が３５５ｎｍ以下の紫外光レーザを出射するものを用いることが好ましい。なお、波長が３５５ｎｍの紫外光レーザは、ＹＡＧレーザの３倍波として得られる。また、後で詳細に説明するように、ＹＡＧレーザの４倍波として波長が２６６ｎｍの紫外光レーザを得ることも可能である。また、レーザ光源としては、発振波長が１６６ｎｍのものも開発されており、そのようなレーザ光源を上記紫外光レーザ光源３８として用いてもよい。なお、解像度を高めるという観点からは、紫外光レーザ光源３８から出射される紫外光レーザの波長は短い方が好ましいが、あまりに波長が短いと、その波長に対応した光学系を構成することが困難となる。したがって、上記紫外線レーザ光源３８から出射される紫外光レーザの波長λは、３５５ｎｍ〜１６６ｎｍ程度が好ましい。
【００８５】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源３８を点灯させ、当該紫外光レーザ光源３８からの紫外光を、紫外光用光学系３９及び紫外光用対物レンズ４０を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、紫外光により照明された半導体ウェハの像を紫外光用対物レンズ４０により拡大し、その拡大像を紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像する。
【００８６】
ここで、紫外光用ＣＣＤカメラ３３は、外部ユニット５に配された画像処理用コンピュータ３０に、画像取込インターフェース３０ｃを介して接続されている。そして、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース３０ｃを介して画像処理用コンピュータ３０に取り込まれる。
【００８７】
また、上述のように紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、距離センサ４１を用いて、紫外光用対物レンズ４０の自動焦点位置合わせを行う。すなわち、距離センサ４１により、紫外光用対物レンズ４０と半導体ウェハの間隔を検出し、この検出結果に基づき紫外光用対物レンズ４０又はＺステージ１７を動かして、半導体ウェハの検査対象面が紫外光用対物レンズ４０の焦点面に一致するようにする。
【００８８】
ここで、距離センサ４１は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、センサインターフェース３１ｆを介して接続されている。そして、距離センサ４１には、制御用コンピュータ３１からセンサインターフェース３１ｆを介して制御信号が送られる。距離センサ４１は、この制御信号に応じて半導体ウェハまでの距離を検出し、その検出結果をセンサインターフェース３１ｆを介して制御用コンピュータ３１へ送る。制御用コンピュータ３１は、距離センサ４１により検出した距離に基づき、Ｘステージ１４，Ｙステージ１５，Ｚステージ１７を動かして、紫外光用対物レンズ４０の自動焦点位置合わせを行う。
【００８９】
このような距離センサ４１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、被測定物との間の静電容量を測定することにより、被測定物に接触することなく、当該センサと被測定物との間の距離を測定するものである。距離センサ４１として静電容量型センサを用いた場合の仕様は、例えば、測定フルスケールが、±１０Ｖ／±１００μｍである。
【００９０】
また、この距離センサ４１は、紫外光用対物レンズ４０に対して相対的な位置関係が固定されて、光学ユニット１２内に設けられている。例えば、図５に示すように、距離センサ４１は、紫外光用対物レンズ４０と、連結部材４１ａを介して固定され、その高さ位置（鉛直方向の位置）が、紫外光用対物レンズ４０とほぼ同一の位置に設けられる。この距離センサ４１は、紫外光用対物レンズ４０を介して半導体ウェハに照射される紫外光の発光方向の距離を検出する。すなわち、距離センサ４１と半導体ウェハとの、鉛直方向の距離を検出する。
【００９１】
つぎに、上記検査装置１の光学ユニット１２の光学系について、図６を参照して更に詳細に説明する。なお、ここでは、オートフォーカス制御部３７，４１についての説明は省略し、検査対象の半導体ウェハを照明する光学系と、検査対象の半導体ウェハを撮像する光学系とについて説明する。
【００９２】
図６に示すように、光学ユニット１２は、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像するための光学系として、ハロゲンランプ３４と、可視光用光学系３５と、可視光用対物レンズ３６とを備えている。
【００９３】
ハロゲンランプ３４からの可視光は、光ファイバ５０によって可視光用光学系３５へ導かれる。ここで、可視光用光学系３５は、２つのレンズ５１，５２により構成された照明用光学系５３を備えており、光ファイバ５０によって可視光用光学系３５へ導かれた可視光は、先ず、照明用光学系５３に入射する。そして、光ファイバによって可視光用光学系３５へ導かれた可視光は、照明用光学系５３を介してハーフミラー５４に入射し、ハーフミラー５４によって可視光用対物レンズ３６へ向けて反射され、可視光用対物レンズ３６を介して半導体ウェハに入射する。これにより、半導体ウェハが可視光により照明される。
【００９４】
そして、可視光により照明された半導体ウェハの像は、可視光用対物レンズ３６により拡大され、可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像される。すなわち、可視光により照明された半導体ウェハからの反射光が、可視光用対物レンズ３６、ハーフミラー５４及び撮像用レンズ５５を介して可視光用ＣＣＤカメラ３２に入射し、これにより、半導体ウェハの拡大像が可視光用ＣＣＤカメラ３２によって撮像される。そして、可視光用ＣＣＤカメラ３２によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、可視画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ３０へと送られる。
【００９５】
また、光学ユニット１２は、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像するための光学系として、紫外光レーザ光源３８と、紫外光用光学系３９と、紫外光用対物レンズ４０とを備えている。
【００９６】
紫外光レーザ光源３８からの紫外光は、光ファイバ６０によって紫外光用光学系３９へ導かれる。ここで、紫外光用光学系３９は、２つのレンズ６１，６２により構成された照明用光学系６３を備えており、光ファイバ６０によって紫外光用光学系３９へ導かれた紫外光は、先ず、照明用光学系６３に入射する。そして、光ファイバ６０によって紫外光用光学系３９へ導かれた紫外光は、照明用光学系６３を介してハーフミラー６４に入射し、ハーフミラー６４によって紫外光用対物レンズ４０へ向けて反射され、紫外光用対物レンズ４０を介して半導体ウェハに入射する。これにより、半導体ウェハが紫外光により照明される。
【００９７】
そして、紫外光により照明された半導体ウェハの像は、紫外光用対物レンズ４０により拡大され、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像される。すなわち、紫外光により照明された半導体ウェハからの反射光が、紫外光用対物レンズ４０、ハーフミラー６４及び撮像用レンズ６５を介して紫外光用ＣＣＤカメラ３３に入射し、これにより、半導体ウェハの拡大像が紫外光用ＣＣＤカメラ３３によって撮像される。そして、紫外光用ＣＣＤカメラ３３によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、紫外画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ３０へと送られる。
【００９８】
なお、紫外光用光学系３９は、図７に示すように、ハーフミラー６４に代えて偏光ビームスプリッタ７０を配置し、偏光ビームスプリッタ７０と紫外光用対物レンズ４０の間に１／４波長板７１を配置するようにしてもよい。このような構成とすることにより、紫外光レーザをより効率良く使用することができる。
【００９９】
以上のような検査装置１では、可視光よりも短波長の光である紫外光により、半導体ウェハの画像を撮像して検査することができるので、可視光を用いて欠陥の検出や分類分けを行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出や分類分けを行うことができる。
【０１００】
しかも、上記検査装置１では、可視光用の光学系と紫外光用の光学系とを兼ね備えており、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査との両方を行うことができる。したがって、上記検査装置１では、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査により、大きい欠陥の検出や分類分けを行い、且つ、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査により、小さい欠陥の検出や分類分けを行うといったことも可能である。
【０１０１】
なお、上記検査装置１において、紫外光用対物レンズ４０の開口数ＮＡは、大きい方が好ましく、例えば０．９以上とする。このように、紫外光用対物レンズ４０として、開口数ＮＡの大きなレンズを用いることで、より微細な欠陥の検出が可能となる。
【０１０２】
ところで、半導体ウェハの欠陥が、引っ掻き傷のように色情報が無く凹凸だけからなる場合、可干渉性を持たない光では、その欠陥を見ることは殆どできない。これに対して、レーザ光のように可干渉性に優れた光を用いた場合には、引っ掻き傷のように色情報が無く凹凸だけからなる欠陥であっても、凹凸の段差近辺で光が干渉することにより、当該欠陥をはっきりと見ることができる。そして、上記検査装置１では、紫外光の光源として紫外域のレーザ光を出射する紫外光レーザ光源３８を用いている。したがって、上記検査装置１では、引っ掻き傷のように色情報が無く凹凸だけからなる欠陥であっても、当該欠陥をはっきりと検出することができる。すなわち、上記検査装置１では、ハロゲンランプ３４からの可視光（インコヒーレント光）では検出が困難な位相情報を、紫外光レーザ光源３８からの紫外光レーザ（コヒーレント光）を用いて、容易に検出することができる。
【０１０３】
つぎに、検査装置１の可視光用オートフォーカス制御部３７及び光学ユニット１２内の可視光のオートフォーカス用の光学系を図８に示し、可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせ動作について説明を行う。なお、ここでは、検査対象の半導体ウェハを照明する光学系と、検査対象の半導体ウェハを撮像する光学系については説明を省略し、すなわち、図６に示した光学系の説明は省略し、図８には、光学ユニット１２内の可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせに必要となる光学系のみを示す。もっとも、この自動焦点位置合わせに必要となる光学系は、半導体ウェハの照明及び撮像する光学系と機械的干渉が生じないように、光学ユニット１２内に設けられていることはもちろんである。
【０１０４】
光学ユニット１２は、可視光用オートフォーカス制御用の光学系として、図８に示すように、可視光用対物レンズ３６と、レーザ光を出射するレーザダイオード８１と、半導体ウェハにより反射されたレーザ光を受光するフォトディテクタ８２と、レーザダイオード８１からの出射光と半導体ウェハからの反射光との光路を分離するハーフミラー８３と、レーザダイオード８１とハーフミラー８３との間に設けられたナイフエッヂ８４と、ハーフミラー８３と可視光用対物レンズ３６との間に設けられたコリメータレンズ８５とを有している。
【０１０５】
また、この光学ユニット１２は、コリメータレンズ８５を円板状の半導体ウェハと平行な方向に振動させるボイスコイルモータ８６を備えている。
【０１０６】
可視光用オートフォーカス制御部３７は、プリアンプ８７と、ピークホールド回路８８とを備えている。
【０１０７】
検査用ステージ１１には、検査対象となる円板状の半導体ウェハが載置されている。この検査用ステージ１１は、制御用コンピュータ３１からの制御に応じてＺステージ１７が移動され、載置した半導体ウェハを高さ方向に移動させる。
【０１０８】
レーザダイオード８１は、可視光のレーザ光を出射する。レーザダイオード８１から出射されたレーザ光は、ナイフエッジ８４によりスポット形状が半円状とされ、ハーフミラー８３に入射する。ハーフミラー８３は、レーザダイオード８１から照射されたレーザ光を反射する。ハーフミラー８３により反射されたレーザ光は、コリメータレンズ８５で平行光とされた後、可視光用対物レンズ３６に入射する。可視光用対物レンズ３６は、平行光とされたレーザ光を集光して半導体ウェハに照射する。
【０１０９】
半導体ウェハ上に形成されるレーザスポットは、ナイフエッジ８４が設けられているためその形状が半円状となり、焦点位置のずれ量に応じてその重心位置が線形的に移動していく。
【０１１０】
また、コリメータレンズ８５は、ボイスコイルモータ８６により支持されている。このボイスコイルモータ８６は、コリメータレンズ８５を円板状の半導体ウェハと平行な方向に所定の周期及び振幅で振動させる
可視光用対物レンズ３６により集光されたレーザ光は、半導体ウェハにより反射され、再度、可視光用対物レンズ３６、コリメータレンズ８５を通過し、ハーフミラー８３に入射される。ハーフミラー８３は、半導体ウェハからの反射光をこんどは透過する。ハーフミラー８３を透過した反射光は、フォトディテクタ８２に照射される。
【０１１１】
フォトディテクタ８２は、その配置位置がレーザダイオード８１と共役の関係にある。フォトディテクタ８２は、半導体ウェハからの反射光を受光してその受光光量に応じた電気信号に変換し、その電気信号をプリアンプ８７に供給する。このフォトディテクタ８２上に形成されるレーザスポットは、半導体ウェハ上に形成されるレーザスポットと同様に、焦点位置のずれ量に応じて、その重心位置が線形的に移動していく。フォトディテクタ８２は、例えば、光検出領域が複数の領域に分割され、受光したレーザスポットの重心位置が検出できるようになっている。
【０１１２】
可視光用オートフォーカス制御部３７のプリアンプ８７は、フォトディテクタ８２から供給された電気信号から、フォトディテクタ８２上に形成されるレーザスポットの重心位置を求め、半導体ウェハ上に形成されたレーザスポットの焦点位置からのずれ量を示す焦点ずれ量信号を生成する。
【０１１３】
可視光用オートフォーカス制御部３７のピークホールド回路８８は、プリアンプ８７から出力される焦点ずれ量信号のピーク値をホールドすることにより、半導体ウェハと可視光用対物レンズ３６との間の距離を示す距離検出信号を生成する。
【０１１４】
制御用コンピュータ３１は、オートフォーカス制御インターフェース３１ｅを介して可視光用オートフォーカス制御部３７から距離検出信号を取得する。制御用コンピュータ３１は、この距離検出信号から、可視光用対物レンズ３６と半導体ウェハとの距離を求め、この距離が可視光用対物レンズ３６の焦点距離と一致するように、Ｚステージ１７を移動させ、半導体ウェハの高さ位置を制御する。
【０１１５】
ここで、この光学ユニット１２では、ボイスコイルモータ８６がコリメータレンズ８５を水平方向に振動させている。そのため、半導体ウェハ上に照射されたレーザスポットが、この半導体ウェハ上を水平方向に振動する。例えば、コリメータレンズ８５の焦点距離が１００ｍｍ、可視光用対物レンズ３６の焦点距離が２ｍｍで、コリメータレンズ８５を振幅１ｍｍで振動させると、レーザスポットは、半導体ウェハ上で１ｍｍ×（２ｍｍ／１００ｍｍ）＝２０μｍの範囲で振動する。なお、コリメータレンズ８５を振動させる周波数は、例えば７５Ｈｚとし、低い電流で振動させることができるようにする。
【０１１６】
このように水平方向に振動するレーザスポットを、層間絶縁膜上に金属配線が形成された半導体ウェハに照射した場合について、図９を用いて以下具体的に説明する。
【０１１７】
レーザスポットが金属配線９１をまたいで水平方向に振動すると、そのレーザスポットの軌跡は、半導体ウェハ上で図９（Ａ）に示すような直線を描く。このとき、金属配線９２上に照射されたレーザ光（図９（Ａ）の点Ｂ〜Ｃの間）は、図９（Ｂ）に示すように、半導体ウェハ表面で反射がされる。それに対し、層間絶縁膜９１上に照射されたレーザ光（図９（Ａ）の点Ａ〜Ｂ，点Ｃ〜Ｄの間）は、図９（Ｂ）に示すように、半導体ウェハ表面では反射されず、層間絶縁膜９１を透過し、下層の反射層で反射される。
【０１１８】
そのため、プリアンプ３７から出力される焦点ずれ量信号は、図１０に示すように、例えば、金属配線９１上ではレベルが高くなり層間絶縁膜９２上ではレベルが低くなるパルス波形であって、且つ、レーザスポットの振動周期で繰り返される周期信号となる。すなわち、金属配線９１上に照射されたレーザスポットと、層間絶縁膜９１上に照射されたレーザスポットとは、その反射される高さ位置が異なるため、焦点位置からのずれ量が異なる。そのため、焦点ずれ量信号は、金属配線９１上と層間絶縁膜９２上とでレベルが異なる信号となる。
【０１１９】
このような焦点ずれ量信号に対してピークホールド回路８８が、ピークホールド処理を行い、図１１に示すような、距離検出信号を生成する。ここで、このピークホールド回路８８が焦点ずれ量信号のピーク値をホールドして出力しているため、距離検出信号に現れる距離成分は、金属配線９１上のレーザスポットの焦点ずれ量成分だけとなる。すなわち、ピークホール回路８８から出力される距離信号からは、層間絶縁膜９２上のレーザスポットの焦点ずれ量成分が除去される。従って、この距離検出信号は、半導体ウェハの金属配線層から可視光用対物レンズ３６までの距離を示す信号となる。
【０１２０】
そして、この距離検出信号に基づき制御用コンピュータ３１が、検査用ステージ１１のＺステージ１７を駆動し、図１２に示すように、この距離検出信号が目標値Ｒに一致するように制御する。
【０１２１】
以上のように検査装置１では、レーザスポットを半導体ウェハ上で水平方向に振動させることにより、層間絶縁膜９２上に形成された金属配線９１に対して、すなわち、層間絶縁膜９２の表面に対して、可視光用対物レンズ３６の焦点を自動的に合わせることができるようになる。
【０１２２】
なお、半導体ウェハ上のレーザスポットを振動させる手段は、ボイスコイルモータ８６に限らず、例えば、ガルバノミラー等を用いても良い。但し、レーザスポットを振動させることによる光軸のずれの影響を排除するために、フォトダイオード側での集光位置を正確に調整し、共焦点条件を確保するようにする。
【０１２３】
また、上述した例では、ピークホールド回路８８を用いて焦点ずれ量のピーク値をホールドして距離検出信号を生成していたが、プリアンプ３７等の回路構成の違いにより、金属配線９１の影響が焦点ずれ量信号のボトム値に現れる場合がある。この場合には、ピークホールド回路８８の代わりにボトムホールド回路を用いることにより、距離検出信号を生成することができる。
【０１２４】
つぎに、上記検査装置１で半導体ウェハを検査するときの手順について、図１３のフローチャートを参照して説明する。なお、図１３のフローチャートでは、検査対象の半導体ウェハが検査用ステージ１１に設置された状態以降の処理の手順を示している。また、ここでは、半導体ウェハ上に同様な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（欠陥画像）と、その他の領域の画像（参照画像）とを撮像し、それらを比較することで行うものとする。
【０１２５】
まず、図１３のフローチャートに従って半導体ウェハの検査を行うときの手順について説明する。なお、図１３に示すフローチャートは、半導体ウェハ上の欠陥の位置が予め分かっている場合に、その欠陥を上記検査装置１により検査して分類分けを行うときの手順の一例を示している。
【０１２６】
この場合は、先ず、ステップＳ１−１に示すように、制御用コンピュータ３１に欠陥位置座標ファイルを読み込む。ここで、欠陥位置座標ファイルは、半導体ウェハ上の欠陥の位置に関する情報が記述されたファイルであり、欠陥検出装置等により、半導体ウェハ上の欠陥の位置を予め計測して作成しておく。そして、ここでは、その欠陥位置座標ファイルを制御用コンピュータ３１に読み込む。
【０１２７】
次に、ステップＳ１−２において、制御用コンピュータ３１によりＸステージ１４及びＹステージ１５を駆動させ、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標へ半導体ウェハを移動させ、半導体ウェハの検査対象領域が可視光用対物レンズ３６の視野内に入るようにする。
【０１２８】
次に、ステップＳ１−３において、制御用コンピュータ３１により可視光用オートフォーカス制御部３７を駆動させ、可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせを行う。
【０１２９】
次に、ステップＳ１−４において、可視光用ＣＣＤカメラ３２により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した可視画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される可視画像は、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標における画像、すなわち、欠陥があるとされる領域の画像（以下、欠陥画像と称する。）である。
【０１３０】
次に、ステップＳ１−５において、制御用コンピュータ３１によりＸステージ１４及びＹステージ１５を駆動させ、参照位置座標へ半導体ウェハを移動させ、半導体ウェハの参照領域が可視光用対物レンズ３６の視野内に入るようにする。ここで、参照領域は、半導体ウェハの検査対象領域以外の領域であって、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域である。
【０１３１】
次に、ステップＳ１−６において、制御用コンピュータ３１により可視光用オートフォーカス制御部３７を駆動させ、可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせを行う。
【０１３２】
次に、ステップＳ１−７において、可視光用ＣＣＤカメラ３２により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した可視画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される可視画像は、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域の画像（以下、参照画像と称する。）である。
【０１３３】
次に、ステップＳ１−８において、画像処理用コンピュータ３０により、ステップＳ１−４で取り込んだ欠陥画像と、ステップＳ１−７で取り込んだ参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−９へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、ステップＳ１−１１へ進む。
【０１３４】
ステップＳ１−９では、画像処理用コンピュータ３０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、ステップＳ１−１０へ進み、欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１１へ進む。
【０１３５】
ステップＳ１−１０では、欠陥の分類結果を保存する。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３０や制御用コンピュータ３１に接続された記憶装置に保存する。なお、欠陥の分類結果は、画像処理用コンピュータ３０や制御用コンピュータ３１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転送して保存するようにしてもよい。
【０１３６】
ステップＳ１−１０での処理が完了したら、半導体ウェハの欠陥の分類分けが完了したこととなるので、これで処理を終了する。ただし、半導体ウェハ上に複数の欠陥がある場合には、ステップＳ１−２へ戻って、他の欠陥の検出及び分類分けを行うようにしてもよい。
【０１３７】
一方、ステップＳ１−８で欠陥検出ができなかった場合や、ステップＳ１−９で欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１１以降へ進み、紫外光を用いて高分解能での撮像を行って欠陥の検出や分類分けを行う。
【０１３８】
その場合は、先ず、ステップＳ１−１１において、Ｘステージ１４及びＹステージ１５を駆動することにより欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標へ半導体ウェハを移動させて半導体ウェハの検査対象領域が紫外光用対物レンズ４０の視野内に入るようにするとともに、この欠陥位置座標での自動焦点位置合わせを距離センサ４１により検出した距離に基づきＺステージ１７を駆動することにより行う。
【０１３９】
次に、ステップＳ１−１３において、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した紫外画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される紫外画像は、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標における画像、すなわち欠陥画像である。また、ここでの欠陥画像の撮像は、可視光よりも短波長の光である紫外光を用いて、可視光を用いた場合の撮像よりも高分解能にて行う。
【０１４０】
次に、ステップＳ１−１４において、Ｘステージ１４及びＹステージ１５を駆動することにより参照位置座標へ半導体ウェハを移動させて半導体ウェハの参照領域が紫外光用対物レンズ４０の視野内に入るようにするとともに、この参照位置座標での自動焦点位置合わせを距離センサ４１により検出した距離に基づきＺステージ１７を駆動することにより行う。
【０１４１】
ここで、参照領域は、半導体ウェハの検査対象領域以外の領域であって、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域である。
【０１４２】
次に、ステップＳ１−１５において、制御用コンピュータ３１により紫外光用オートフォーカス制御部４１を駆動させ、紫外光用対物レンズ４０の自動焦点位置合わせを行う。
【０１４３】
次に、ステップＳ１−１６において、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した紫外画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される紫外画像は、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域の画像、すなわち参照画像である。また、ここでの参照画像の撮像は、可視光よりも短波長の光である紫外光を用いて、可視光を用いた場合よりも高分解能にて行う。
【０１４４】
次に、ステップＳ１−１７において、画像処理用コンピュータ３０により、ステップＳ１−１３で取り込んだ欠陥画像と、ステップＳ１−１６で取り込んだ参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−１８へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、ステップＳ１−１９へ進む。
【０１４５】
ステップＳ１−１８では、画像処理用コンピュータ３０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、ステップＳ１−１０へ進み、上述したように、欠陥の分類結果を保存する。一方、欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１９へ進む。
【０１４６】
ステップＳ１−１９では、欠陥の分類分けができなかったことを示す情報を保存する。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３０や制御用コンピュータ３１に接続された記憶装置に保存する。なお、この情報は、画像処理用コンピュータ３０や制御用コンピュータ３１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転送して保ｊ存するようにしてもよい。
【０１４７】
以上のような手順により、先ず、可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像された画像を処理して解析することで低分解能にて半導体ウェハの検査を行い、可視光での欠陥の検出や分類分けができなかった場合に、次に、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像された画像を処理して解析することで高分解能にて半導体ウェハの検査を行う。このようにすることで、可視光だけを用いて欠陥の検出や分類分けを行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出や分類分けを行うことができる。
【０１４８】
ただし、可視光を用いて低分解能にて撮像した方が、一度に撮像できる領域が広いので、欠陥が十分に大きい場合には、可視光を用いて低分解能にて半導体ウェハの検査を行った方が効率が良い。したがって、最初から紫外光を用いて欠陥の検査や分類分けを行うのではなく、上述のように、最初に可視光を用いて欠陥の検査や分類分けを行うようにすることで、より効率良く半導体ウェハの検査を行うことができる。
【０１４９】
ところで、上記検査装置１では、ＣＣＤカメラ３２，３３によって撮像された参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出するようにしている。このように参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出する手法について、図１４を参照して説明する。
【０１５０】
図１４（ａ）は、検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている参照領域の画像、すなわち参照画像の一例を示している。また、図１４（ｂ）は、欠陥があるとされる検査対象領域の画像、すなわち欠陥画像の一例を示している。
【０１５１】
このような参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出する際は、参照画像から色情報や濃淡情報などに基づいて、図１４（ｃ）に示すようにデバイスパターンを抽出する。また、参照画像と欠陥画像から差の画像を求め、差の大きな部分を図１４（ｄ）に示すように欠陥として抽出する。
【０１５２】
そして、図１４（ｆ）に示すように、図１４（ｃ）に示したデバイスパターン抽出結果の画像と、図１４（ｄ）に示した欠陥抽出結果の画像とを重ね合わせた画像を得て、欠陥がデバイスパターンに存在する割合などを、欠陥に関する特徴量として抽出する。
【０１５３】
上記検査装置１では、以上のような手法により、ＣＣＤカメラ３２，３３によって撮像された参照画像及び欠陥画像を画像処理用コンピュータ３０で処理し解析することで欠陥を検出し、半導体ウェハの検査を行う。
【０１５４】
なお、以上の説明では、本発明を適用した検査装置１を、半導体ウェハの欠陥が何であるかを調べるために用いるものとしてきた。しかし、本発明に係る検査装置１の用途は、半導体ウェハの欠陥識別以外の用途にも使用可能である。すなわち、本発明に係る検査装置１は、例えば、半導体ウェハ上に形成したデバイスパターンが、所望するパターン通りに適切な形状に形成されているか否かを検査するのに用いることもできる。更に、本発明に係る検査装置１の用途は、半導体ウェハの検査に限定されるものでもなく、本発明に係る検査装置１は、微細パターンの検査に対して広く適用可能であり、例えば、微細なパターンが形成されたフラットパネルディスプレイの検査などにも有効である。
【０１５５】
【発明の効果】
本発明に係る焦点位置制御装置及び方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から振動させた光スポットの反射光から照射対象物に形成されている光反射パターンと上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる。
【０１５６】
このことにより、本発明にかかる焦点位置制御装置及び方法では、対物レンズの自動焦点合わせを容易に行うことができる。例えば、光を透過する層間絶縁膜上に形成された金属配線に自動的に焦点を合わせることができる。
【０１５７】
本発明に係る半導体ウェハの検査装置及び方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から振動させた光スポットの反射光から半導体ウェハに形成されている金属配線と上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させる。そして、この半導体ウェハの検査方法では、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させた状態で、上記半導体ウェハの画像を撮像し、上記半導体ウェハを検査する。
【０１５８】
このことにより、本発明に係る半導体ウェハの検査装置及び方法では、対物レンズの自動焦点合わせを容易に行うことができる。例えば、光を透過する層間絶縁膜上に形成された金属配線に自動的に焦点を合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した検査装置の外観を示す図である。
【図２】図１に示した検査装置のクリーンユニットの内部構造を示す図であり、クリーンユニットの内部を図１の矢印Ａ１方向から見た正面図である。
【図３】図１に示した検査装置のクリーンユニットの内部構造を示す図であり、クリーンユニットの内部を図１の矢印Ａ２方向から見た平面図である。
【図４】図１に示した検査装置の構成を示すブロック図である。
【図５】距離センサと、紫外光用対物レンズとの構成例を示す図である。
【図６】図１に示した検査装置の光学ユニットの光学系の一構成例を示す図である。
【図７】図１に示した検査装置の光学ユニットの光学系の他の構成例を示す図である。
【図８】図１に示した検査装置の可視光用オートフォーカス制御部及び光学ユニット内の可視光のオートフォーカス用の光学系の構成例を示す図である。
【図９】水平方向に振動するレーザスポットを、層間絶縁膜上に金属配線が形成された半導体ウェハに照射した場合について説明する図である。
【図１０】図５に示した可視光オートフォーカス制御部のプリアンプから出力される焦点ずれ量信号を説明する図である。
【図１１】図５に示した可視光オートフォーカス制御部のピークホールド回路から出力される距離検出信号を説明する図である。
【図１２】図５に示した可視光オートフォーカス制御部のピークホールド回路から出力される距離検出信号が、目標値に一致した状態を説明する図である。
【図１３】本発明を適用した検査装置で半導体ウェハの検査を行うときの手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】参照画像と欠陥画像とから欠陥を検出の手法を説明するための図である。
【図１５】従来の半導体の検査用顕微鏡装置に用いられる自動焦点合わせ機構の構成例を示す図である。
【図１６】ナイフエッヂの影響から半円状となる半導体ウェハ上に形成されたレーザスポットを説明する図である。
【図１７】層間絶縁膜上に金属配線がされた半導体ウェハ上にレーザスポットを形成したときのスポットの照射位置を説明する図である。
【符号の説明】
１ 検査装置、１１ 検査用ステージ、１２ 光学ユニット、１４ Ｘステージ、１５ Ｙステージ、１６ θステージ、１７ Ｚステージ、１８ 吸着プレート、３０ 画像処理用コンピュータ、３１ 制御用コンピュータ、３２ 可視光用ＣＣＤカメラ、３３ 紫外光用ＣＣＤカメラ、３４ ハロゲンランプ、３５可視光用光学系、３６ 可視光用対物レンズ、３７ 可視光用オートフォーカス制御部、３８ 紫外光レーザ光源、３９ 紫外光用光学系、４０ 紫外光用対物レンズ、４１ 距離センサ、８１ レーザダイオード、８２ フォトディテクタ、８３ ハーフミラー、８４ ナイフエッジ、８５ コリメータレンズ、８６ボイスコイルモータ、８７ プリアンプ、８８ ピークホールド回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズの自動焦点合わせを行う焦点位置制御機構及び方法、並びに、半導体ウェハの外観検査を行う半導体ウェハの検査装置及び方法に関するものである。
【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製造工程において、例えば、異物が付着したり、パターン欠陥が生じていたり、寸法異常が生じていたりすると、デバイスパターンに欠陥が生じる。このような欠陥が生じた半導体デバイスは、不良デバイスとなり、製造工程における歩留まりを低下させる。
【０００３】
従って、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、このような異物、パターン欠陥、異常寸法等によって発生する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施す必要がある。このように早期に欠陥の原因を突き止めて製造工程に対策を施し、歩留まりを向上させることによって、例えば新たなプロセスを早く立ち上げることができ、そのプロセスで高い収益を得ることができる。
【０００４】
そこで、半導体デバイスに欠陥が生じた場合には、半導体の検査用顕微鏡装置を用いて、その欠陥を検出し、その欠陥の原因を追求し、その結果から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。この半導体の検査用顕微鏡装置は、半導体ウェハ上の欠陥を拡大して観察することができ、或いは、拡大した欠陥を撮像してその画像をモニタ上に映し出すことができる、いわゆる光学顕微鏡のような装置である。この半導体の検査用顕微鏡装置を用いることにより、不良デバイスの欠陥がどのようなものであるかを識別することができる。
【０００５】
近年、半導体プロセスのデザインルールは、現在、線幅０．１８μｍが主流になり、さらに微細化が進み、０．１５μｍや０．１３μｍといったプロセスの導入も進んできている。このような半導体プロセスのデザインルールの微細化の進展に伴い、これまでに無視できた微小欠陥も問題となり、検出すべき欠陥の寸法が小さくなってきている。
【０００６】
そのため、半導体の検査用顕微鏡装置では、このような微小欠陥を観察するために、高い倍率の対物レンズが必要とされる。
【０００７】
ところが、高い倍率を得ることができる対物レンズは、焦点深度がきわめて短くなる。例えば、開口数（ＮＡ）０．９、倍率１００倍であるとすると、焦点深度は、±０．５μｍ以下となる。このように、短い焦点深度の焦点位置を、例えば、検査の度に手作業等で調整することは、非常に困難である。そのため、半導体の検査用顕微鏡装置では、手作業によらず、正確且つ高速に自動焦点合わせを行う機構が必要となる。
【０００８】
従来の半導体の検査用顕微鏡装置は、レーザ光やＬＥＤ光を測定用光プローブにより対物レンズに入射し、その反射光を検出することにより、半導体ウェハと対物レンズとの距離を検出する距離検出機構が設けられていた。従来の半導体の検査用顕微鏡装置は、一般に、この距離検出機構により検出された距離情報に基づき対物レンズと半導体ウェハとの距離を制御し、対物レンズの焦点位置を半導体ウェハの観察面に一致させて、自動焦点合わせを行っていた。
【０００９】
このような従来の半導体の検査用顕微鏡装置に用いられる自動焦点合わせ機構を図１５に示す。
【００１０】
従来の自動焦点合わせ機構１００は、この図１５に示すように、検査対象となる半導体ウェハ１０１を支持するステージ１０２と、レーザ光を出射するレーザダイオード１０３と、レーザダイオード１０３から出射されたレーザ光を集光して半導体ウェハ１０１に照射する対物レンズ１０４と、半導体ウェハ１０１により反射されたレーザ光を受光するフォトディテクタ１０５とを有している。
【００１１】
また、この従来の自動焦点合わせ機構１００は、レーザダイオード１０３からの出射光と半導体ウェハ１０１からの反射光との光路を分離するハーフミラー１０６と、レーザダイオード１０３とハーフミラー１０６との間に設けられたナイフエッヂ１０７と、ハーフミラー１０６と対物レンズ１０４との間に設けられたコリメータレンズ１０８とを有している。
【００１２】
また、この従来の自動焦点合わせ機構１００は、フォトディテクタ１０５の検出電流から位置検出信号を生成するプリアンプ１１１と、プリアンプ１１１からの位置検出信号に基づきステージ１０２を駆動するサーボ回路１１２とを有している。
【００１３】
ステージ１０２には、検査対象となる円板状の半導体ウェハ１０１が載置されている。このステージ１０２は、載置された半導体ウェハ１０１を高さ方向（対物レンズ１０４に対して接したり離れたりする方向）に移動させる。このステージ１０２は、サーボ回路１１２から供給される駆動信号に応じて、その移動が制御される。
【００１４】
レーザダイオード１０３は、所定の波長のレーザ光を出射する。レーザダイオード１０３から出射されたレーザ光は、ナイフエッジ１０７によりスポット形状が半円状とされ、ハーフミラー１０６に入射する。ハーフミラー１０６は、レーザダイオード１０３から照射されたレーザ光を反射する。ハーフミラー１０６により反射されたレーザ光は、コリメータレンズ１０８で平行光とされた後、対物レンズ１０４に入射する。対物レンズ１０４は、平行光とされたレーザ光を集光して半導体ウェハ１０１に照射する。
【００１５】
半導体ウェハ１０１上に形成されるレーザスポットは、ナイフエッジ１０７が設けられているため、その形状が半円状となる。
【００１６】
対物レンズ１０４により集光されたレーザ光は、半導体ウェハ１０１により反射され、再度、対物レンズ１０４、コリメータレンズ１０８を通過し、ハーフミラー１０６に入射される。ハーフミラー１０６は、半導体ウェハ１０１からの反射光をこんどは透過する。ハーフミラー１０６を透過した反射光は、フォトディテクタ１０５に照射される。
【００１７】
フォトディテクタ１０５は、その配置位置がレーザダイオード１０３と共役の関係にある。フォトディテクタ１０５は、半導体ウェハ１０１からの反射光を受光し、電気信号に変換し、その電気信号をプリアンプ１１１に供給する。
【００１８】
プリアンプ１１１は、フォトディテクタ１０５から供給された電気信号から、フォトディテクタ１０５上に形成されるレーザスポットの重心位置を示す差分信号を求め、この信号から半導体ウェハ１０１と対物レンズ１０４との間の距離を示す距離検出信号を生成する。
【００１９】
サーボ回路１１２は、供給された距離検出信号が目標値となるようにステージ１０２を高さ方向に駆動して、サーボ制御を行う。ここで、この目標値を、対物レンズ１０４の焦点距離に設定することにより、半導体ウェハ１０１の高さ位置が、対物レンズ１０４の焦点位置に一致することとなる。
【００２０】
つぎに、この従来の自動焦点合わせ機構１００による距離検出原理について説明する。
【００２１】
半導体ウェハ１０１上に形成されたレーザスポットの形状は、ナイフエッヂ１０７の影響から半円状となる。この半導体ウェハ１０１上に形成されたレーザスポットは、図１６に示すように、焦点位置と反射面とが一致しているときには、スポットサイズが最も小さくる。そして、焦点位置から反射面が離れていくほど、そのスポットサイズが大きくなり、また、焦点位置の前後で、合焦時のスポット位置を中心にその半円形状が対象になっている。
【００２２】
このように半導体ウェハ１０１上に形成されるレーザスポットは、焦点位置のずれ量に応じて、その重心位置が線形的に移動していく。この重心位置ずれは、フォトディテクタ１０５にも反映する。
【００２３】
そして、例えば、光検出領域が複数の領域に分割されたフォトディテクタ１０５を用いて各領域の光量の差等を検出することにより、レーザスポットの受信位置のずれを検出する。この重心位置のずれから半導体ウェハ１０１上に形成されたレーザスポットの焦点位置のずれ量を求め、半導体ウェハ１０１と対物レンズ１０４との距離を検出することができる。
【００２４】
従来の半導体の検査用顕微鏡装置では、以上のような自動焦点合わせ機構１００を用いて、半導体ウェハ１０１と対物レンズ１０４との焦点距離を合わせ、その後、この対物レンズ１０４を用いて半導体ウェハ１０１上のデバイスパターンを拡大し、拡大した部分の観察を行う。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウェハには、転写された回路間を接続するアルミニウムや銅等を用いた金属配線が形成されている。この金属配線は、複数層に亘って立体配線されているのが一般的である。各配線層の間は、例えば、ＳｉＯ2等からなる層間絶縁膜が形成され、電気的な絶縁を保っている。製造プロセスにおいては、層間絶縁膜を約１μｍ程度形成した後、その上に金属配線を形成する。そして、その上にさらに層間絶縁膜及び次の金属配線を形成し、このような工程を複数回に亘って繰り返す。半導体の検査用顕微鏡装置は、こうした各工程において、金属配線の断線や短絡等を検査するために用いることができる。
【００２６】
ところが、半導体ウェハの層間絶縁膜は、通常、２酸化シリコンで形成されており、光を透過してしまう。そのため、上述した自動焦点合わせ機構１００を用いて、半導体ウェハ上にレーザスポットを形成すると、図１７（Ａ）及び（Ｂ）のＸに示すように、そのスポットが金属配線上にあればその金属配線までの距離を検出することができるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）のＹに示すように、そのスポットが層間絶縁膜上にあると反射面が金属配線より下層に位置してしまうので、検査対象となる金属配線までの距離を検出することができない。
【００２７】
そのため、このような自動焦点合わせ機構を備えた従来の半導体の検査用顕微鏡装置では、層間絶縁膜上に形成された金属配線に対して、対物レンズの自動焦点あわせをすることが困難であった。
【００２８】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、対物レンズの自動焦点合わせを行うことができる焦点位置制御機構及び方法、並びに、対物レンズの自動焦点合わせを行い、半導体ウェハの外観検査を行う半導体ウェハの検査装置及び方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に焦点位置制御機構は、光を透過する材料上に光反射パターンが形成された照射対象物を支持する支持手段と、上記支持手段により支持された上記照射対象物に対して、対物レンズで集光した光を照射する照射手段と、上記対物レンズを用いて上記照射対象物上に光スポットを形成し、形成した光スポットからの反射光を検出することにより、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段が検出した上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離に基づき上記支持手段及び／又は上記対物レンズを移動させ、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる制御を行う制御手段とを備え、上記距離検出手段は、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記照射対象物上に形成した光スポットを、この照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出する。
【００３０】
この焦点位置制御機構では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を光軸に対して直交する方向に振動させることにより、照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から照射対象物に形成されている光反射パターンと上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる。
【００３１】
本発明に係る焦点位置制御方法は、光を透過する材料上に光反射パターンが形成された照射対象物に対して集光した光を照射する対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる焦点位置制御方法であって、上記対物レンズを用いて上記照射対象物上に光スポットを形成し、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、上記各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出し、検出した上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離に基づき、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる。
【００３２】
この焦点位置制御方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から照射対象物に形成されている光反射パターンと上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる。
【００３３】
本発明に係る半導体ウェハの検査装置は、金属配線が形成された半導体ウェハを支持する支持手段と、上記支持手段により支持された半導体ウェハに対して、対物レンズで集光した光を照射する照射手段と、上記対物レンズを用いて上記半導体ウェハ上に光スポットを形成し、形成した光スポットからの反射光を検出することにより、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段が検出した上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離に基づき上記支持手段及び／又は上記対物レンズを移動させ、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる制御を行う制御手段と、上記照射手段により上記半導体ウェハに対して集光された光の反射光を検出して、上記半導体ウェハの画像を撮像する撮像手段と、上記撮像手段により撮像された画像を処理して、上記半導体ウェハを検査する検査手段とを備え、上記距離検出手段は、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記半導体ウェハ上に形成した光スポットを、この半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出する。
【００３４】
この半導体ウェハの検査装置では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から半導体ウェハに形成されている金属配線と上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させる。そして、この半導体ウェハの検査装置では、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させた状態で、上記半導体ウェハの画像を撮像し、上記半導体ウェハを検査する。
【００３５】
本発明に係る半導体ウェハの検査方法は、金属配線が形成された半導体ウェハに対して対物レンズにより集光した光を照射し、その反射光を検出することにより上記半導体ウェハの検査をする半導体ウェハの検査方法であって、上記対物レンズを用いて上記半導体ウェハ上に光スポットを形成し、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、上記各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出し、検出した上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離に基づき、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させ、上記対物レンズにより上記半導体ウェハに対して光を集光し、上記半導体ウェハに対して集光された光の反射光を検出して、上記半導体ウェハの画像を撮像し、撮像された上記画像を処理して、上記半導体ウェハを検査する。
【００３６】
この半導体ウェハの検査方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から半導体ウェハに形成されている金属配線と上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させる。そして、この半導体ウェハの検査方法では、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させた状態で、上記半導体ウェハの画像を撮像し、上記半導体ウェハを検査する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
本発明を適用した検査装置の外観を図１に示す。この検査装置１は、所定のデバイスパターンが形成されてなる半導体ウェハの検査を行うためのものであり、所定のデバイスパターンが形成されてなる半導体ウェハに欠陥が発見された場合に、その欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。
【００３９】
図１に示すように、この検査装置１は、防塵機能を有し内部環境をクリーンに保つクリーンユニット２を備える。クリーンユニット２は、塵埃等を除去したクリーンな空気を供給するクリーンエアーユニット３を上部に備えており、当該クリーンエアーユニット３から、塵埃等を除去したクリーンな空気を供給することにより、内部環境のクリーン度をクラス１程度に保つ。
【００４０】
そして、この検査装置１では、クリーンユニット２の中で、所定のデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行う。ここで、被検査物となる半導体ウェハは、所定の密閉式の容器４に入れて搬送され、当該容器４を介して、クリーンユニット２の中に移送される。すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、図１中に鎖線で示すように、半導体ウェハが入れられた容器４をクリーンユニット２に取り付け、半導体ウェハを外気に晒すことなく、後述する搬送用ロボット等により半導体ウェハを容器４から取り出して、クリーンユニット２の内部に配された検査用ステージ上に設置する。
【００４１】
このように、クリーンユニット２の内部で半導体ウェハの検査を行うようにすることで、検査時に半導体ウェハに塵埃等が付着するのを防止することができる。しかも、被検査物となる半導体ウェハを密閉式の容器４に入れて搬送し、当該容器４を介して半導体ウェハをクリーンユニット２の中に移送するようにした場合には、クリーンユニット２と容器４の内部だけを十分なクリーン度に保っておけば、検査装置１が設置される環境全体のクリーン度を高めなくても、半導体ウェハへの塵埃等の付着を防止することができる。
【００４２】
このように必要な場所のクリーン度だけを局所的に高めるようにすることで、高いクリーン度を実現しつつ、且つ、クリーン環境を実現するためのコストを大幅に抑えることができる。なお、密閉式の容器４とクリーンユニット２との機械的なインターフェースとしては、いわゆるＳＭＩＦ（standard mechanical interface）が好適であり、その場合、密閉式の容器４には、いわゆるＳＭＩＦ−ＰＯＤを使用する。
【００４３】
また、この検査装置１では、クリーンユニット２の外部に、検査装置１を操作するためのコンピュータ等が配される外部ユニット５を備える。この外部ユニット５には、半導体ウェハを撮像した画像等を表示するための表示装置６や、検査時の各種条件等を表示するための表示装置７や、検査装置１への指示入力等を行うための入力装置８なども配されている。そして、半導体ウェハの検査を行う検査者は、外部ユニット５に配された表示装置６，７を見ながら、外部ユニット５に配された入力装置８から必要な指示を入力して半導体ウェハの検査を行う。
【００４４】
つぎに、上記検査装置１のクリーンユニット２の内部について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２はクリーンユニット２の内部を図１の矢印Ａ１方向から見た正面図であり、図３はクリーンユニット２の内部を図１の矢印Ａ２方向から見た平面図である。
【００４５】
図２に示すように、クリーンユニット２の内部には、支持台９と、支持台９の上に設置された除振台１０と、除振台１０の上に設置された検査用ステージ１１と、除振台１０の上に設置された光学ユニット１２とが配されている。
【００４６】
支持台９は、クリーンユニット１２の内部に配される各機器を支持するための台である。支持台９並びに外部ユニット５の底部には、タイヤ１３が取り付けられており、検査装置１を容易に移動させることが可能となっている。なお、検査装置１を固定する際は、図２に示すように、固定用脚部を床に着けて、タイヤ１３は浮かせておく。
【００４７】
除振台１０は、床からの振動や、検査用ステージ１１を移動操作した場合に発生する振動などを抑制するためのものである。この検査装置１では、微細なデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行うため、少しの振動でも検査の障害となる。そこで、この検査装置１では、除振台１０を用いて、振動を抑制するようにしている。
【００４８】
なお、この検査装置１に用いる除振台としては、いわゆるアクティブ除振台が好適である。アクティブ除振台は、振動を検知して、その振動を打ち消す方向に動作することで、振動を速やかに取り除くようになされた除振台であり、除振効果に優れている。
【００４９】
この検査装置１では、紫外光を用いて高分解能での検査を行うため、振動の影響が大きく現れやすいが、除振効果に優れたアクティブ除振台を検査装置１の除振台１０として用いることで、振動の影響を抑えて、紫外光を用いて高分解能での検査を行う際の検査能力を向上することができる。
【００５０】
この除振台１０の上には、検査用ステージ１１が配されている。この検査用ステージ１１は、被検査物となる半導体ウェハを支持するためのステージである。この検査用ステージ１１は、被検査物となる半導体ウェハを支持するとともに、当該半導体ウェハを所定の検査対象位置へと移動させる機能も備えている。
【００５１】
具体的には、検査用ステージ１１は、除振台１０の上に設置されたＸステージ１４と、Ｘステージ１４の上に設置されたＹステージ１５と、Ｙステージ１５の上に設置されたθステージ１６と、θステージ１６の上に設置されたＺステージ１７と、Ｚステージ１７の上に設置された吸着プレート１８とを備える。
【００５２】
Ｘステージ１４及びＹステージ１５は、水平方向に移動するステージであり、Ｘステージ１４とＹステージ１５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。半導体ウェハの検査時には、Ｘステージ１４及びＹステージ１５により、半導体ウェハを検査対象位置へと移動させる。
【００５３】
θステージ１６は、いわゆる回転ステージであり、半導体ウェハを回転させるためのものである。半導体ウェハの検査時には、θステージ１６により、例えば、半導体ウェハ上のデバイスパターンが画面に対して水平又は垂直となるように、半導体ウェハを回転させる。
【００５４】
Ｚステージ１７は、鉛直方向に移動するステージであり、ステージの高さを調整するためのものである。半導体ウェハの検査時には、Ｚステージ１７により、半導体ウェハの検査面が適切な高さとなるように、ステージの高さを調整する。
【００５５】
吸着プレート１８は、検査対象の半導体ウェハを吸着して固定するためのものである。半導体ウェハの検査時に、検査対象の半導体ウェハは、この吸着プレート１８の上に設置される。そして、当該半導体ウェハは動かないように吸着プレート１８により吸着される。
【００５６】
また、除振台１０の上には、検査用ステージ１１の上に位置するように支持部材１９によって支持された光学ユニット１２が配されている。この光学ユニット１２は、半導体ウェハの検査時に、半導体ウェハの画像を撮像するためのものである。そして、この光学ユニット１２は、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を可視光を用いて低分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を紫外光を用いて高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００５７】
また、クリーンユニット２の内部には、図２及び図３に示すように、支持台９の上に設置されたエレベータ２０が配されているとともに、図３に示すように、支持台９の上に設置された搬送用ロボット２１と、支持台９の上に設置されたアライナ２２とが配されている。
【００５８】
エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２は、ＳＭＩＦ−ＰＯＤのような密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを、当該容器４の中から取り出して、検査用ステージ１１の上に設置するためのものである。
【００５９】
すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、先ず、半導体ウェハを密閉式の容器４に入れて搬送し、当該容器４を図１中に鎖線で示したようにクリーンユニット２に取り付ける。そして、クリーンユニット２の内部に外気が侵入しないように、容器４の底部からエレベータ２０により半導体ウェハを取り出す。ここで、半導体ウェハは、マガジンに収納しておき、密閉式の容器４にマガジンごと入れておく。そして、エレベータ２０は、容器４の中から半導体ウェハをマガジンごと取り出して下に降ろす。
【００６０】
次に、エレベータ２０によりマガジンごと下に降ろされて容器４から取り出された半導体ウェハの中から、検査対象の半導体ウェハを選択して、当該半導体ウェハを搬送用ロボット２１により取り出す。ここで、搬送用ロボット２１の先端部分には吸着機構が設けられており、半導体ウェハを吸着することにより、半導体ウェハを持ち運びできるようになされている。
【００６１】
そして、搬送用ロボット２１によりマガジンから取り出された半導体ウェハは、アライナ２２へと運ばれる。アライナ２２は、半導体ウェハに予め形成されているオリエンテーションフラット及びノッチを基準として、半導体ウェハの位相出し及びセンター出しを行う。そして、位相出し及びセンター出しが行われた半導体ウェハは、再び搬送用ロボット２１により吸着されて、検査用ステージ１１へと運ばれ、検査用ステージ１１の吸着プレート１８の上に設置される。
【００６２】
なお、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する機構の例として、ここでは、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２からなる例を挙げたが、当然のことながら、半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する機構は、上記の例に限定されるものではない。すなわち、密閉式の容器４に入れられて搬送されてき半導体ウェハを外気に晒すことなく容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置するものであれば、上記の例に限ることなく、任意の機構が使用可能である。
【００６３】
つぎに、上記検査装置１について、図４のブロック図を参照して更に詳細に説明する。
【００６４】
図４に示すように、検査装置１の外部ユニット５には、表示装置６及び入力装置８ａが接続された画像処理用コンピュータ３０と、表示装置７及び入力装置８ｂが接続された制御用コンピュータ３１とが配されている。なお、前掲した図１及び図２では、画像処理用コンピュータ３０に接続された入力装置８ｂと、制御用コンピュータ３１に接続された入力装置８ｂとをまとめて、入力装置８として図示している。
【００６５】
画像処理用コンピュータ３０は、半導体ウェハを検査するときに、光学ユニット１２の内部に設置されたＣＣＤ（charge-coupled device）カメラ３２，３３により半導体ウェハを撮像した画像を取り込んで処理するコンピュータである。すなわち、この検査装置１は、画像処理用コンピュータ３０により、光学ユニット１２の内部に設置されたＣＣＤカメラ３２，３３により撮像した半導体ウェハの画像を、画像処理用コンピュータ３０により処理して解析することにより、半導体ウェハの検査を行う。
【００６６】
なお、画像処理用コンピュータ３０に接続された入力装置８ａは、ＣＣＤカメラ３２，３３から取り込んだ画像の解析等に必要な指示を、画像処理用コンピュータ３０に対して入力するためのものであり、例えば、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等からなる。また、画像処理用コンピュータ３０に接続された表示装置６は、ＣＣＤカメラ３２，３３から取り込んだ画像の解析結果等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。
【００６７】
制御用コンピュータ３１は、半導体ウェハを検査するときに、検査用ステージ１１、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２、並びに光学ユニット１２の内部の各機器等を制御するためのコンピュータである。すなわち、この検査装置１は、半導体ウェハの検査を行う際に、検査対象の半導体ウェハの画像が、光学ユニット１２の内部に設置されたＣＣＤカメラ３２，３３により撮像されるように、制御用コンピュータ３１により、検査用ステージ１１、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２、並びに光学ユニット１２の内部の各機器等を制御する。
【００６８】
なお、制御用コンピュータ３１に接続された入力装置８ｂは、検査用ステージ１１、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２、並びに光学ユニット１２の内部の各機器等を制御するのに必要な指示を、制御用コンピュータ３１に対して入力するためのものであり、例えば、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等からなる。また、制御用コンピュータ３１に接続された表示装置７は、半導体ウェハの検査時の各種条件等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。
【００６９】
また、画像処理用コンピュータ３０と制御用コンピュータ３１とは、メモリリンク機構により、互いにデータのやり取りが可能とされている。すなわち、画像処理用コンピュータ３０と制御用コンピュータ３１は、それぞれに設けられたメモリリンクインターフェース３０ａ，３１ａを介して互いに接続されており、画像処理用コンピュータ３０と制御用コンピュータ３１との間で、互いにデータのやり取りが可能となっている。
【００７０】
一方、検査装置１のクリーンユニット２の内部には、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する機構として、上述したように、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２が配されている。これらは、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、ロボット制御インターフェース３１ｂを介して接続されている。そして、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２には、制御用コンピュータ３１からロボット制御インターフェース３１ｂを介して、制御信号が送られる。
【００７１】
すなわち、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する際は、制御用コンピュータ３１からロボット制御インターフェース３１ｂを介して、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２に制御信号を送出する。そして、当該制御信号に基づいて、エレベータ２０、搬送用ロボット２１及びアライナ２２は、上述したように、密閉式の容器４に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを容器４から取り出して検査用ステージ１１に設置する動作を行う。
【００７２】
また、検査装置１のクリーンユニット２の内部には除振台１０が配されており、当該除振台１０の上に、上述したように、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８を備えた検査用ステージ１１が設置されている。
【００７３】
ここで、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、ステージ制御インターフェース３１ｃを介して接続されている。そして、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８には、制御用コンピュータ３１からステージ制御インターフェース３１ｃを介して、制御信号が送られる。
【００７４】
すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、制御用コンピュータ３１からステージ制御インターフェース３１ｃを介して、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８に制御信号を送出する。そして、当該制御信号に基づいて、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６、Ｚステージ１７及び吸着プレート１８を動作させ、検査対象の半導体ウェハを吸着プレート１８により吸着して固定するとともに、半導体ウェハが所定の位置、角度及び高さとなるように、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、θステージ１６及びＺステージ１７を動作させる。
【００７５】
また、除振台１０の上には光学ユニット１２も設置されている。この光学ユニット１２は、半導体ウェハの検査時に半導体ウェハの画像を撮像するためのものであり、上述したように、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を可視光を用いて低分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を紫外光を用いて高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００７６】
この光学ユニット１２の内部には、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像するための機構として、可視光用ＣＣＤカメラ３２と、ハロゲンランプ３４と、可視光用光学系３５と、可視光用対物レンズ３６と、可視光用オートフォーカス制御部３７とが配されている。
【００７７】
そして、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、ハロゲンランプ３４を点灯させる。ここで、ハロゲンランプ３４の駆動源は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、光源制御インターフェース３１ｄを介して接続されている。そして、ハロゲンランプ３４の駆動源には、制御用コンピュータ３１から光源制御インターフェース３１ｄを介して制御信号が送られる。ハロゲンランプ３４の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００７８】
そして、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、ハロゲンランプ３４を点灯させ、当該ハロゲンランプ３４からの可視光を、可視光用光学系３５及び可視光用対物レンズ３６を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、可視光により照明された半導体ウェハの像を可視光用対物レンズ３６により拡大し、その拡大像を可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像する。
【００７９】
ここで、可視光用ＣＣＤカメラ３２は、外部ユニット５に配された画像処理用コンピュータ３０に、画像取込インターフェース３０ｂを介して接続されている。そして、可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース３０ｂを介して画像処理用コンピュータ３０に取り込まれる。
【００８０】
また、上述のように可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、可視光用オートフォーカス制御部３７により、自動焦点位置合わせを行う。すなわち、可視光用オートフォーカス制御部３７により、可視光用対物レンズ３６と半導体ウェハの間隔が可視光用対物レンズ３６の焦点距離に一致しているか否かを検出し、一致していない場合には、可視光用対物レンズ３６又はＺステージ１７を動かして、半導体ウェハの検査対象面が可視光用対物レンズ３６の焦点面に一致するようにする。
【００８１】
ここで、可視光用オートフォーカス制御部３７は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、オートフォーカス制御インターフェース３１ｅを介して接続されている。そして、可視光用オートフォーカス制御部３７には、制御用コンピュータ３１からオートフォーカス制御インターフェース３１ｅを介して制御信号が送られる。可視光用オートフォーカス制御部３７による可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせは、この制御信号に基づいて行われる。
【００８２】
また、光学ユニット１２の内部には、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像するための機構として、紫外光用ＣＣＤカメラ３３と、紫外光レーザ光源３８と、紫外光用光学系３９と、紫外光用対物レンズ４０と、距離センサ４１とが配されている。
【００８３】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源３８を点灯させる。ここで、紫外光レーザ光源３８の駆動源は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、光源制御インターフェース３１ｄを介して接続されている。そして、紫外光レーザ光源３８の駆動源には、制御用コンピュータ３１から光源制御インターフェース３１ｄを介して制御信号が送られる。紫外光レーザ光源３８の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００８４】
なお、現在工業用として実用可能な紫外線固体レーザの上限波長は３５５ｎｍである。そこで、紫外光レーザ光源３８には、波長が３５５ｎｍ以下の紫外光レーザを出射するものを用いることが好ましい。なお、波長が３５５ｎｍの紫外光レーザは、ＹＡＧレーザの３倍波として得られる。また、後で詳細に説明するように、ＹＡＧレーザの４倍波として波長が２６６ｎｍの紫外光レーザを得ることも可能である。また、レーザ光源としては、発振波長が１６６ｎｍのものも開発されており、そのようなレーザ光源を上記紫外光レーザ光源３８として用いてもよい。なお、解像度を高めるという観点からは、紫外光レーザ光源３８から出射される紫外光レーザの波長は短い方が好ましいが、あまりに波長が短いと、その波長に対応した光学系を構成することが困難となる。したがって、上記紫外線レーザ光源３８から出射される紫外光レーザの波長λは、３５５ｎｍ〜１６６ｎｍ程度が好ましい。
【００８５】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源３８を点灯させ、当該紫外光レーザ光源３８からの紫外光を、紫外光用光学系３９及び紫外光用対物レンズ４０を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、紫外光により照明された半導体ウェハの像を紫外光用対物レンズ４０により拡大し、その拡大像を紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像する。
【００８６】
ここで、紫外光用ＣＣＤカメラ３３は、外部ユニット５に配された画像処理用コンピュータ３０に、画像取込インターフェース３０ｃを介して接続されている。そして、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース３０ｃを介して画像処理用コンピュータ３０に取り込まれる。
【００８７】
また、上述のように紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、距離センサ４１を用いて、紫外光用対物レンズ４０の自動焦点位置合わせを行う。すなわち、距離センサ４１により、紫外光用対物レンズ４０と半導体ウェハの間隔を検出し、この検出結果に基づき紫外光用対物レンズ４０又はＺステージ１７を動かして、半導体ウェハの検査対象面が紫外光用対物レンズ４０の焦点面に一致するようにする。
【００８８】
ここで、距離センサ４１は、外部ユニット５に配された制御用コンピュータ３１に、センサインターフェース３１ｆを介して接続されている。そして、距離センサ４１には、制御用コンピュータ３１からセンサインターフェース３１ｆを介して制御信号が送られる。距離センサ４１は、この制御信号に応じて半導体ウェハまでの距離を検出し、その検出結果をセンサインターフェース３１ｆを介して制御用コンピュータ３１へ送る。制御用コンピュータ３１は、距離センサ４１により検出した距離に基づき、Ｘステージ１４，Ｙステージ１５，Ｚステージ１７を動かして、紫外光用対物レンズ４０の自動焦点位置合わせを行う。
【００８９】
このような距離センサ４１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、被測定物との間の静電容量を測定することにより、被測定物に接触することなく、当該センサと被測定物との間の距離を測定するものである。距離センサ４１として静電容量型センサを用いた場合の仕様は、例えば、測定フルスケールが、±１０Ｖ／±１００μｍである。
【００９０】
また、この距離センサ４１は、紫外光用対物レンズ４０に対して相対的な位置関係が固定されて、光学ユニット１２内に設けられている。例えば、図５に示すように、距離センサ４１は、紫外光用対物レンズ４０と、連結部材４１ａを介して固定され、その高さ位置（鉛直方向の位置）が、紫外光用対物レンズ４０とほぼ同一の位置に設けられる。この距離センサ４１は、紫外光用対物レンズ４０を介して半導体ウェハに照射される紫外光の発光方向の距離を検出する。すなわち、距離センサ４１と半導体ウェハとの、鉛直方向の距離を検出する。
【００９１】
つぎに、上記検査装置１の光学ユニット１２の光学系について、図６を参照して更に詳細に説明する。なお、ここでは、オートフォーカス制御部３７，４１についての説明は省略し、検査対象の半導体ウェハを照明する光学系と、検査対象の半導体ウェハを撮像する光学系とについて説明する。
【００９２】
図６に示すように、光学ユニット１２は、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像するための光学系として、ハロゲンランプ３４と、可視光用光学系３５と、可視光用対物レンズ３６とを備えている。
【００９３】
ハロゲンランプ３４からの可視光は、光ファイバ５０によって可視光用光学系３５へ導かれる。ここで、可視光用光学系３５は、２つのレンズ５１，５２により構成された照明用光学系５３を備えており、光ファイバ５０によって可視光用光学系３５へ導かれた可視光は、先ず、照明用光学系５３に入射する。そして、光ファイバによって可視光用光学系３５へ導かれた可視光は、照明用光学系５３を介してハーフミラー５４に入射し、ハーフミラー５４によって可視光用対物レンズ３６へ向けて反射され、可視光用対物レンズ３６を介して半導体ウェハに入射する。これにより、半導体ウェハが可視光により照明される。
【００９４】
そして、可視光により照明された半導体ウェハの像は、可視光用対物レンズ３６により拡大され、可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像される。すなわち、可視光により照明された半導体ウェハからの反射光が、可視光用対物レンズ３６、ハーフミラー５４及び撮像用レンズ５５を介して可視光用ＣＣＤカメラ３２に入射し、これにより、半導体ウェハの拡大像が可視光用ＣＣＤカメラ３２によって撮像される。そして、可視光用ＣＣＤカメラ３２によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、可視画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ３０へと送られる。
【００９５】
また、光学ユニット１２は、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像するための光学系として、紫外光レーザ光源３８と、紫外光用光学系３９と、紫外光用対物レンズ４０とを備えている。
【００９６】
紫外光レーザ光源３８からの紫外光は、光ファイバ６０によって紫外光用光学系３９へ導かれる。ここで、紫外光用光学系３９は、２つのレンズ６１，６２により構成された照明用光学系６３を備えており、光ファイバ６０によって紫外光用光学系３９へ導かれた紫外光は、先ず、照明用光学系６３に入射する。そして、光ファイバ６０によって紫外光用光学系３９へ導かれた紫外光は、照明用光学系６３を介してハーフミラー６４に入射し、ハーフミラー６４によって紫外光用対物レンズ４０へ向けて反射され、紫外光用対物レンズ４０を介して半導体ウェハに入射する。これにより、半導体ウェハが紫外光により照明される。
【００９７】
そして、紫外光により照明された半導体ウェハの像は、紫外光用対物レンズ４０により拡大され、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像される。すなわち、紫外光により照明された半導体ウェハからの反射光が、紫外光用対物レンズ４０、ハーフミラー６４及び撮像用レンズ６５を介して紫外光用ＣＣＤカメラ３３に入射し、これにより、半導体ウェハの拡大像が紫外光用ＣＣＤカメラ３３によって撮像される。そして、紫外光用ＣＣＤカメラ３３によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、紫外画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ３０へと送られる。
【００９８】
なお、紫外光用光学系３９は、図７に示すように、ハーフミラー６４に代えて偏光ビームスプリッタ７０を配置し、偏光ビームスプリッタ７０と紫外光用対物レンズ４０の間に１／４波長板７１を配置するようにしてもよい。このような構成とすることにより、紫外光レーザをより効率良く使用することができる。
【００９９】
以上のような検査装置１では、可視光よりも短波長の光である紫外光により、半導体ウェハの画像を撮像して検査することができるので、可視光を用いて欠陥の検出や分類分けを行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出や分類分けを行うことができる。
【０１００】
しかも、上記検査装置１では、可視光用の光学系と紫外光用の光学系とを兼ね備えており、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査との両方を行うことができる。したがって、上記検査装置１では、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査により、大きい欠陥の検出や分類分けを行い、且つ、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査により、小さい欠陥の検出や分類分けを行うといったことも可能である。
【０１０１】
なお、上記検査装置１において、紫外光用対物レンズ４０の開口数ＮＡは、大きい方が好ましく、例えば０．９以上とする。このように、紫外光用対物レンズ４０として、開口数ＮＡの大きなレンズを用いることで、より微細な欠陥の検出が可能となる。
【０１０２】
ところで、半導体ウェハの欠陥が、引っ掻き傷のように色情報が無く凹凸だけからなる場合、可干渉性を持たない光では、その欠陥を見ることは殆どできない。これに対して、レーザ光のように可干渉性に優れた光を用いた場合には、引っ掻き傷のように色情報が無く凹凸だけからなる欠陥であっても、凹凸の段差近辺で光が干渉することにより、当該欠陥をはっきりと見ることができる。そして、上記検査装置１では、紫外光の光源として紫外域のレーザ光を出射する紫外光レーザ光源３８を用いている。したがって、上記検査装置１では、引っ掻き傷のように色情報が無く凹凸だけからなる欠陥であっても、当該欠陥をはっきりと検出することができる。すなわち、上記検査装置１では、ハロゲンランプ３４からの可視光（インコヒーレント光）では検出が困難な位相情報を、紫外光レーザ光源３８からの紫外光レーザ（コヒーレント光）を用いて、容易に検出することができる。
【０１０３】
つぎに、検査装置１の可視光用オートフォーカス制御部３７及び光学ユニット１２内の可視光のオートフォーカス用の光学系を図８に示し、可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせ動作について説明を行う。なお、ここでは、検査対象の半導体ウェハを照明する光学系と、検査対象の半導体ウェハを撮像する光学系については説明を省略し、すなわち、図６に示した光学系の説明は省略し、図８には、光学ユニット１２内の可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせに必要となる光学系のみを示す。もっとも、この自動焦点位置合わせに必要となる光学系は、半導体ウェハの照明及び撮像する光学系と機械的干渉が生じないように、光学ユニット１２内に設けられていることはもちろんである。
【０１０４】
光学ユニット１２は、可視光用オートフォーカス制御用の光学系として、図８に示すように、可視光用対物レンズ３６と、レーザ光を出射するレーザダイオード８１と、半導体ウェハにより反射されたレーザ光を受光するフォトディテクタ８２と、レーザダイオード８１からの出射光と半導体ウェハからの反射光との光路を分離するハーフミラー８３と、レーザダイオード８１とハーフミラー８３との間に設けられたナイフエッヂ８４と、ハーフミラー８３と可視光用対物レンズ３６との間に設けられたコリメータレンズ８５とを有している。
【０１０５】
また、この光学ユニット１２は、コリメータレンズ８５を円板状の半導体ウェハと平行な方向に振動させるボイスコイルモータ８６を備えている。
【０１０６】
可視光用オートフォーカス制御部３７は、プリアンプ８７と、ピークホールド回路８８とを備えている。
【０１０７】
検査用ステージ１１には、検査対象となる円板状の半導体ウェハが載置されている。この検査用ステージ１１は、制御用コンピュータ３１からの制御に応じてＺステージ１７が移動され、載置した半導体ウェハを高さ方向に移動させる。
【０１０８】
レーザダイオード８１は、可視光のレーザ光を出射する。レーザダイオード８１から出射されたレーザ光は、ナイフエッジ８４によりスポット形状が半円状とされ、ハーフミラー８３に入射する。ハーフミラー８３は、レーザダイオード８１から照射されたレーザ光を反射する。ハーフミラー８３により反射されたレーザ光は、コリメータレンズ８５で平行光とされた後、可視光用対物レンズ３６に入射する。可視光用対物レンズ３６は、平行光とされたレーザ光を集光して半導体ウェハに照射する。
【０１０９】
半導体ウェハ上に形成されるレーザスポットは、ナイフエッジ８４が設けられているためその形状が半円状となり、焦点位置のずれ量に応じてその重心位置が線形的に移動していく。
【０１１０】
また、コリメータレンズ８５は、ボイスコイルモータ８６により支持されている。このボイスコイルモータ８６は、コリメータレンズ８５を円板状の半導体ウェハと平行な方向に所定の周期及び振幅で振動させる
可視光用対物レンズ３６により集光されたレーザ光は、半導体ウェハにより反射され、再度、可視光用対物レンズ３６、コリメータレンズ８５を通過し、ハーフミラー８３に入射される。ハーフミラー８３は、半導体ウェハからの反射光をこんどは透過する。ハーフミラー８３を透過した反射光は、フォトディテクタ８２に照射される。
【０１１１】
フォトディテクタ８２は、その配置位置がレーザダイオード８１と共役の関係にある。フォトディテクタ８２は、半導体ウェハからの反射光を受光してその受光光量に応じた電気信号に変換し、その電気信号をプリアンプ８７に供給する。このフォトディテクタ８２上に形成されるレーザスポットは、半導体ウェハ上に形成されるレーザスポットと同様に、焦点位置のずれ量に応じて、その重心位置が線形的に移動していく。フォトディテクタ８２は、例えば、光検出領域が複数の領域に分割され、受光したレーザスポットの重心位置が検出できるようになっている。
【０１１２】
可視光用オートフォーカス制御部３７のプリアンプ８７は、フォトディテクタ８２から供給された電気信号から、フォトディテクタ８２上に形成されるレーザスポットの重心位置を求め、半導体ウェハ上に形成されたレーザスポットの焦点位置からのずれ量を示す焦点ずれ量信号を生成する。
【０１１３】
可視光用オートフォーカス制御部３７のピークホールド回路８８は、プリアンプ８７から出力される焦点ずれ量信号のピーク値をホールドすることにより、半導体ウェハと可視光用対物レンズ３６との間の距離を示す距離検出信号を生成する。
【０１１４】
制御用コンピュータ３１は、オートフォーカス制御インターフェース３１ｅを介して可視光用オートフォーカス制御部３７から距離検出信号を取得する。制御用コンピュータ３１は、この距離検出信号から、可視光用対物レンズ３６と半導体ウェハとの距離を求め、この距離が可視光用対物レンズ３６の焦点距離と一致するように、Ｚステージ１７を移動させ、半導体ウェハの高さ位置を制御する。
【０１１５】
ここで、この光学ユニット１２では、ボイスコイルモータ８６がコリメータレンズ８５を水平方向に振動させている。そのため、半導体ウェハ上に照射されたレーザスポットが、この半導体ウェハ上を水平方向に振動する。例えば、コリメータレンズ８５の焦点距離が１００ｍｍ、可視光用対物レンズ３６の焦点距離が２ｍｍで、コリメータレンズ８５を振幅１ｍｍで振動させると、レーザスポットは、半導体ウェハ上で１ｍｍ×（２ｍｍ／１００ｍｍ）＝２０μｍの範囲で振動する。なお、コリメータレンズ８５を振動させる周波数は、例えば７５Ｈｚとし、低い電流で振動させることができるようにする。
【０１１６】
このように水平方向に振動するレーザスポットを、層間絶縁膜上に金属配線が形成された半導体ウェハに照射した場合について、図９を用いて以下具体的に説明する。
【０１１７】
レーザスポットが金属配線９１をまたいで水平方向に振動すると、そのレーザスポットの軌跡は、半導体ウェハ上で図９（Ａ）に示すような直線を描く。このとき、金属配線９２上に照射されたレーザ光（図９（Ａ）の点Ｂ〜Ｃの間）は、図９（Ｂ）に示すように、半導体ウェハ表面で反射がされる。それに対し、層間絶縁膜９１上に照射されたレーザ光（図９（Ａ）の点Ａ〜Ｂ，点Ｃ〜Ｄの間）は、図９（Ｂ）に示すように、半導体ウェハ表面では反射されず、層間絶縁膜９１を透過し、下層の反射層で反射される。
【０１１８】
そのため、プリアンプ３７から出力される焦点ずれ量信号は、図１０に示すように、例えば、金属配線９１上ではレベルが高くなり層間絶縁膜９２上ではレベルが低くなるパルス波形であって、且つ、レーザスポットの振動周期で繰り返される周期信号となる。すなわち、金属配線９１上に照射されたレーザスポットと、層間絶縁膜９１上に照射されたレーザスポットとは、その反射される高さ位置が異なるため、焦点位置からのずれ量が異なる。そのため、焦点ずれ量信号は、金属配線９１上と層間絶縁膜９２上とでレベルが異なる信号となる。
【０１１９】
このような焦点ずれ量信号に対してピークホールド回路８８が、ピークホールド処理を行い、図１１に示すような、距離検出信号を生成する。ここで、このピークホールド回路８８が焦点ずれ量信号のピーク値をホールドして出力しているため、距離検出信号に現れる距離成分は、金属配線９１上のレーザスポットの焦点ずれ量成分だけとなる。すなわち、ピークホール回路８８から出力される距離信号からは、層間絶縁膜９２上のレーザスポットの焦点ずれ量成分が除去される。従って、この距離検出信号は、半導体ウェハの金属配線層から可視光用対物レンズ３６までの距離を示す信号となる。
【０１２０】
そして、この距離検出信号に基づき制御用コンピュータ３１が、検査用ステージ１１のＺステージ１７を駆動し、図１２に示すように、この距離検出信号が目標値Ｒに一致するように制御する。
【０１２１】
以上のように検査装置１では、レーザスポットを半導体ウェハ上で水平方向に振動させることにより、層間絶縁膜９２上に形成された金属配線９１に対して、すなわち、層間絶縁膜９２の表面に対して、可視光用対物レンズ３６の焦点を自動的に合わせることができるようになる。
【０１２２】
なお、半導体ウェハ上のレーザスポットを振動させる手段は、ボイスコイルモータ８６に限らず、例えば、ガルバノミラー等を用いても良い。但し、レーザスポットを振動させることによる光軸のずれの影響を排除するために、フォトダイオード側での集光位置を正確に調整し、共焦点条件を確保するようにする。
【０１２３】
また、上述した例では、ピークホールド回路８８を用いて焦点ずれ量のピーク値をホールドして距離検出信号を生成していたが、プリアンプ３７等の回路構成の違いにより、金属配線９１の影響が焦点ずれ量信号のボトム値に現れる場合がある。この場合には、ピークホールド回路８８の代わりにボトムホールド回路を用いることにより、距離検出信号を生成することができる。
【０１２４】
つぎに、上記検査装置１で半導体ウェハを検査するときの手順について、図１３のフローチャートを参照して説明する。なお、図１３のフローチャートでは、検査対象の半導体ウェハが検査用ステージ１１に設置された状態以降の処理の手順を示している。また、ここでは、半導体ウェハ上に同様な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（欠陥画像）と、その他の領域の画像（参照画像）とを撮像し、それらを比較することで行うものとする。
【０１２５】
まず、図１３のフローチャートに従って半導体ウェハの検査を行うときの手順について説明する。なお、図１３に示すフローチャートは、半導体ウェハ上の欠陥の位置が予め分かっている場合に、その欠陥を上記検査装置１により検査して分類分けを行うときの手順の一例を示している。
【０１２６】
この場合は、先ず、ステップＳ１−１に示すように、制御用コンピュータ３１に欠陥位置座標ファイルを読み込む。ここで、欠陥位置座標ファイルは、半導体ウェハ上の欠陥の位置に関する情報が記述されたファイルであり、欠陥検出装置等により、半導体ウェハ上の欠陥の位置を予め計測して作成しておく。そして、ここでは、その欠陥位置座標ファイルを制御用コンピュータ３１に読み込む。
【０１２７】
次に、ステップＳ１−２において、制御用コンピュータ３１によりＸステージ１４及びＹステージ１５を駆動させ、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標へ半導体ウェハを移動させ、半導体ウェハの検査対象領域が可視光用対物レンズ３６の視野内に入るようにする。
【０１２８】
次に、ステップＳ１−３において、制御用コンピュータ３１により可視光用オートフォーカス制御部３７を駆動させ、可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせを行う。
【０１２９】
次に、ステップＳ１−４において、可視光用ＣＣＤカメラ３２により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した可視画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される可視画像は、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標における画像、すなわち、欠陥があるとされる領域の画像（以下、欠陥画像と称する。）である。
【０１３０】
次に、ステップＳ１−５において、制御用コンピュータ３１によりＸステージ１４及びＹステージ１５を駆動させ、参照位置座標へ半導体ウェハを移動させ、半導体ウェハの参照領域が可視光用対物レンズ３６の視野内に入るようにする。ここで、参照領域は、半導体ウェハの検査対象領域以外の領域であって、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域である。
【０１３１】
次に、ステップＳ１−６において、制御用コンピュータ３１により可視光用オートフォーカス制御部３７を駆動させ、可視光用対物レンズ３６の自動焦点位置合わせを行う。
【０１３２】
次に、ステップＳ１−７において、可視光用ＣＣＤカメラ３２により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した可視画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される可視画像は、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域の画像（以下、参照画像と称する。）である。
【０１３３】
次に、ステップＳ１−８において、画像処理用コンピュータ３０により、ステップＳ１−４で取り込んだ欠陥画像と、ステップＳ１−７で取り込んだ参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−９へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、ステップＳ１−１１へ進む。
【０１３４】
ステップＳ１−９では、画像処理用コンピュータ３０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、ステップＳ１−１０へ進み、欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１１へ進む。
【０１３５】
ステップＳ１−１０では、欠陥の分類結果を保存する。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３０や制御用コンピュータ３１に接続された記憶装置に保存する。なお、欠陥の分類結果は、画像処理用コンピュータ３０や制御用コンピュータ３１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転送して保存するようにしてもよい。
【０１３６】
ステップＳ１−１０での処理が完了したら、半導体ウェハの欠陥の分類分けが完了したこととなるので、これで処理を終了する。ただし、半導体ウェハ上に複数の欠陥がある場合には、ステップＳ１−２へ戻って、他の欠陥の検出及び分類分けを行うようにしてもよい。
【０１３７】
一方、ステップＳ１−８で欠陥検出ができなかった場合や、ステップＳ１−９で欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１１以降へ進み、紫外光を用いて高分解能での撮像を行って欠陥の検出や分類分けを行う。
【０１３８】
その場合は、先ず、ステップＳ１−１１において、Ｘステージ１４及びＹステージ１５を駆動することにより欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標へ半導体ウェハを移動させて半導体ウェハの検査対象領域が紫外光用対物レンズ４０の視野内に入るようにするとともに、この欠陥位置座標での自動焦点位置合わせを距離センサ４１により検出した距離に基づきＺステージ１７を駆動することにより行う。
【０１３９】
次に、ステップＳ１−１３において、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した紫外画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される紫外画像は、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標における画像、すなわち欠陥画像である。また、ここでの欠陥画像の撮像は、可視光よりも短波長の光である紫外光を用いて、可視光を用いた場合の撮像よりも高分解能にて行う。
【０１４０】
次に、ステップＳ１−１４において、Ｘステージ１４及びＹステージ１５を駆動することにより参照位置座標へ半導体ウェハを移動させて半導体ウェハの参照領域が紫外光用対物レンズ４０の視野内に入るようにするとともに、この参照位置座標での自動焦点位置合わせを距離センサ４１により検出した距離に基づきＺステージ１７を駆動することにより行う。
【０１４１】
ここで、参照領域は、半導体ウェハの検査対象領域以外の領域であって、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域である。
【０１４２】
次に、ステップＳ１−１５において、制御用コンピュータ３１により紫外光用オートフォーカス制御部４１を駆動させ、紫外光用対物レンズ４０の自動焦点位置合わせを行う。
【０１４３】
次に、ステップＳ１−１６において、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した紫外画像を画像処理用コンピュータ３０に送る。なお、ここで撮像される紫外画像は、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域の画像、すなわち参照画像である。また、ここでの参照画像の撮像は、可視光よりも短波長の光である紫外光を用いて、可視光を用いた場合よりも高分解能にて行う。
【０１４４】
次に、ステップＳ１−１７において、画像処理用コンピュータ３０により、ステップＳ１−１３で取り込んだ欠陥画像と、ステップＳ１−１６で取り込んだ参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−１８へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、ステップＳ１−１９へ進む。
【０１４５】
ステップＳ１−１８では、画像処理用コンピュータ３０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、ステップＳ１−１０へ進み、上述したように、欠陥の分類結果を保存する。一方、欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１９へ進む。
【０１４６】
ステップＳ１−１９では、欠陥の分類分けができなかったことを示す情報を保存する。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３０や制御用コンピュータ３１に接続された記憶装置に保存する。なお、この情報は、画像処理用コンピュータ３０や制御用コンピュータ３１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転送して保ｊ存するようにしてもよい。
【０１４７】
以上のような手順により、先ず、可視光用ＣＣＤカメラ３２により撮像された画像を処理して解析することで低分解能にて半導体ウェハの検査を行い、可視光での欠陥の検出や分類分けができなかった場合に、次に、紫外光用ＣＣＤカメラ３３により撮像された画像を処理して解析することで高分解能にて半導体ウェハの検査を行う。このようにすることで、可視光だけを用いて欠陥の検出や分類分けを行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出や分類分けを行うことができる。
【０１４８】
ただし、可視光を用いて低分解能にて撮像した方が、一度に撮像できる領域が広いので、欠陥が十分に大きい場合には、可視光を用いて低分解能にて半導体ウェハの検査を行った方が効率が良い。したがって、最初から紫外光を用いて欠陥の検査や分類分けを行うのではなく、上述のように、最初に可視光を用いて欠陥の検査や分類分けを行うようにすることで、より効率良く半導体ウェハの検査を行うことができる。
【０１４９】
ところで、上記検査装置１では、ＣＣＤカメラ３２，３３によって撮像された参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出するようにしている。このように参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出する手法について、図１４を参照して説明する。
【０１５０】
図１４（ａ）は、検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている参照領域の画像、すなわち参照画像の一例を示している。また、図１４（ｂ）は、欠陥があるとされる検査対象領域の画像、すなわち欠陥画像の一例を示している。
【０１５１】
このような参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出する際は、参照画像から色情報や濃淡情報などに基づいて、図１４（ｃ）に示すようにデバイスパターンを抽出する。また、参照画像と欠陥画像から差の画像を求め、差の大きな部分を図１４（ｄ）に示すように欠陥として抽出する。
【０１５２】
そして、図１４（ｆ）に示すように、図１４（ｃ）に示したデバイスパターン抽出結果の画像と、図１４（ｄ）に示した欠陥抽出結果の画像とを重ね合わせた画像を得て、欠陥がデバイスパターンに存在する割合などを、欠陥に関する特徴量として抽出する。
【０１５３】
上記検査装置１では、以上のような手法により、ＣＣＤカメラ３２，３３によって撮像された参照画像及び欠陥画像を画像処理用コンピュータ３０で処理し解析することで欠陥を検出し、半導体ウェハの検査を行う。
【０１５４】
なお、以上の説明では、本発明を適用した検査装置１を、半導体ウェハの欠陥が何であるかを調べるために用いるものとしてきた。しかし、本発明に係る検査装置１の用途は、半導体ウェハの欠陥識別以外の用途にも使用可能である。すなわち、本発明に係る検査装置１は、例えば、半導体ウェハ上に形成したデバイスパターンが、所望するパターン通りに適切な形状に形成されているか否かを検査するのに用いることもできる。更に、本発明に係る検査装置１の用途は、半導体ウェハの検査に限定されるものでもなく、本発明に係る検査装置１は、微細パターンの検査に対して広く適用可能であり、例えば、微細なパターンが形成されたフラットパネルディスプレイの検査などにも有効である。
【０１５５】
【発明の効果】
本発明に係る焦点位置制御装置及び方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から振動させた光スポットの反射光から照射対象物に形成されている光反射パターンと上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる。
【０１５６】
このことにより、本発明にかかる焦点位置制御装置及び方法では、対物レンズの自動焦点合わせを容易に行うことができる。例えば、光を透過する層間絶縁膜上に形成された金属配線に自動的に焦点を合わせることができる。
【０１５７】
本発明に係る半導体ウェハの検査装置及び方法では、光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子をこの光軸に対して直交する方向に振動させることにより、半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、この光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から振動させた光スポットの反射光から半導体ウェハに形成されている金属配線と上記対物レンズとの距離を検出し、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させる。そして、この半導体ウェハの検査方法では、上記対物レンズの焦点位置を上記金属配線が形成された位置に一致させた状態で、上記半導体ウェハの画像を撮像し、上記半導体ウェハを検査する。
【０１５８】
このことにより、本発明に係る半導体ウェハの検査装置及び方法では、対物レンズの自動焦点合わせを容易に行うことができる。例えば、光を透過する層間絶縁膜上に形成された金属配線に自動的に焦点を合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した検査装置の外観を示す図である。
【図２】図１に示した検査装置のクリーンユニットの内部構造を示す図であり、クリーンユニットの内部を図１の矢印Ａ１方向から見た正面図である。
【図３】図１に示した検査装置のクリーンユニットの内部構造を示す図であり、クリーンユニットの内部を図１の矢印Ａ２方向から見た平面図である。
【図４】図１に示した検査装置の構成を示すブロック図である。
【図５】距離センサと、紫外光用対物レンズとの構成例を示す図である。
【図６】図１に示した検査装置の光学ユニットの光学系の一構成例を示す図である。
【図７】図１に示した検査装置の光学ユニットの光学系の他の構成例を示す図である。
【図８】図１に示した検査装置の可視光用オートフォーカス制御部及び光学ユニット内の可視光のオートフォーカス用の光学系の構成例を示す図である。
【図９】水平方向に振動するレーザスポットを、層間絶縁膜上に金属配線が形成された半導体ウェハに照射した場合について説明する図である。
【図１０】図５に示した可視光オートフォーカス制御部のプリアンプから出力される焦点ずれ量信号を説明する図である。
【図１１】図５に示した可視光オートフォーカス制御部のピークホールド回路から出力される距離検出信号を説明する図である。
【図１２】図５に示した可視光オートフォーカス制御部のピークホールド回路から出力される距離検出信号が、目標値に一致した状態を説明する図である。
【図１３】本発明を適用した検査装置で半導体ウェハの検査を行うときの手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】参照画像と欠陥画像とから欠陥を検出の手法を説明するための図である。
【図１５】従来の半導体の検査用顕微鏡装置に用いられる自動焦点合わせ機構の構成例を示す図である。
【図１６】ナイフエッヂの影響から半円状となる半導体ウェハ上に形成されたレーザスポットを説明する図である。
【図１７】層間絶縁膜上に金属配線がされた半導体ウェハ上にレーザスポットを形成したときのスポットの照射位置を説明する図である。
【符号の説明】
１ 検査装置、１１ 検査用ステージ、１２ 光学ユニット、１４ Ｘステージ、１５ Ｙステージ、１６ θステージ、１７ Ｚステージ、１８ 吸着プレート、３０ 画像処理用コンピュータ、３１ 制御用コンピュータ、３２ 可視光用ＣＣＤカメラ、３３ 紫外光用ＣＣＤカメラ、３４ ハロゲンランプ、３５可視光用光学系、３６ 可視光用対物レンズ、３７ 可視光用オートフォーカス制御部、３８ 紫外光レーザ光源、３９ 紫外光用光学系、４０ 紫外光用対物レンズ、４１ 距離センサ、８１ レーザダイオード、８２ フォトディテクタ、８３ ハーフミラー、８４ ナイフエッジ、８５ コリメータレンズ、８６ボイスコイルモータ、８７ プリアンプ、８８ ピークホールド回路
Claims (8)
- 光を透過する材料上に光反射パターンが形成された照射対象物を支持する支持手段と、
上記支持手段により支持された上記照射対象物に対して、対物レンズで集光した光を照射する照射手段と、
上記対物レンズを用いて上記照射対象物上に光スポットを形成し、形成した光スポットからの反射光を検出することにより、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出する距離検出手段と、
上記距離検出手段が検出した上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離に基づき上記支持手段及び／又は上記対物レンズを移動させ、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる制御を行う制御手段とを備え、
上記距離検出手段は、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記照射対象物上に形成した光スポットを、この照射対象物に対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出する焦点位置制御機構。 - 上記距離検出手段は、ナイフエッジを用いて上記光スポットを半円状にし、半円状の上記光スポットの焦点ずれ量を検出する請求項１記載の焦点位置制御機構。
- 光を透過する材料上に光反射パターンが形成された照射対象物に対して集光した光を照射する対物レンズの焦点位置を、上記光反射パターンが形成された位置に一致させる焦点位置制御方法において、
上記対物レンズを用いて上記照射対象物上に光スポットを形成し、
上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記照射対象物上に形成した光スポットをこの照射対象物に対して水平方向に振動させ、
上記各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記光反射パターン以外の光を透過する材料を介しての反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を検出し、
検出した上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離に基づき、上記光反射パターンと上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる焦点位置制御方法。 - ナイフエッジを用いて上記光スポットを半円状にし、半円状の上記光スポットの焦点ずれ量を検出する請求項３記載の焦点位置制御方法。
- 金属配線が形成された半導体ウェハを支持する支持手段と、
上記支持手段により支持された半導体ウェハに対して、対物レンズで集光した光を照射する照射手段と、
上記対物レンズを用いて上記半導体ウェハ上に光スポットを形成し、形成した光スポットからの反射光を検出することにより、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出する距離検出手段と、
上記距離検出手段が検出した上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離に基づき上記支持手段及び／又は上記対物レンズを移動させ、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させる制御を行う制御手段と、
上記照射手段により上記半導体ウェハに対して集光された光の反射光を検出して、上記半導体ウェハの画像を撮像する撮像手段と、
上記撮像手段により撮像された画像を処理して、上記半導体ウェハを検査する検査手段とを備え、
上記距離検出手段は、上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記半導体ウェハ上に形成した光スポットを、この半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出する半導体ウェハの検査装置。 - 上記距離検出手段は、ナイフエッジを用いて上記光スポットを半円状にし、半円状の上記光スポットの焦点ずれ量を検出する請求項５記載の半導体ウェハの検査装置。
- 金属配線が形成された半導体ウェハに対して対物レンズにより集光した光を照射し、その反射光を検出することにより上記半導体ウェハの検査をする半導体ウェハの検査方法において、
上記対物レンズを用いて上記半導体ウェハ上に光スポットを形成し、
上記光スポットを形成する光の光軸上に設けられた光学素子を該光軸に対して直交する方向に振動させることにより、上記半導体ウェハ上に形成した光スポットをこの半導体ウェハに対して水平方向に振動させ、
上記各形成された光スポットからの反射光を検出し、該光スポットの反射光に基づきこの光スポットの焦点ずれ量を検出し、この焦点ずれ量から上記金属配線以外からの反射光に基づく焦点ずれ量成分を除去したピーク値或いはボトム値から上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を検出し、
検出した上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離に基づき、上記金属配線と上記対物レンズとの間の距離を上記対物レンズの焦点距離に一致させ、
上記対物レンズにより上記半導体ウェハに対して光を集光し、
上記半導体ウェハに対して集光された光の反射光を検出して、上記半導体ウェハの画像を撮像し、
撮像された上記画像を処理して、上記半導体ウェハを検査する半導体ウェハの検査方法。 - ナイフエッジを用いて上記光スポットを半円状にし、半円状の上記光スポットの焦点ずれ量を検出する請求項７記載の半導体ウェハの検査方法。
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