JP4560898B2 - Inspection apparatus and inspection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウェハのように、微細なパターンの形状や大きさなどを検査するための検査装置及び検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路を作製するにあたっては、半導体ウェハと呼ばれる半導体基板上に、多数の同一のデバイスパターン(回路パターン)を形成し、後でこれらを各一のデバイスパターン部分に分割することが行われている。半導体集積回路においては、近年、集積化が益々進んでおり、これを構成するデバイスパターンは、例えば、幅が0.18μmや0.13μmの線状のパターンといったように、非常に微細なものとなっている。そして、このデバイスパターンについては、半導体ウェハの状態で、光学的に検査することが行われており、従来、このような検査を行うための検査装置及び検査方法が提案されている。
【0003】
このような検査装置は、基台と、この基台上に設けられた被検査物支持機構と、該基台上に移動操作可能に設けられた撮像手段とを備えて構成されている。被検査物支持機構は、いわゆる「検査用ステージ」であって、半導体ウェハなどの被検査物を支持するとともに、この被検査物を所定の移動平面内において移動操作することができるようになされている。撮像手段は、いわゆる「CCDカメラ」であって、被検査物の移動平面の外から、この被検査物を撮像する。
【0004】
撮像手段は、被検査物の表面部を高倍率に拡大して撮像し、この被検査物上のデバイスパターン等の微細パターンの映像を提供する。そして、この映像に基づいて、被検査物上の欠陥の探索や、または、微細パターンの大きさ(幅)の測定などを行うことができる。
【0005】
ここで、被検査物支持機構が被検査物を移動させるための座標系、撮像手段が移動する座標系、及び被検査物上において定義された座標系が相互にずれを生じていると、被検査物上の座標系によって撮像すべき箇所が指示されても、その箇所を撮像素子の撮像範囲(視野)内に導入することが非常に困難となる。そして、これら各座標系を、機械精度によって一致させることは困難である。そこで、本件出願人は、このような検査装置において、これら各座標系間の対応付けを行い、この対応付けに基づく座標変換処理を行うことによって、撮像すべき箇所を撮像素子の撮像範囲内に迅速に導入することができるようにする検査方法を、特願平11−348079号において、すでに提案している。
【0006】
ところで、被検査物に対して精密な検査を行う場合においては、その検査装置が固有に持っている誤差、例えば、撮像手段における画像の歪みなどが問題になることがある。この誤差のことを「TIS」(Tool Induced Shift)と呼んでいる。この「TIS」を定量的に測定する方法としては、被検査物を異なった方向(向き)にして検査装置内に搬入したうえで同様の検査を行い、その結果の分布を調べるということが提案されている。
【0007】
このようにして「TIS」を測定する場合、被検査物が検査装置に搬入される方向は、通常は2方向、多くても、4方向といった程度であった。そのため、従来は、これら被検査物の方向毎に、独立した座標変換処理を行うことで対処していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような検査装置における「TIS」の測定においては、被検査物を検査装置に搬入する際の該被検査物の方向を、例えば、4方向より多くした場合や、それまでとは異なる方向とした場合等においては、座標変換処理が煩雑となり、また、被検査物の方向ごとに独立的に座標変換処理を行うことによって、新たな誤差を生じさせてしまう虞れがあり、正確な測定ができなかった。
【0009】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、検査装置が固有に持っている誤差の測定などのために、被検査物が複数の異なる方向となされて搬入される場合においても、この検査装置上の複数の座標系間の座標変換処理が容易であり、正確な誤差の測定が行えるようになされた検査装置及び検査方法を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る検査装置は、基台と、基台上に設けられ、半導体ウェハを支持するとともに、半導体ウェハを所定の移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構と、半導体ウェハを、被検査物支持機構により半導体ウェハが移動操作される移動平面に垂直な線を軸として回動操作し、被検査物支持機構に支持させる搬送機構と、基台上に基台に対して移動可能に設けられ、移動平面の外から、被検査物支持機構により支持された半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットと、可視光用及び紫外光用の撮像手段を移動操作する撮像手段移動機構と、被検査物支持機構、搬送機構及び撮像手段移動機構の動作を制御する制御手段とを備えて構成されている。
【0011】
そして、制御手段は、基台を基準としたメカニカル座標系と、被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、メカニカル座標系の原点をOM(0,0)とし、このメカニカル座標系における被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をOSとし、メカニカル座標系における可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をOAとし、ステージ座標系における半導体ウェハの中心の座標をOWとする。
【0012】
そして、制御手段は、半導体ウェハ上の任意の点Pについて、メカニカル座標系における座標をPMとし、カメラ座標系における座標をPAとし、ステージ座標系における座標をPSとし、被検査物座標系における座標をPWとし、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Pの移動量の一次変換行列をAとし、ステージ座標系から被検査物座標系への点Pの移動量の一次変換行列をRとし、搬送機構による半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をRTとして、以下のようにして、各座標系間の対応付けを行う。すなわち、
PM=A−1PA+OA
により、カメラ座標系とメカニカル座標系との対応付けを行い、
PS=A−1PA+OA−OS
により、カメラ座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
PS=RPW+OW
により、被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
PS=RRTPW+OW
により、搬送機構の動作も含めて被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
OS=A−1PA+OA−(RRTPW+OW)
により、カメラ座標系と被検査物座標系との対応付けを行う。
【0013】
この検査装置は、上述のような座標系間の対応付けを行うことにより、可視光用及び紫外光用の撮像手段を、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Pを撮像する位置に移動操作し、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Pを可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、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い、可視光用及び紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するCCDカメラと、対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、オートフォーカス制御部は、対物レンズと半導体ウェハとの間隔が対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、被検査物支持機構を所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、対物レンズの焦点位置合わせを行うことを特徴とするものである。
【0014】
そして、本発明に係る検査方法は、基台上に設けられ半導体ウェハを支持してこの半導体ウェハを所定の移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構に対して、搬送機構を用いて、半導体ウェハを移動平面に垂直な線を軸として回動操作して支持させ、基台上に基台に対して移動可能に設けられ、半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットの可視光用の撮像手段及び紫外光用の撮像手段を用いて、移動平面の外から半導体ウェハを撮像するにあたって、基台を基準としたメカニカル座標系と、被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、メカニカル座標系の原点をOM(0,0)とし、このメカニカル座標系における被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をOSとし、メカニカル座標系における可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をOAとし、ステージ座標系における半導体ウェハの中心の座標をOWとする。
【0015】
そして、半導体ウェハ上の任意の点Pについて、メカニカル座標系における座標をPMとし、カメラ座標系における座標をPAとし、ステージ座標系における座標をPSとし、被検査物座標系における座標をPWとし、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Pの移動量の一次変換行列をAとし、ステージ座標系から被検査物座標系への点Pの移動量の一次変換行列をRとし、搬送機構による半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をRTとして、以下のようにして、各座標系間の対応付けを行う。すなわち、
PM=A−1PA+OA
により、カメラ座標系とメカニカル座標系との対応付けを行い、
PS=A−1PA+OA−OS
により、カメラ座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
PS=RPW+OW
により、被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
PS=RRTPW+OW
により、搬送機構の動作も含めて被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
OS=A−1PA+OA−(RRTPW+OW)
により、カメラ座標系と被検査物座標系との対応付けを行う。
【0016】
この検査方法は、上述のような座標系間の対応付けを行うことにより、可視光用及び紫外光用の撮像手段を、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Pを撮像する位置に移動操作し、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Pを可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、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い、可視光用及び紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するCCDカメラと、対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、オートフォーカス制御部は、対物レンズと半導体ウェハとの間隔が対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、被検査物支持機構を所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、対物レンズの焦点位置合わせを行うことを特徴とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0018】
この実施の形態は、本発明に係る検査装置を、所定のデバイスパターンが複数形成された半導体ウェハにおいて、デバイスパターンの線幅の検査をするための検査装置として構成したものである。また、本発明に係る検査方法は、この検査装置において実施されるものであって、この実施の形態においては、所定のデバイスパターンが複数形成された半導体ウェハにおいて、デバイスパターンの線幅の検査をするための検査方法として説明する。
【0019】
〔検査装置の構成〕
この検査装置は、図1に示すように、基台1と、この基台1上に設けられ、被検査物となる半導体ウェハ101が載置されてこの半導体ウェハ101を支持するとともに、この半導体ウェハ101を所定の移動平面(水平面)内において移動操作する被検査物支持機構となる検査用ステージ(XYθステージ)2を備えて構成されている。この検査用ステージ2は、制御手段となる制御回路5に制御されて駆動し、支持している半導体ウェハ101を、移動平面内におけるX軸方向、Y軸方向に平行移動させるとともに、この検査用ステージ2の基準点を通る移動平面に対する垂直な軸回りに回動操作する。
【0020】
また、この検査装置は、半導体ウェハ101を、検査用ステージ2による半導体ウェハ101の移動平面に垂直な線を軸として回動操作し、検査用ステージ2に支持させる搬送機構となる搬送用ロボット6を備えている。すなわち、この搬送用ロボット6は、カセット7b内に積層されて収納された複数の半導体ウェハから、1枚の半導体ウェハ101を取り出し、所定の方向としたうえで、検査用ステージ2上に載置させる。この搬送用ロボット6も、制御回路5による制御にしたがって駆動する。
【0021】
そして、この検査装置は、基台1上にこの基台1に対して移動可能に設けられた撮像手段となるCCDカメラ4を備えている。このCCDカメラ4は、顕微鏡8を介して、半導体ウェハ101の移動平面の外から、検査用ステージ2により支持された半導体ウェハ101を撮像する。このCCDカメラ4は、撮像手段移動機構となるカメラ移動機構9により、制御回路5による制御にしたがって、移動操作される。
【0022】
この検査装置について、外観も含めてさらに詳細に説明する。この検査装置は、図2に示すように、半導体ウェハの検査を行う環境をクリーンに保つためのクリーンユニット10を備えている。このクリーンユニット10は、ステンレス鋼板等が折り曲げ加工されて構成され、中空の箱状に形成されたクリーンボックス11と、このクリーンボックス11の上部に一体的に設けられたクリーンエアユニット12とを有している。
【0023】
クリーンボックス11には、所定の箇所に窓部11aが設けられており、検査作業者がこの窓部11aからクリーンボックス11の内部を視認できるようになされている。
【0024】
クリーンエアユニット12は、クリーンボックス11内に清浄な空気を供給するためのものであり、クリーンボックス11の上部の異なる位置にそれぞれ配設された2つの送風機13a,13bと、これら送風機13a,13bとクリーンボックス11との間に配設された図示しないエアフィルタとを備えている。エアフィルタは、例えば、HEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)やULPAフィルタ(Ultra Low Penetration Air Filter)等の高性能エアフィルタである。そして、このクリーンエアユニット12は、送風機13a,13bにより送風される空気中の塵埃等を高性能エアフィルタによって除去し、清浄な空気として、クリーンボックス11の内部に供給するようになされている。
【0025】
クリーンボックス11は、支持脚14によって床板上に支持されており、その下端部が開放された構造となっている。そして、クリーンエアユニット12からクリーンボックス11内に供給された空気は、主にこのクリーンボックス11の下端部からクリーンボックス11の外部に排出されるようになされている。また、クリーンボックス11の側面部には、所定の箇所に開口領域が設けられており、クリーンエアユニット12からクリーンボックス11内に供給された空気が、このクリーンボックス11の側面部に設けられた開口領域からも外部に排出されるようになされている。
【0026】
クリーンユニット10は、以上のように、クリーンボックス11内にクリーンエアユニット12からの清浄な空気を常時供給し、クリーンボックス11内を気流となって循環した空気をクリーンボックス11の外部に排出させる。これによって、クリーンボックス11内にて発生した塵埃等をこの空気と共にクリーンボックス11の外部に排出させ、クリーンボックス11の内部環境を、例えばクラス1程度の非常に高いクリーン度に保つようにしている。なお、クリーンボックス11は、外部から塵埃等を含んだ空気が内部に進入することを防止するために、内部の気圧が常に陽圧に保たれている。
【0027】
そして、この検査装置は、図3に示すように、クリーンボックス11の内部に装置本体15が収容され、クリーンボックス11の中で、この装置本体15によって、所定のデバイスパターンが形成された半導体ウェハ101の検査が行われるようになされている。ここで、被検査物となる半導体ウェハ101は、所定の密閉式の容器7に入れて搬送され、この容器7を介して、クリーンボックス11の内部に移送される。なお、図3は、クリーンボックス11の内部を図2中矢印A1方向から見た様子を示している。
【0028】
容器7は、底部7aと、この底部7aに固定されたカセット7bと、底部7aに着脱可能に係合されてカセット7bを覆うカバー7cとを有している。被検査物となる半導体ウェハ101は、複数枚が所定間隔を存して重ね合わされるようにカセット7bに装着され、底部7aとカバー7cとで密閉される。
【0029】
そして、半導体ウェハ101の検査を行う際には、まず、半導体ウェハ101を収納した容器7がクリーンボックス11の所定の位置に設けられた容器設置スペース16に設置される。この容器設置スペース16には、エレベータ17の昇降台17a上面がクリーンボックス11の外部に臨むように配されており、容器7は、その底部7aがこのエレベータ17の昇降台17a上に位置するように、容器設置スペース16に設置される。
【0030】
容器7が容器設置スペース16に設置されると、容器7の底部7aとカバー7cとの係合が解除される。そして、エレベータ17の昇降台17aが、図3中矢印Bで示す下方に下降操作されることによって、容器7の底部7a及びカセット7bが、カバー7cから分離してクリーンボックス11の内部に移動する。これにより、半導体ウェハ101は、外気に晒されることなく、クリーンボックス11の内部に移送されることになる。
【0031】
半導体ウェハ101がクリーンボックス11内に移送されると、搬送用ロボット6により、検査対象の半導体ウェハ101がカセット7bから取り出されて検査が行われる。
【0032】
また、この検査装置は、図2に示すように、装置本体15を操作するための制御回路(コンピュータ)5等が収納された外部ユニット50を備えている。この外部ユニット50は、クリーンボックス11の外部に設置されている。この外部ユニット50には、半導体ウェハ101を撮像した画像等を表示するための表示装置51や、検査時の各種条件等を表示するための表示装置52、装置本体15への指示入力等を行うための入力装置53等も配されている。そして、半導体ウェハ101の検査を行う検査者は、外部ユニット50に配された表示装置51,52を見ながら、外部ユニット50に配された入力装置53から必要な指示を入力して半導体ウェハの検査を行う。
【0033】
次に、クリーンボックス11の内部に配設された装置本体15について、さらに詳細に説明する。この装置本体15は、図3に示すように、基台1を備えている。この基台1は、装置本体15の各機構を支持するための台である。この基台1の底部には支持脚18が取り付けられており、基台1及び基台1上に設けられた各機構は、この支持脚18によってクリーンボックス11とは独立に床板上に支持される構造となっている。
【0034】
基台1上には、除振台19を介して、半導体ウェハ101が載置される検査用ステージ2が設けられている。除振台19は、床からの振動や、検査用ステージ2を移動操作した際に生じる振動等を抑制するためのものであり、検査用ステージ2が設置される石定盤19aと、この石定盤19aを支える複数の可動脚部19bとを備えている。そして、この除振台19は、振動が生じたときにその振動を検知して可動脚部19bを駆動し、石定盤19a及びこの石定盤19a上に設置された検査用ステージ14の振動を速やかに打ち消すようにしている。
【0035】
なお、除振台19上に検査用ステージ2を安定的に設置するには、除振台19の重心がある程度低い位置にあることが望ましい。そこで、この検査装置においては、石定盤19aの下端部に切り欠き部19cを設け、可動脚部19bがこの切り欠き部19cにて石定盤19aを支えるようにして、除振台19の重心を下げるようにしている。
【0036】
検査用ステージ2を移動操作した際に生じる振動等は、事前にある程度予測することができる。このような振動を事前に予測して除振台19を動作させるようにすれば、検査用ステージ2に生じる振動を未然に防止することが可能である。したがって、検査装置は、検査用ステージ2を移動操作した際に生じる振動等を事前に予測して除振台19を動作させるようになされていることが望ましい。
【0037】
検査用ステージ2は、半導体ウェハ101を支持するためのステージである。
この検査用ステージ2は、半導体ウェハ101を支持するとともに、この半導体ウェハ101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。
【0038】
すなわち、検査用ステージ2は、除振台19上に設置されたXステージ20と、Xステージ20上に設置されたYステージ21と、Yステージ21上に設置されたθステージ22と、θステージ22上に設置されたZステージ23と、Zステージ23上に設置された吸着プレート24とを備えている。
【0039】
Xステージ20及びYステージ21は、水平方向に移動するステージであり、Xステージ20とYステージ21とで、半導体ウェハ101を互いに直交する方向に移動させ、検査対象のデバイスパターンを所定の検査位置へと導くようにしている。
【0040】
θステージ22は、いわゆる回転ステージであり、半導体ウェハ101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22により、例えば、半導体ウェハ101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101を回転させる。
【0041】
Zステージ23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101の検査時には、Zステージ23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。
【0042】
吸着プレート24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24上に載置され、この吸着プレート24により吸着されて、不要な動きが抑制される。
【0043】
また、除振台19上には、検査用ステージ2上に位置するように支持部材25によって支持された光学ユニット26が配されている。この光学ユニット26は、CCDカメラを有し、半導体ウェハ101の検査時に、半導体ウェハ101の画像を撮像するためのものである。すなわち、この光学ユニット26は、半導体ウェハ101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、半導体ウェハ101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。
【0044】
また、基台1上には、図3及び図4に示すように、上述したエレベータ17が設けられている。さらに、基台1上には、図4に示すように、半導体ウェハ101を搬送するための搬送用ロボット6と、半導体ウェハ101を検査用ステージ2上に載置する前にそのセンター出しと位相出しとを行うプリアライナ27とが設けられている。エレベータ17は、上述したように、カセット7bをクリーンボックス11の内部に移動させる。
【0045】
搬送用ロボット6は、先端部に吸着機構6aが設けられた操作アーム6bを有しており、この操作アーム6bを移動操作して、その先端部に設けられた吸着機構6aにより半導体ウェハを吸着し、クリーンボックス11内における半導体ウェハの搬送を行うようになされている。
【0046】
プリアライナ27は、半導体ウェハ101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ものである。検査装置は、半導体ウェハを検査用ステージ2上に載置する前に、プリアライナ27によってその位相出し等を行うことにより、検査の効率を向上させるようになされている。
【0047】
半導体ウェハを検査用ステージ2上に設置する際は、まず、エレベータ17により容器7の底部7a及びカセット7bがクリーンボックス11の内部に移動される。そして、カセット7bに収納された複数枚の半導体ウェハ101の中から検査対象の半導体ウェハ101が選択され、選択された半導体ウェハ101が搬送用ロボット6によりカセット7bから取り出される。
【0048】
カセット7bから取り出された半導体ウェハ101は、搬送用ロボット6により、プリアライナ27へと搬送される。プリアライナ27へ搬送された半導体ウェハ101は、このプリアライナ27によって、位相出しやセンター出しが行われる。そして、位相出しやセンター出しが行われた半導体ウェハ101が、搬送用ロボット6により検査用ステージ2へと搬送され、吸着プレート24上に載置されて検査が行われる。
【0049】
検査対象の半導体ウェハ101が検査用ステージ2へと搬送されると、搬送用ロボット23によって次に検査する半導体ウェハ101がカセット7bから取り出され、プリアライナ27へと搬送される。そして、先に検査用ステージ2へと搬送された半導体ウェハ101の検査が行われている間に、次に検査する半導体ウェハの位相出しやセンター出しが行われる。そして、先に検査用ステージ2へと搬送された半導体ウェハ101の検査が終了すると、次に検査する半導体ウェハ101が検査用ステージ2へと速やかに搬送される。
【0050】
この検査装置は、以上のように、検査対象の半導体ウェハ101を検査用ステージ2へ搬送する前に、予めプリアライナ27により位相出しやセンター出しを行っておくことにより、検査用ステージ2による半導体ウェハ101の位置決めに要する時間を短縮することができる。また、この検査装置は、先に検査用ステージ2へと搬送された半導体ウェハ101の検査が行われている時間を利用して、次に検査する半導体ウェハ101をカセット7bから取り出し、プリアライナ27による位相出しやセンター出しを行うことにより、全体での時間の短縮を図ることができ、効率よく検査を行うことができる。
【0051】
ところで、この検査装置において、エレベータ17と、搬送用ロボット6と、プリアライナ27とは、図4に示すように、それぞれが直線上に並ぶように基台1上に設置されている。そして、エレベータ17と搬送用ロボット6との間の距離L1と、搬送用ロボット6とプリアライナ27との間の距離L2とが略等しい距離となるように、それぞれの設置位置が決定されている。さらに、搬送用ロボット6から見て、エレベータ17やプリアライナ27が並ぶ方向と略直交する方向に、検査用ステージ2が位置するような配置とされている。
【0052】
この検査装置は、各機構が以上のような配置とされていることにより、半導体ウェハ101の搬送を迅速且つ正確に行うことができる。すなわち、この検査装置では、エレベータ17と搬送用ロボット6との間の距離L1と、搬送用ロボット6とプリアライナ27との間の距離L2とが略等しい距離となっているので、搬送用ロボット6のアーム6bの長さを変えることなく、カセット7bから取り出した半導体ウェハ101をプリアライナ27に搬送することがでる。したがって、この検査装置では、搬送用ロボット6のアーム6bの長さを変えたときに生じる誤差等が問題とならないので、半導体ウェハ101をプリアライナ27へと搬送する動作を正確に行うことができる。また、エレベータ17と搬送用ロボット6とプリアライナ27とが直線上に並んでいるので、搬送用ロボット6は直線的な動きのみにより、カセット7bから取り出した半導体ウェハをプリアライナ27に搬送することがでる。したがって、この検査装置では、半導体ウェハ101をプリアライナ27へと搬送する動作を極めて正確に且つ迅速に行うことができる。
【0053】
さらに、この検査装置では、搬送用ロボット6から見て、エレベータ17やプリアライナ27が並ぶ方向と略直交する方向に、検査用ステージ2が位置するような配置とされているので、搬送用ロボット6が直線的な動きをすることで、半導体ウェハ101を検査用ステージ2へ搬送することができる。したがって、この検査装置では、半導体ウェハ101を検査用ステージ2へと搬送する動作を極めて正確に且つ迅速に行うことができる。特に、この検査装置では、微細なデバイスパターンが形成された半導体ウェハ101の検査を行うため、半導体ウェハ101の搬送及び位置決めを極めて正確に行う必要があるので、以上のような配置が非常に有効である。
【0054】
次に、この検査装置について、図5のブロック図を参照して、さらに詳細に説明する。図5に示すように、検査装置の外部ユニット50には、表示装置51及び入力装置53aが接続された画像処理用コンピュータ60と、表示装置52及び入力装置53bが接続された制御回路(制御用コンピュータ)5とが配されている。なお、上述した図2では、画像処理用コンピュータ60に接続された入力装置53aと、制御回路5に接続された入力装置53bとをまとめて、入力装53として図示している。
【0055】
画像処理用コンピュータ60は、半導体ウェハ101を検査するときに、光学ユニット26の内部に設置されたCCD(charge-coupled device)カメラ4により半導体ウェハ101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、この検査装置は、光学ユニット26の内部に設置されたCCDカメラ4により撮像した半導体ウェハ101の画像を、画像処理用コンピュータ60により処理して解析することにより、半導体ウェハ101の検査を行う。
【0056】
なお、画像処理用コンピュータ60に接続された入力装置53aは、CCDカメラ4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60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60に接続された表示装置51は、CCDカメラ4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。
【0057】
制御回路5は、半導体ウェハ101を検査するときに、検査用ステージ2、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27、並びに光学ユニット26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、この検査装置は、半導体ウェハ101の検査を行う際に、検査対象の半導体ウェハ101の画像が、光学ユニット26の内部に設置されたCCDカメラ4により撮像されるように、制御回路5により、検査用ステージ2、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27、並びに光学ユニット26の内部の各機器等を制御する。
【0058】
また、制御回路5は、クリーンエアユニット12の送風機13a,13bを制御する機能を有する。すなわち、この検査装置においては、制御回路5がクリーンエアユニット12の送風機13a,13bを制御することによって、半導体ウェハ101の検査を行う際に、クリーンボックス11内に清浄な空気が常時供給され、また、クリーンボックス11内の気流がコントロールされるようにしている。
【0059】
なお、制御回路5に接続された入力装置53bは、検査用ステージ2、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27、光学ユニット26の内部の各機器、並びにクリーンエアユニット12の送風機13a,13b等を制御するのに必要な指示を、制御回路5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、制御回路5に接続された表示装置52は、半導体ウェハ101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。
【0060】
また、画像処理用コンピュータ60と制御回路5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60と制御回路5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60a,5a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60と制御回路5との間で、互いにデータのやり取りが可能となっている。
【0061】
一方、検査装置のクリーンボックス11の内部には、密閉式の容器7に入れられて搬送されてきた半導体ウェハ101を、この容器7のカセット7bから取り出して検査用ステージ2に設置する機構として、上述したように、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27が配されている。これらは、外部ユニット50に配された制御回路5に、ロボット制御インターフェース5bを介して接続されている。そして、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27には、制御回路5からロボット制御インターフェース5bを介して、制御信号が送られる。
【0062】
すなわち、密閉式の容器7に入れられて搬送されてきた半導体ウェハ101を、この容器7のカセット7bから取り出して検査用ステージ2に設置する際は、制御回路5からロボット制御インターフェース5bを介して、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27に制御信号が送出される。そして、エレベータ17、搬送用ロボット6及びプリアライナ27がこの制御信号に基づいて動作し、上述したように、密閉式の容器7に入れられて搬送されてきた半導体ウェハ101を、この容器7のカセット7bから取り出して、プリアライナ27による位相出し及びセンター出しを行い、検査用ステージ2に設置する。
【0063】
また、Xステージ20、Yステージ21、θステージ22、Zステージ23及び吸着プレート24は、外部ユニット50に配された制御回路5に、ステージ制御インターフェース5cを介して接続されている。そして、Xステージ20、Yステージ21、θステージ22、Zステージ23及び吸着プレート24には、制御回路5からステージ制御インターフェース5cを介して、制御信号が送られる。
すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、制御回路5からステージ制御インターフェース5cを介して、Xステージ20、Yステージ21、θステージ22、Zステージ23及び吸着プレート24に制御信号が送出される。そして、Xステージ20、Yステージ21、θステージ22、Zステージ23及び吸着プレート24が、この制御信号に基づいて動作し、吸着プレート24により検査対象の半導体ウェハ101を吸着して固定するとともに、Xステージ20、Yステージ21、θステージ22及びZステージ23により、半導体ウェハ101を所定の位置、角度及び高さとなるように移動する。
【0064】
光学ユニット26の内部に設けられたCCDカメラ4としては、可視光用CCDカメラ4aと紫外光用CCDカメラ4bとが設置されている。可視光にて半導体ウェハ101の画像を撮像するための機構として、可視光用CCDカメラ4aと、ハロゲンランプ32と、可視光用光学系33と、可視光用対物レンズ34と、可視光用オートフォーカス制御部35とが配されている。なお、可視光用光学系33及び可視光用対物レンズ34は、顕微鏡8を構成するものである。
【0065】
そして、可視光にて半導体ウェハ101の画像を撮像する際は、ハロゲンランプ32を点灯させる。ここで、ハロゲンランプ32の駆動源は、外部ユニット50に配された制御回路5に、光源制御インターフェース5dを介して接続されている。そして、ハロゲンランプ32の駆動源には、制御回路5から光源制御インターフェース5dを介して制御信号が送られる。ハロゲンランプ32の点灯/消灯は、この制御信号に基づいて行われる。そして、このハロゲンランプ32からの可視光を、可視光用光学系33及び可視光用対物レンズ34を介して半導体ウェハ101にあてて、半導体ウェハ101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101の像を可視光用対物レンズ34により拡大し、その拡大像を可視光用CCDカメラ4aにより撮像する。
【0066】
ここで、可視光用CCDカメラ4aは、外部ユニット50に配された画像処理用コンピュータ60に、画像取込インターフェース60bを介して接続されている。そして、可視光用CCDカメラ4aにより撮像された半導体ウェハ101の画像は、画像取込インターフェース60bを介して画像処理用コンピュータ60に取り込まれる。
【0067】
また、上述のように可視光にて半導体ウェハ101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35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35により、可視光用対物レンズ34と半導体ウェハ101の間隔が可視光用対物レンズ34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34又はZステージ23を動かして、半導体ウェハ101の検査対象面が可視光用対物レンズ34の焦点面に一致するようにする。
【0068】
ここで、可視光用オートフォーカス制御部35は、外部ユニット50に配された制御回路5に、オートフォーカス制御インターフェース5e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35には、制御回路5からオートフォーカス制御インターフェース5e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35による可視光用対物レンズ34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。
【0069】
また、光学ユニット26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4bと、紫外光レーザ光源36と、紫外光用光学系37と、紫外光用対物レンズ38と、紫外光用オートフォーカス制御部39とが配されている。なお、紫外光用光学系37及び紫外光用対物レンズ38は、顕微鏡8を構成するものである。
【0070】
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36を点灯させる。ここで、紫外光レーザ光源36の駆動源は、外部ユニット50に配された制御回路5に、光源制御インターフェース5dを介して接続されている。そして、紫外光レーザ光源36の駆動源には、制御回路5から光源制御インターフェース5dを介して制御信号が送られる。紫外光レーザ光源36の点灯/消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【0071】
なお、紫外光レーザ光源36には、波長が266nm程度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。波長が266nm程度の紫外光レーザは、YAGレーザの第4高調波として得られる。また、レーザ光源としては、発振波長が166nm程度のものも開発されており、そのようなレーザ光源を紫外光レーザ光源36として用いてもよい。
【0072】
紫外光にて半導体ウェハ101の画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源36を点灯させ、この紫外光レーザ光源36からの紫外光を、紫外光用光学系37及び紫外光用対物レンズ38を介して半導体ウェハ101にあてて、半導体ウェハ101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101の像を紫外光用対物レンズ38により拡大し、その拡大像を紫外光用CCDカメラ4bにより撮像する。
【0073】
ここで、紫外光用CCDカメラ4bは、外部ユニット50に配された画像処理用コンピュータ60に、画像取込インターフェース60cを介して接続されている。そして、紫外光用CCDカメラ4b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60cを介して画像処理用コンピュータ60に取り込まれる。
【0074】
また、上述のように紫外光にて半導体ウェハ101の画像を撮像する際は、紫外光用オートフォーカス制御部39により、自動焦点位置合わせを行う。すなわち、紫外光用オートフォーカス制御部39により、紫外光用対物レンズ38と半導体ウェハ101の間隔が紫外光用対物レンズ38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、紫外光用対物レンズ38又はZステージ23を動かして、半導体ウェハ101の検査対象面が紫外光用対物レンズ38の焦点面に一致するようにする。
【0075】
ここで、紫外光用オートフォーカス制御部39は、外部ユニット50に配された制御回路5に、オートフォーカス制御インターフェース5eを介して接続されている。そして、紫外光用オートフォーカス制御部39には、制御回路5からオートフォーカス制御インターフェース5eを介して制御信号が送られる。紫外光用オートフォーカス制御部39による紫外光用対物レンズ38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。
【0076】
また、クリーンエアユニット12には、上述したように、2つの送風機13a,13bが設けられている。これらの送風機13a,13bは、外部ユニット50に配された制御回路5に、風量制御インターフェース5fを介して接続されている。そして、クリーンエアユニット12の送風機13a,13bには、制御回路5から風量制御インターフェース5fを介して、制御信号が送られる。送風機13a,13bの回転数の制御やオン/オフの切り替え等は、この制御信号に基づいて行われる。
【0077】
次に、この検査装置の光学ユニット26の光学系について、図6を参照して、さらに詳細に説明する。なお、ここでは、オートフォーカス制御部35,39についての説明は省略し、検査対象の半導体ウェハ101を照明する光学系と、検査対象の半導体ウェハ101を撮像する光学系とについて説明する。
【0078】
図6に示すように、光学ユニット26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32と、可視光用光学系33と、可視光用対物レンズ34とを備えている。ハロゲンランプ32からの可視光は、光ファイバ40によって可視光用光学系33へと導かれる。可視光用光学系33へと導かれた可視光は、まず、2つのレンズ41,42を透過してハーフミラー43に入射する。そして、ハーフミラー43に入射した可視光は、ハーフミラー43によって可視光用対物レンズ34へ向けて反射され、可視光用対物レンズ34を介して半導体ウェハ101に入射する。これにより、半導体ウェハ101が可視光により照明される。
【0079】
そして、可視光により照明された半導体ウェハ101の像は、可視光用対物レンズ34により拡大され、ハーフミラー43及び撮像用レンズ44を透過して、可視光用CCDカメラ4a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101からの反射光が、可視光用対物レンズ34、ハーフミラー43及び撮像用レンズ44を介して可視光用CCDカメラ4aに入射し、これにより、半導体ウェハ101の拡大像が可視光用CCDカメラ4aによって撮像される。そして、可視光用CCDカメラ4aによって撮像された半導体ウェハ101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60へと送られる。
【0080】
また、光学ユニット26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36と、紫外光用光学系37と、紫外光用対物レンズ38とを備えている。紫外光レーザ光源36からの紫外光は、光ファイバ45によって紫外光用光学系37へ導かれる。紫外光用光学系37へと導かれた紫外光は、先ず、2つのレンズ46,47を透過してハーフミラー48に入射する。そして、ハーフミラー48に入射した可視光は、ハーフミラー48によって紫外光用対物レンズ38へ向けて反射され、紫外光用対物レンズ38を介して半導体ウェハ101に入射する。これにより、半導体ウェハ101が紫外光により照明される。
【0081】
そして、紫外光により照明された半導体ウェハ101の像は、紫外光用対物レンズ38により拡大され、ハーフミラー48及び撮像用レンズ49を透過して、紫外光用CCDカメラ4b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101からの反射光が、紫外光用対物レンズ38、ハーフミラー48及び撮像用レンズ49を介して紫外光用CCDカメラ4bに入射し、これにより、半導体ウェハ101の拡大像が紫外光用CCDカメラ4bによって撮像される。そして、紫外光用CCDカメラ4bによって撮像された半導体ウェハ101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60へと送られる。
【0082】
以上のような検査装置では、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101の画像を撮像して検査することができるので、可視光を用いて線幅の測定や欠陥の検出を行う場合に比べて、より正確な線幅測定やより微細な欠陥の検出を行うことができる。
【0083】
しかも、この検査装置では、可視光用の光学系と紫外光用の光学系とを併有しており、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハ101の検査と、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハ101の検査との両方を行うことができる。したがって、この検査装置では、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハ101の検査により、幅の広い線幅の測定や大きい欠陥の検出を行い、かつ、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハ101の検査により、幅の狭い線幅の測定や小さい欠陥の検出を行うといったことも可能である。
【0084】
なお、この査装置において、紫外光用対物レンズ38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38として、開口数(NA)の大きなレンズを用いることで、より狭い幅の線幅の測定や、より微細な欠陥の検出が可能となる。
【0085】
〔キャリブレーション〕
ところで、検査装置においては、検査対象となる半導体ウェハ101のデバイスパターンの線の幅は、例えば、0.13μm乃至0.18μm程度と極めて微細なものである。この検査装置では、デバイスパターンの線の幅を、CCDカメラ4による撮像で得られる画像に基づいて測定するのであるが、その精度は、3σで3nm以内と、非常に高いことが要求される。
【0086】
このような精度を実現するためには、光学ユニット26により撮像した画像において識別した所定のパターンの位置と、このパターンの実際の半導体ウェハ101上における位置とを高精度に対応させることが重要となり、さらに、例えば、CCDカメラ4における画像の歪みなど、検査装置が固有に持っている誤差、すなわち、「TIS」(Tool Induced Shift)の測定が重要となる。
【0087】
この検査装置において、「TIS」を定量的に測定する方法としては、被検査物を異なった方向(向き)にして検査装置内に搬入したうえで半導体ウェハ101上の同一箇所についての同様の検査を行い、その結果の分布を調べるということを採用する。半導体ウェハ101の方向は、この半導体ウェハ101が検査用ステージ2上に置かれたときに、この半導体ウェハ101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」をどちらの方向に向けるかということで識別し、1カセット毎に指定する。
【0088】
そこで、まず、この検査装置では、実際の測定や検査に先だって、以下で述べるようにして、キャリブレーションを行うことにより、検査用ステージ2及び光学ユニット26が設けられた基台1の座標系(以下、メカニカル座標系という。)と、光学ユニット26により撮像した画像内の座標系(以下、カメラ座標系という。)との対応づけを行う。
【0089】
すなわち、この検査装置においては、制御回路5において、基台1を基準とした座標系をメカニカル座標系と定義し、検査用ステージ2の基準点を原点とする座標系をステージ座標系と定義し、CCDカメラ4の撮像範囲(視野)を基準とした座標系をカメラ座標系と定義する。メカニカル座標系とステージ座標系とは、X軸同士及びY軸同士が平行であり、スケールも同一である。
【0090】
そして、この検査装置においては、図7に示すように、メカニカル座標系の原点をOM(0,0)としたとき、メカニカル座標系における検査用ステージ2の基準点の座標、すなわち、ベクトルOM→OSをOSとし、メカニカル座標系におけるCCDカメラ2による撮像範囲の基準点の座標、すなわち、ベクトルOM→OAをOAとする。
【0091】
なお、以下で説明するキャリブレーションのアルゴリズムにおいては、基準点OSが必ずしもθステージ22の回転中心と一致している必要はなく、θステージ22の回転中心からの位置が明らかな固定点であればよい。
【0092】
また、線幅の測定は、半導体ウェハ101上の、予め決められた場所において行う。半導体ウェハ101に形成されているデバイスパターンは、ダイ(Die)と呼ばれる四角形の領域が並列されたもの、すなわち、繰返しパターンである。このため、半導体ウェハ101上における位置の特定は、ダイ座標とダイ内座標の二つの座標系を用いて行うことができる。すべてのダイにおいて、ダイ内座標が等しい点に形成されているデバイスパターンは同一である。
【0093】
これらの二つの座標系を組み合わせて、半導体ウェハ101の中心を原点とする被検査物座標系として、ウェハ座標系を定義する。そして、ステージ座標系における半導体ウェハ101の中心の座標、すなわち、ベクトルOS→OWをOWとする。
【0094】
このように定義されたウェハ座標系上の任意の点Pを検査するためには、まず、ウェハ座標系からステージ座標系への変換を行う必要がある。ステージ座標系は、上述したように、半導体ウェハ101を支持し半導体ウェハ101を平行に移動させる検査用ステージ2上の座標系である。半導体ウェハ101が、その「オリエンテーションフラット」、あるいは、「ノッチ」を標準の方向にして検査用ステージ2上に理想的に置かれたとき、ステージ座標系とウェハ座標系とは、完全に一致する。ただし、実際には、半導体ウェハ101は、搬送機構の動作精度によって、理想位置から、100μm以内の誤差を伴って検査用ステージ2上に置かれるため、ステージ座標系とウェハ座標系とは、一致しない。このような不一致を補正する目的で行われる、ウェハ座標系からステージ座標系への変換をファインアライメントと呼ぶ。
【0095】
すなわち、この検査装置においては、半導体ウェハ101上の任意の点Pについて、メカニカル座標系における座標、すなわち、ベクトルOM→PをPMとし、カメラ座標系における座標、すなわち、ベクトルOA→PをPAとし、ステージ座標系における座標、すなわち、ベクトルOS→PをPSとし、ウェハ座標系における座標、すなわち、ベクトルOW→PをPWとする。
【0096】
ここで、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Pの移動量の一次変換行列を行列Aとする。すると、
PM=A-1PA+OA ・・・・・・・式1
により、カメラ座標系とメカニカル座標系との対応付けを行うことができ、
PS=A-1PA+OA−OS ・・・・式2
により、カメラ座標系とステージ座標系との対応付けを行うことができる。
【0097】
一次変換行列Aには、メカニカル座標系とカメラ座標系との傾きや直交性の変換も含まれる。そして、これら一次変換行列A及びカメラ座標系の原点座標OAは、光学ユニット26における各受光レンズ、すなわち、可視光用対物レンズ34や紫外光用対物レンズ38毎に固有な行列である。したがって、以下で説明するキャリブレーションにおいては、これら一次変換行列A及びカメラ座標系の原点座標OAを求めることを意味する。
【0098】
以下では、まず、検査装置において、可視光用対物レンズ34を用いて撮像した画像について、キャリブレーションを行う場合について説明する。
【0099】
〔一次変換行列A〕
以下では、まず、上述した式1における一次変換行列Aを求める場合における画像変換装置1の動作について説明する。
【0100】
先ず、検査用ステージ2上に固定支持された半導体ウェハ101において、任意の点Pを選び、この点Pが可視光用対物レンズ34の視野に収まるように、Xステージ20及びYステージ21を移動させる。点Pとしては、例えば、図8に示すように、半導体ウェハ101上に形成されているアライメントマークを、画像処理用コンピュータ60により識別し、このアライメントマーク上の1点を点Pとすればよい。なお、図8中においては、アライメントマークが文字「K」として形成されている場合を示している。
【0101】
次に、可視光用対物レンズ34の視野内で、Xステージ20及びYステージ21により、点Pの位置を平行移動させる。そして、画像処理用コンピュータ60により、この点Pの座標を3点、それぞれメカニカル座標系とカメラ座標系とで取得する。このとき、メカニカル座標系における3点の座標をPM1,PM2,PM3、カメラ座標系における3点の座標をPA1,PA2,PA3とする。
【0102】
すると、上述した式1を用いて、以下の式3乃至式5のように表すことができる。
【0103】
【数1】
【0104】
そして、式4及び式5からそれぞれ式3を除算すると、以下の式6及び式7となる。
【0105】
【数2】
【0106】
これら式6及び式7を変形すると、以下の式8及び式9となる。
【0107】
【数3】
【0108】
ここで、以下のように定義をする。
【0109】
【数4】
【0110】
このように定義して一次変換行列Aについて解くと、以下の式10となる。このように一次変換行列Aは、3点の座標から求めることができる。
【0111】
【数5】
【0112】
また、上述した式7の代わりに、以下の式11を用いるとする。
【0113】
【数6】
【0114】
この場合には、以下のように定義を行い、一次変換行列Aについて解くと、式10と同じ結果を得ることができる。
【0115】
【数7】
【0116】
〔カメラ座標系の原点座標OA〕
つぎに、上述した式1におけるカメラ座標系の原点座標OAを求める場合の、検査装置の動作について説明する。原点座標OAの求め方としては、2つの方法がある。
【0117】
第1の方法は、メカニカル座標系における検査用ステージ2の中心座標OSが、この検査用ステージ2に備えられた冶具により識別できる場合に適用することができる。この場合には、先ず、この検査用ステージ2の中心座標OSが可視光用対物レンズ34の視野に収まるように、Xステージ20及びYステージ21を移動させる。そして、検査用ステージ2の中心座標を、カメラ座標系で取得し、この座標をPAとする。すると、上述した式1を用いて、以下の式12と表すことができる。
【0118】
【数8】
【0119】
そして、画像処理用コンピュータ60により、式12を解くことによって、メカニカル座標系におけるカメラ座標系の原点座標OAを求めることができる。
【0120】
第2の方法は、検査用ステージ2に、メカニカル座標系における中心座標を示す冶具が備えられていない場合に適用することができる。この場合には、θステージ22により、点Pを、可視光用対物レンズ34の視野内で回転移動させる。このとき、画像処理用コンピュータ60は、回転移動の前後における点Pの座標を、それぞれメカニカル座標系及びカメラ座標系で、PM1,PM2及びPA1,PA2として取得する。また、図9に示すように、メカニカル座標系における検査用ステージ2の原点座標OSからの点Pの位置ベクトルPSを、回転移動の前後において、それぞれPS1,PS2とする。このとき、これらPS1とPS2とには、以下の式13のような関係が成立する。
【0121】
【数9】
【0122】
そこで、PM1とPM2とは、上述した式1と式13とを用いて、以下の式14及び式15のように表すことができる。
【0123】
【数10】
【0124】
次に、式14及び式15からPS1を消去して、OAについて解くと、以下の式16のようになる。
【0125】
【数11】
【0126】
このように、メカニカル座標系におけるカメラ座標系の原点座標OAを半導体ウェハ101上の点を2点取得することにより求めることができる。すなわち、画像処理用コンピュータ60により、式16を解くことによって、原点座標OAを求めることができる。
【0127】
ところで、上述したようにして原点座標OAを求める場合には、点Pを画像内で回転移動させることから、回転角度θを大きくすることが困難である。しかしながら、原点座標OAの精度は、回転角度θに大きく依存する。このため、原点座標OAを高精度に求めるためには、点Pの位置を画像の範囲外まで大きく回転移動させることが有効となる。このように、点Pの位置を画像の範囲外まで回転移動させた場合には、以下で説明する方法により、原点座標OAを求めることができる。
【0128】
この場合には、θステージ22により、点Pを、可視光用対物レンズ34の視野の範囲外まで回転移動させた後に、画像の範囲外に移動した点Pが再び画像の範囲内に収まるように、Xステージ20及びYステージ21を平行移動させる。
【0129】
このとき、画像処理用コンピュータ60は、移動の前後における点Pの座標を、それぞれメカニカル座標系及びカメラ座標系で、PM1,PM2及びPA1,PA2として取得する。また、図10に示すように、メカニカル座標系における検査用ステージ2の原点座標OSからの点Pの位置ベクトルPSを、移動の前後において、それぞれPS1,PS2とする。さらに、移動後のメカニカル座標系における検査用ステージ2の回転中心の座標をOS2として取得する。すると、上述した式15は、以下の式17のように表すことができる。
【0130】
【数12】
【0131】
そこで、上述した式14及び式17からPS1を消去して、OAについて解くと、以下の式18のようになる。
【0132】
【数13】
【0133】
そして、画像処理用コンピュータ60により、この式18を解くことによって、原点座標OAを求めることができる。したがって、点Pの位置を画像の範囲外まで大きく回転移動させて、高精度に原点座標OAを求めることができる。
【0134】
以上で説明したようにして、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Pの移動量の一次変換行列Aを求め、上述した式1を用いてメカニカル座標系とカメラ座標系とを対応させることにより、装置の機械的・光学的な位置精度に依らず、メカニカル座標系とカメラ座標系とを高精度に且つ簡便に対応させることができる。
【0135】
〔レンズ間における補正〕
さらに、検査装置において、複数のレンズ間でキャリブレーションを行う方法について説明する。
【0136】
検査装置は、可視光用対物レンズ34と、紫外光用対物レンズ38とを備えている。また、各レンズ34,38には、それぞれ倍率の異なる対物レンズが交換可能に配設自在とされていてもよい。検査装置においてキャリブレーションを行う場合には、一次変換行列A及びカメラ座標系の原点座標OAが、光学ユニット26における各レンズ34,38毎に固有な行列であることから、複数設けられた各レンズに対して、それぞれ、一次変換行列Aと原点座標OAとを求めることが必要となる。
【0137】
このとき、上述した操作を各レンズ34,38毎に対して行うことにより、一次変換行列Aと原点座標OAを求めてもよいが、以下で説明する方法により、すでに求めた所定のレンズ(以下、第1のレンズという。)における一次変換行列をA1、原点座標をOA1として、これら一次変換行列A1及び原点座標OA1に基づいて、他のレンズ(以下、第2のレンズという。)の一次変換行列A2及び原点座標OA2を求めるとしてもよい。これにより、キャリブレーションに必要となる時間の短縮や、キャリブレーション精度の向上を図ることができる。
【0138】
〔レンズ間における一次変換行列の補正〕
例えば、同一の撮像カメラを用いて使用する対物レンズだけを切り換えるとする場合には、レンズの倍率精度が5%程度と比較的低いが、各レンズ間における倍率以外の成分、すなわち、回転方向成分や直交性などは全て等しい。したがって、上述した一次変換行列A1,A2には、以下の式19に表すような関係が成立する。
【0139】
【数14】
【0140】
ただし、この式19において、kは、定数である。
【0141】
そこで、先ず、光学ユニット26において、第1のレンズを用いて点Pを識別することにより、この第1のレンズにおける一次変換行列A1を、上述したような方法により求める。
【0142】
次に、光学ユニット26で用いるレンズを第2のレンズに交換する。そして、この第2のレンズを用いて撮像する画像の範囲内で点Pの座標を平行移動させることにより、この点Pの座標を2点、画像処理用コンピュータ60により、それぞれメカニカル座標系とカメラ座標系とで取得する。このとき、メカニカル座標系における2点の座標をPM1,PM2、カメラ座標系における2点の座標をPA1,PA2とし、以下のように定義する。
【0143】
【数15】
【0144】
すると、上述した式8から、一次変換行列A1を以下の式20のように表すことができる。
【0145】
【数16】
【0146】
したがって、この式20を解いて定数kを求め、上述した式19を用いることにより、一次変換行列A1に基づいて、一次変換行列A2を求めることができる。
【0147】
検査装置は、画像処理用コンピュータ60によって、以上で説明した方法により一次変換行列A2を求めることにより、所定のレンズにおける一次変換行列A1に基づいて、他のレンズにおける一次変換行列A2を点Pの座標を2点取得するだけで、求めることができ、キャリブレーションに必要となる時間の短縮や、キャリブレーション精度の向上を図ることができる。
【0148】
〔レンズ間における原点座標の補正〕
つぎに、複数のレンズ間において、すでに求めた第1のレンズにおける原点座標をOA1として、この原点座標OA1に基づいて、第2のレンズにおける原点座標OA2を求める場合について説明する。
【0149】
この検査装置においては、各レンズにおける原点座標OAの精度があまり高くない場合に、この原点座標OAを各レンズ毎に求めると、レンズを切り換えた際に、撮像した画像における半導体ウェハ101上での位置が著しくずれてしまう虞れが生じる。したがって、すでに求めた第1のレンズにおける原点座標OA1を基準として、第2のレンズにおける原点座標OA2を求めることが望ましい。これにより、各レンズ間での原点座標の相対位置精度が、各レンズにおける原点座標の絶対位置精度に依存しなくなる。また、検査装置においては、検査用ステージ2上に載置される半導体ウェハの位置には、必ず誤差が含まれることから、各レンズ毎における原点座標の絶対位置精度よりも、レンズ間での原点座標の相対位置精度の方が重要となる。
【0150】
そこで、先ず、光学ユニット26において、第1のレンズを用いて点Pを識別することにより、この第1のレンズにおける原点座標OA1を、上述したような方法により求める。このとき、この第1のレンズで撮像した画像においては、図11に示すように、一次変換行列がA1であり、原点座標がOA1であるとする。また、第1のレンズにおけるカメラ座標系における点Pの座標がPA1であるとする。
【0151】
次に、光学ユニット26で用いるレンズを第2のレンズに交換する。このとき、図11に示すように、この第2のレンズで撮像した画像において、一次変換行列がA2であり、この第2のレンズにおけるカメラ座標系における点Pの座標がPA2であるとして、この点Pのメカニカル座標系における座標がPMであるとすると、上述した式1から、以下の式21、式22のように表すことができる。
【0152】
【数17】
【0153】
そこで、式21及び式22によりPMを消去すると、以下の式23のように、OA1に基づいて、OA2を求めることができる。
【0154】
【数18】
【0155】
ところで、光学ユニット26で用いるレンズを第2のレンズに交換した際に、この第2のレンズで撮像した画像内に点Pが存在しない場合が考えられる。この場合には、図12に示すように、第2のレンズに交換後に、点Pが画像内に収まるように、検査用ステージ2を平行移動させる。このとき、移動前における点Pのメカニカル座標系での座標をPM1とし、移動後における点Pのメカニカル座標系での座標をPM2とすると、以下の式24のように、OA1に基づいて、OA2を求めることができる。
【0156】
【数19】
【0157】
以上で説明したように、検査装置においては、複数のレンズを備える場
合であっても、すでに求めた所定のレンズにおける一次変換行列A1、原点座標OA1に基づいて、他のレンズの一次変換行列A2及び原点座標OA2を求めることにより、キャリブレーションに必要となる時間の短縮や、キャリブレーション精度の向上を図ることができる。
【0158】
〔ステージ座標系とウェハ座標系との関連付け〕
次に、ステージ座標系からウェハ座標系への点Pの移動量の一次変換行列を行列Rとする。すると、
PS=RPW+OW ・・・・式25
により、ウェハ座標系とステージ座標系との対応付けを行うことができる。ここで、行列Rは、半導体ウェハ101の検査用ステージ2に対する回転方向のずれを表す。そして、
PM=A-1PA+OA=OS+PS ・・・・式26
であることから、
OS=A-1PA+OA−PS ・・・・式27
OS=A-1PA+OA−(RPW+OW) ・・・・式28
となり、カメラ座標系とウェハ座標系との対応付けが行われる。すなわち、半導体ウェハ101上の任意の点Pについて、ウェハ座標系における座標PWが与えられれば、これを上式に代入して、得られる結果の座標にCCDカメラ4を移動させ、点PをCCDカメラ4によって撮像することができる。ただし、これは、搬送機構が半導体ウェハ101を回動させずに検査用ステージ2に載置させた場合、すなわち、半導体ウェハ101が「標準の方向」となされて検査用ステージ2に支持されている場合である。
【0159】
〔「TIS」測定に対応した座標変換〕
そして、この検査装置においては、「TIS」の測定のため、図13に示すように、「標準の方向」から、図14に示すように、回転させて半導体ウェハを検査用ステージ2上に搬入したときに、その任意の角度に対しウェハ座標系からステージ座標系への変換をも実現するものである。
【0160】
すなわち、搬送機構による半導体ウェハ101の回動に相当する一次変換行列を行列RTとして、
PR=RTPW ・・・・式29
とする。ここで、行列RTは、以下の式30に示すものとなる。
【0161】
【数20】
【0162】
あるいは、より一般的に、「標準の方向」を基準とした回転角度θ(rad)を用いると、行列RTは、以下の式31に示すものとなる。
【0163】
【数21】
【0164】
最終的な半導体ウェハ101の方向は、プリアライナ27に対して指定する角度で決定されるが、この値は、オリエンテーションフラットの標準の方向(オリエンテーションマークロケーション)をどのように決めるかで変わる。ここでは、「(DOWN)」をオリエンテーションフラットの標準の方向と定めており、このときのプリアライメント角度は180°である。「(RIGHT)」では、プリアライメント角度は90°である。これを一般化すると、上記式31における回転角度θに対して、プリアライナ27に対する指定角度θA(rad)は、以下の式32で表される。
【0165】
θA=π−θ ・・・・式32
そして、この行列RTを上述のファインアライメントの結果に導入すると、上述の式25及び式28より、以下の式33及び式34に示すように、搬送用ロボット6及びプリアライナ27の動作も含めて、ウェハ座標系とステージ座標系との対応付けができる。
【0166】
PS=RPR+OW=RRTPW+OW ・・・・式33
OS=A-1PA+OA−(RRTPW+OW) ・・・・式34
このように、カメラ座標系とウェハ座標系との対応付けを行うことにより、ウェハ座標系における半導体ウェハ101上の任意の点PをCCDカメラ4によって撮像することができる。
【0167】
〔ダイピッチ移動〕
また、この検査装置においては、CCDカメラ4による半導体ウェハ101の表面の撮像において、検査用ステージの実際の移動と、ウェハ座標系、あるいは、ダイ座標系上での移動との対応付けも行うことができる。すなわち、半導体ウェハ101上における所定の方向及び距離の移動ベクトルを、ウェハ座標系においてDWと定義し、
PD=RT(PW+DW) ・・・・式35
とすれば、上述の場合と同様に、
PS=RPD+OW=RRT(PW+DW)+OW ・・・式36
により、搬送機構の動作及び半導体ウェハ101上における所定の方向及び距離の移動ベクトルも含めてウェハ座標系とステージ座標系との対応付けができ、
OS=A-1PA+OA−(RRT(PW+DW)+OW)・・式37
により、カメラ座標系とウェハ座標系との対応付けを行うことにより、ウェハ座標系において点Pから所定の方向及び距離にある点(PW+DW)をCCDカメラ4によって撮像することができる。
【0168】
ここで、DWを、半導体ウェハ101上におけるダイ(Die)の間隔(ダイピッチ)に相当するベクトルとしておけば、いわゆる「ダイピッチ移動」を容易に行うことができる。例えば、図15に示すように、オリエンテーションフラットの標準の方向が「(DOWN)」で、「TIS」測定のために、をオリエンテーションフラットの方向が「(RIGHT)」であるときににおいて、ダイピッチを(Dx,Dy)とすると、これに行列RT(RIGHT)をかけると、以下の式37が得られる。
【0169】
【数22】
【0170】
これは、ステージ座標系におけるダイピッチである。ここで、入力装置53において、図16に示すように、上下左右を示す移動キーがあった場合において、通常は、これらキーの上下左右が、そのまま検査用ステージ2を上から見たときの上下左右(すなわち、奥側、手前側、左側、右側)に対応して検査用ステージ2が駆動されるのであるが、この検査装置では、検査用ステージ2の動きは、行列RTを含み、さらに、ファインアライメントもなされた方向となる。
【0171】
例えば、この場合においては、入力値(x,y)=(0,1)においては、検査用ステージ2の移動は、(0,−Dx)となり、入力値(x,y)=(1,0)においては、検査用ステージ2の移動は、(Dy,0)となり、入力値(x,y)=(0,−1)においては、検査用ステージ2の移動は、(0,Dx)となり、入力値(x,y)=(−1,0)においては、検査用ステージ2の移動は、(−Dy,0)となる。
【0172】
また、この場合の検査用ステージ2上におけるダイ座標の移動分は、行列RT(RIGHT)-1をかけることにより、例えば、入力値(x,y)=(0,1)において、以下の式38に示すように、(1,0)となる。
【0173】
【数23】
【0174】
他の方向への移動についても、図17に示すように、
入力値(x,y)=(1,0)においては、ダイ座標の移動分は、(0,−1)となり、入力値(x,y)=(0,−1)においては、ダイ座標の移動分は、(−1,0)となり、入力値(x,y)=(−1,0)においては、ダイ座標の移動分は、(0,1)となる。
【0175】
〔この検査装置による効果〕
上述のように、本発明に係る検査装置においては、CCDカメラ4による撮像で得られた画像を用いて検査を行うにあたって、半導体ウェハ101が検査装置内に搬入される方向に対し、一律的な座標変換処理が可能になる。したがって、「TIS」測定時においても、ファインアライメントによる変換処理と、CCDカメラ4及び検査用ステージ2についての座標変換処理を、通常の検査の場合と同様に行うことができる。また、搬入される方向の種類に応じた個別の処理を行う必要もなく、その種類の数にも依存することはない。
【0176】
このため、従来の検査装置において見られるような、半導体ウェハ101の回転に対して個別の座標変換処理を行う場合に比べて、変換処理回路におけるばらつきや個体差といったものによる影響を皆無とすることができる。
【0177】
さらに、ウェハ座標系から、メカニカル座標系やステージ座標系への変換以外にも、なんらかの変換処理を行う必要が生じた場合でも、半導体ウェハ101の回転方向ごとに追加の変換処理を行う必要がなく、良好な拡張性及び信頼性を確保することができる。
【0178】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る検査装置及び検査方法においては、撮像手段による撮像で得られた画像を用いて検査を行うにあたって、被検査物が検査装置内に搬入される方向に対し、一律的な座標変換処理が可能になる。したがって、「TIS」測定時においても、ファインアライメントによる変換処理と、撮像手段及び被検査物支持機構についての座標変換処理を、通常の検査の場合と同様に行うことができる。また、搬入される方向の種類に応じた個別の処理を行う必要もなく、その種類の数にも依存することはない。
【0179】
このため、従来の検査装置において見られるような、被検査物の回転に対して個別の座標変換処理を行う場合に比べて、変換処理回路におけるばらつきや個体差といったものによる影響を皆無とすることができる。
【0180】
さらに、被検査物座標系から、メカニカル座標系や支持機構座標系への変換以外にも、なんらかの変換処理を行う必要が生じた場合でも、被検査物の回転方向ごとに追加の変換処理を行う必要がなく、良好な拡張性及び信頼性を確保することができる。
【0181】
すなわち、本発明は、検査装置が固有に持っている誤差の測定などのために、被検査物が複数の異なる方向となされて搬入される場合においても、この検査装置上の複数の座標系間の座標変換処理が容易であり、正確な誤差の測定が行えるようになされた検査装置及び検査方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図2】上記検査装置の構成を示す斜視図である。
【図3】上記検査装置の構成を示す縦断面図である。
【図4】上記検査装置の構成を示す平面図である。
【図5】上記検査装置の構成を示すブロック図である。
【図6】上記検査装置の光学ユニットの構成を示す側面図である。
【図7】上記検査装置における座標系の関係を示す平面図である。
【図8】上記検査装置において観察されたアライメントマークの例を示す平面図である。
【図9】上記検査装置において観察用ステージを回転させたときの座標の変化を示す平面図である。
【図10】上記検査装置において観察用ステージを回転させ、さらに、平行移動したときの座標の変化を示す平面図である。
【図11】上記検査装置において、撮像レンズの交換によりCCDカメラの視野が変化したときの座標の変化を示す平面図である。
【図12】上記検査装置において、撮像レンズの交換によりCCDカメラの視野が変化し、さらに、観察用ステージを平行移動したときの座標の変化を示す平面図である。
【図13】上記検査装置において、半導体ウェハのオリエンテーションフラットの方向が標準の方向であるときの状態を示す平面図である。
【図14】上記検査装置において、「TIS」の測定のため、半導体ウェハのオリエンテーションフラットの方向が右側方向となされた状態を示す平面図である。
【図15】上記検査装置において、「TIS」の測定のために、オリエンテーションフラットの方向が右側方向となされた半導体ウェハ上における座標を示す平面図である。
【図16】入力装置における移動キーと、検査用ステージ2の移動方向のとの対応を示す平面図である。
【図17】入力装置における移動キーと、検査用ステージ2上の半導体ウェハにおけるダイ座標の移動方向のとの対応を示す平面図である。
【符号の説明】
1 基台、2 検査用ステージ、3 搬送機構、4 CCDカメラ、5 制御回路、6 搬送機構、7 カセット、8 顕微鏡、9 カメラ移動機構、101
半導体ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for inspecting the shape and size of a fine pattern such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when fabricating a semiconductor integrated circuit, it has been a practice to form a number of identical device patterns (circuit patterns) on a semiconductor substrate called a semiconductor wafer, and then divide these into one device pattern portion. It has been broken. In recent years, semiconductor integrated circuits have been increasingly integrated, and device patterns constituting the semiconductor integrated circuits are very fine, for example, linear patterns with a width of 0.18 μm or 0.13 μm. It has become. This device pattern is optically inspected in the state of a semiconductor wafer, and conventionally, an inspection apparatus and an inspection method for performing such an inspection have been proposed.
[0003]
Such an inspection apparatus includes a base, an inspection object support mechanism provided on the base, and an imaging unit provided on the base so as to be movable. The inspection object support mechanism is a so-called “inspection stage” that supports an inspection object such as a semiconductor wafer and can move the inspection object within a predetermined moving plane. Yes. The imaging means is a so-called “CCD camera”, and images the inspection object from outside the moving plane of the inspection object.
[0004]
The imaging means enlarges and images the surface portion of the inspection object at a high magnification, and provides an image of a fine pattern such as a device pattern on the inspection object. Based on this image, it is possible to search for defects on the inspection object or measure the size (width) of the fine pattern.
[0005]
Here, if the coordinate system for moving the inspection object, the coordinate system for moving the imaging means, and the coordinate system defined on the inspection object are shifted from each other, Even if the location to be imaged is indicated by the coordinate system on the inspection object, it is very difficult to introduce the location into the imaging range (field of view) of the imaging device. It is difficult to make these coordinate systems coincide with each other according to machine accuracy. Therefore, the applicant of the present invention associates each of these coordinate systems in such an inspection apparatus, and performs a coordinate conversion process based on this association, so that the location to be imaged is within the imaging range of the image sensor. Japanese Patent Application No. 11-348079 has already proposed an inspection method that enables rapid introduction.
[0006]
By the way, when a precise inspection is performed on an object to be inspected, an error inherent in the inspection apparatus, for example, distortion of an image in an imaging unit may be a problem. This error is called “TIS” (Tool Induced Shift). As a method of quantitatively measuring this “TIS”, it is proposed to carry out the same inspection after inspecting the inspection object in different directions (orientations) and examine the distribution of the results. Has been.
[0007]
When measuring “TIS” in this way, the direction in which the inspection object is carried into the inspection apparatus is usually two directions, at most four directions. Therefore, conventionally, it has been dealt with by performing independent coordinate conversion processing for each direction of these inspection objects.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the measurement of “TIS” in the inspection apparatus as described above, the direction of the inspection object when the inspection object is carried into the inspection apparatus is, for example, more than four directions or until then. In the case of different directions, the coordinate conversion process becomes complicated, and a new error may be caused by performing the coordinate conversion process independently for each direction of the inspection object. Measurement was not possible.
[0009]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object to be inspected is carried in a plurality of different directions for measuring an error inherent in the inspection apparatus. Even in such a case, an object of the present invention is to provide an inspection apparatus and an inspection method in which coordinate conversion processing between a plurality of coordinate systems on the inspection apparatus is easy and accurate error measurement can be performed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an inspection apparatus according to the present invention includes a base and,On the base, Semiconductor waferAs well as supporting, Semiconductor waferWithin a given plane of movementAnd in a direction perpendicular to the plane of movementAn object support mechanism for moving the object;Semiconductor waferThe,By the object support mechanismSemiconductor waferRotate around the line perpendicular to the moving plane,A transport mechanism that is supported by the inspection object support mechanism, and is provided on the base so as to be movable with respect to the base, and is supported by the inspection object support mechanism from outside the moving plane.Semiconductor waferImaging means for visible light that captures images with visible lightSemiconductor waferAn optical unit having both an imaging means for ultraviolet light and imaging with UV light,An imaging means moving mechanism for moving the imaging means for visible light and ultraviolet light, and a control means for controlling the operations of the inspection object support mechanism, the transport mechanism, and the imaging means moving mechanism are provided.
[0011]
The control means includes a mechanical coordinate system based on the base, a stage coordinate system whose origin is the reference point on the moving part of the inspection object support mechanism, and imaging in the visible light and ultraviolet light imaging means. A camera coordinate system based on the range;Semiconductor waferDefine the inspection object coordinate system with the center of the origin as the origin, and set the origin of the mechanical coordinate system to OM(0, 0), and the coordinates of the reference point on the moving part of the object support mechanism in this mechanical coordinate system are OSAnd the coordinates of the reference point of the imaging range by the imaging means for visible light and ultraviolet light in the mechanical coordinate system are OAAnd in the stage coordinate systemSemiconductor waferThe coordinates of the center ofWAnd
[0012]
And the control meansSemiconductor waferFor any point P above, the coordinates in the mechanical coordinate system are PMAnd the coordinate in the camera coordinate system is PAAnd the coordinate in the stage coordinate system is PSAnd the coordinate in the inspection object coordinate system is PWage,The primary transformation matrix of the movement amount of the point P from the mechanical coordinate system to the camera coordinate system is A, the primary transformation matrix of the movement amount of the point P from the stage coordinate system to the inspection object coordinate system is R, and the transfer mechanismSemiconductor waferThe primary transformation matrix corresponding to the rotation ofTAs described below, the coordinate systems are associated with each other as follows. That is,
PM= A-1PA+ OA
By associating the camera coordinate system with the mechanical coordinate system,
PS= A-1PA+ OA-OS
By associating the camera coordinate system with the stage coordinate system,
PS= RPW+ OW
By associating the inspection object coordinate system with the stage coordinate system,
PS= RRTPW+ OW
By associating the inspection object coordinate system with the stage coordinate system, including the operation of the transport mechanism,
OS= A-1PA+ OA-(RRTPW+ OW)
Thus, the camera coordinate system and the inspection object coordinate system are associated with each other.
[0013]
This inspection apparatus performs the association between the coordinate systems as described above, thereby allowing the imaging means for visible light and ultraviolet light to be in the inspection object coordinate system.Semiconductor waferMove to the position to pick up an arbitrary point P on the top, in the object coordinate systemSemiconductor waferAn arbitrary point P above is imaged by imaging means for visible light and ultraviolet light, and low resolution using visible light is obtained.Semiconductor waferInspection and high resolution using ultraviolet lightSemiconductor waferBoth the inspection and the lineThe imaging means for visible light and ultraviolet light each have a CCD camera that captures an image of the semiconductor wafer magnified by the objective lens, and an autofocus control unit that performs focus alignment of the objective lens, The autofocus control unit detects whether or not the distance between the objective lens and the semiconductor wafer matches the focal length of the objective lens, and moves the inspection object support mechanism in a direction perpendicular to a predetermined movement plane. Align the focus of the objective lensIt is characterized by this.
[0014]
The inspection method according to the present invention is provided on a base.Semiconductor waferIn favor of thisSemiconductor waferWithin a given plane of movementAnd in a direction perpendicular to the plane of movementFor the object support mechanism to be moved, using the transport mechanism,Semiconductor waferIs supported so that it can be rotated relative to the base with a line perpendicular to the moving plane as an axis.Semiconductor waferImaging means for visible light that captures images with visible lightSemiconductor waferFrom the outside of the moving plane using the visible light imaging means and the ultraviolet light imaging means of the optical unit having both the ultraviolet light imaging means and the ultraviolet light imaging means.Semiconductor waferWhen shooting,A mechanical coordinate system based on the base, a stage coordinate system based on the reference point on the moving part of the inspection object support mechanism, and a camera based on the imaging range in the imaging means for visible light and ultraviolet light Coordinate system,Semiconductor waferDefine the inspection object coordinate system with the center of,The origin of the mechanical coordinate system is OM(0, 0), and the coordinates of the reference point on the moving part of the object support mechanism in this mechanical coordinate system are OSAnd the coordinates of the reference point of the imaging range by the imaging means for visible light and ultraviolet light in the mechanical coordinate system are OAAnd in the stage coordinate systemSemiconductor waferThe coordinates of the center ofWAnd
[0015]
AndSemiconductor waferFor any point P above, the coordinates in the mechanical coordinate system are PMAnd the coordinate in the camera coordinate system is PAAnd the coordinate in the stage coordinate system is PSAnd the coordinate in the inspection object coordinate system is PWWhenAndThe primary transformation matrix of the movement amount of the point P from the mechanical coordinate system to the camera coordinate system is A, the primary transformation matrix of the movement amount of the point P from the stage coordinate system to the inspection object coordinate system is R, and the transfer mechanismSemiconductor waferThe primary transformation matrix corresponding to the rotation ofTAs described below, the coordinate systems are associated with each other as follows. That is,
PM= A-1PA+ OA
By associating the camera coordinate system with the mechanical coordinate system,
PS= A−1PA+ OA-OS
By associating the camera coordinate system with the stage coordinate system,
PS= RPW+ OW
By associating the inspection object coordinate system with the stage coordinate system,
PS= RRTPW+ OW
By associating the inspection object coordinate system with the stage coordinate system, including the operation of the transport mechanism,
OS= A-1PA+ OA-(RRTPW+ OW)
Thus, the camera coordinate system and the inspection object coordinate system are associated with each other.
[0016]
In this inspection method, associating between the coordinate systems as described above, the imaging means for visible light and ultraviolet light are placed in the inspection object coordinate system.Semiconductor waferMove to the position to pick up an arbitrary point P on the top, in the object coordinate systemSemiconductor waferAn arbitrary point P above is imaged by imaging means for visible light and ultraviolet light, and low resolution using visible light is obtained.Semiconductor waferInspection and high resolution using ultraviolet lightSemiconductor waferBoth the inspection and the lineThe imaging means for visible light and ultraviolet light each have a CCD camera that captures an image of the semiconductor wafer magnified by the objective lens, and an autofocus control unit that performs focus alignment of the objective lens, The autofocus control unit detects whether or not the distance between the objective lens and the semiconductor wafer matches the focal length of the objective lens, and moves the inspection object support mechanism in a direction perpendicular to a predetermined movement plane. Align the focus of the objective lensIt is characterized by this.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
In this embodiment, the inspection apparatus according to the present invention is configured as an inspection apparatus for inspecting the line width of a device pattern in a semiconductor wafer on which a plurality of predetermined device patterns are formed. The inspection method according to the present invention is performed in this inspection apparatus. In this embodiment, the line width of a device pattern is inspected on a semiconductor wafer on which a plurality of predetermined device patterns are formed. This will be described as an inspection method.
[0019]
[Configuration of inspection equipment]
As shown in FIG. 1, this inspection apparatus is provided with a
[0020]
In addition, this inspection apparatus rotates the
[0021]
The inspection apparatus includes a CCD camera 4 serving as an imaging unit provided on the
[0022]
This inspection apparatus will be described in more detail including the appearance. As shown in FIG. 2, the inspection apparatus includes a
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
As described above, the
[0027]
As shown in FIG. 3, the inspection apparatus includes an apparatus
[0028]
The
[0029]
When the
[0030]
When the
[0031]
When the
[0032]
In addition, as shown in FIG. 2, the inspection apparatus includes an
[0033]
Next, the apparatus
[0034]
On the
[0035]
In order to stably install the
[0036]
Vibrations and the like generated when the
[0037]
The
The
[0038]
That is, the
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The suction plate 24 is for sucking and fixing a semiconductor wafer to be inspected. During the inspection of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer to be inspected is placed on the suction plate 24 and sucked by the suction plate 24, and unnecessary movement is suppressed.
[0043]
An
[0044]
Moreover, as shown in FIGS. 3 and 4, the
[0045]
The
[0046]
The pre-aligner 27 performs phase alignment and center alignment of the semiconductor wafer with reference to an orientation flat and a notch formed in advance on the
[0047]
When the semiconductor wafer is placed on the
[0048]
The
[0049]
When the
[0050]
As described above, the inspection apparatus performs phase alignment and center alignment by the pre-aligner 27 in advance before the
[0051]
By the way, in this inspection apparatus, as shown in FIG. 4, the
[0052]
In this inspection apparatus, since each mechanism is arranged as described above, the
[0053]
Further, in this inspection apparatus, since the
[0054]
Next, the inspection apparatus will be described in more detail with reference to the block diagram of FIG. As shown in FIG. 5, the
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
The
[0059]
The input device 53b connected to the
[0060]
The
[0061]
On the other hand, in the inside of the
[0062]
That is, when the
[0063]
The
That is, when a semiconductor wafer is inspected, control signals are sent from the
[0064]
As the CCD camera 4 provided in the
[0065]
Then, when taking an image of the
[0066]
Here, the visible
[0067]
Further, when an image of the
[0068]
Here, the visible light
[0069]
Further, inside the
[0070]
Then, when an image of the semiconductor wafer is taken with ultraviolet light, the
[0071]
In addition, it is preferable to use the ultraviolet
[0072]
When an image of the
[0073]
Here, the
[0074]
Further, as described above, when an image of the
[0075]
Here, the ultraviolet
[0076]
Further, the
[0077]
Next, the optical system of the
[0078]
As shown in FIG. 6, the
[0079]
The image of the
[0080]
The
[0081]
The image of the
[0082]
In the inspection apparatus as described above, the image of the
[0083]
In addition, this inspection apparatus has both an optical system for visible light and an optical system for ultraviolet light, and the
[0084]
In this inspection apparatus, the numerical aperture (NA) of the ultraviolet light
[0085]
〔Calibration〕
Incidentally, in the inspection apparatus, the line width of the device pattern of the
[0086]
In order to realize such accuracy, it is important to correspond the position of the predetermined pattern identified in the image captured by the
[0087]
In this inspection apparatus, as a method of quantitatively measuring “TIS”, the same inspection on the same location on the
[0088]
Therefore, first, in this inspection apparatus, prior to actual measurement and inspection, calibration is performed as described below, so that the coordinate system of the
[0089]
That is, in this inspection apparatus, the
[0090]
In this inspection apparatus, the origin of the mechanical coordinate system is set to O, as shown in FIG.MWhen (0, 0), the coordinates of the reference point of the
[0091]
In the calibration algorithm described below, the reference point OSDoes not necessarily coincide with the rotation center of the
[0092]
The line width is measured at a predetermined location on the
[0093]
By combining these two coordinate systems, the wafer coordinate system is defined as the inspection object coordinate system having the center of the
[0094]
In order to inspect an arbitrary point P on the wafer coordinate system defined as described above, it is necessary to first convert from the wafer coordinate system to the stage coordinate system. As described above, the stage coordinate system is a coordinate system on the
[0095]
That is, in this inspection apparatus, for an arbitrary point P on the
[0096]
Here, a primary transformation matrix of the amount of movement of the point P from the mechanical coordinate system to the camera coordinate system is defined as a matrix A. Then
PM= A-1PA+ OA ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
Allows the camera coordinate system to be associated with the mechanical coordinate system,
PS= A-1PA+ OA-OS ....
Thus, it is possible to associate the camera coordinate system with the stage coordinate system.
[0097]
The primary transformation matrix A includes transformation of inclination and orthogonality between the mechanical coordinate system and the camera coordinate system. The primary transformation matrix A and the origin coordinate O of the camera coordinate systemAIs a matrix unique to each light receiving lens in the
[0098]
In the following, first, a case where calibration is performed on an image captured using the visible light
[0099]
[Primary transformation matrix A]
In the following, first, the operation of the
[0100]
First, an arbitrary point P is selected on the
[0101]
Next, the position of the point P is translated by the
[0102]
Then, it can represent like the following formula | equation 3 thru | or
[0103]
[Expression 1]
[0104]
Then, when Equation 3 is divided from Equation 4 and
[0105]
[Expression 2]
[0106]
When these
[0107]
[Equation 3]
[0108]
Here, the definition is as follows.
[0109]
[Expression 4]
[0110]
If it defines in this way and it solves about the primary transformation matrix A, it will become the following
[0111]
[Equation 5]
[0112]
Further, it is assumed that the following
[0113]
[Formula 6]
[0114]
In this case, if the definition is made as follows and the primary transformation matrix A is solved, the same result as
[0115]
[Expression 7]
[0116]
[Origin coordinates O of camera coordinate systemA]
Next, the origin coordinate O of the camera coordinate system in
[0117]
In the first method, the center coordinates O of the
[0118]
[Equation 8]
[0119]
Then, the origin coordinate O of the camera coordinate system in the mechanical coordinate system is solved by solving the
[0120]
The second method can be applied when the
[0121]
[Equation 9]
[0122]
So PM1And PM2Can be expressed as the following
[0123]
[Expression 10]
[0124]
Next, from
[0125]
## EQU11 ##
[0126]
Thus, the origin coordinate O of the camera coordinate system in the mechanical coordinate systemACan be obtained by acquiring two points on the
[0127]
By the way, as described above, the origin coordinate OAIs obtained, the point P is rotated in the image, so it is difficult to increase the rotation angle θ. However, the origin coordinate OAThe accuracy of is largely dependent on the rotation angle θ. For this reason, the origin coordinate OAIs obtained with high accuracy, it is effective to greatly rotate the position of the point P outside the range of the image. Thus, when the position of the point P is rotationally moved out of the range of the image, the origin coordinate O is obtained by the method described below.ACan be requested.
[0128]
In this case, after the point P is rotated and moved outside the field of view of the visible light
[0129]
At this time, the
[0130]
[Expression 12]
[0131]
Therefore, from the above-mentioned
[0132]
[Formula 13]
[0133]
Then, by solving the
[0134]
As described above, the primary transformation matrix A of the amount of movement of the point P from the mechanical coordinate system to the camera coordinate system is obtained, and the mechanical coordinate system and the camera coordinate system are associated with each other using the above-described
[0135]
[Correction between lenses]
Further, a method for performing calibration between a plurality of lenses in the inspection apparatus will be described.
[0136]
The inspection apparatus includes a visible light
[0137]
At this time, by performing the above-described operation for each of the
[0138]
[Correction of linear transformation matrix between lenses]
For example, when only the objective lens to be used is switched using the same imaging camera, the magnification accuracy of the lens is relatively low, about 5%, but the components other than the magnification between the lenses, that is, the rotation direction component And orthogonality are all equal. Therefore, the above-described primary transformation matrix A1, A2In this case, the relationship represented by the following
[0139]
[Expression 14]
[0140]
However, in
[0141]
Therefore, first, in the
[0142]
Next, the lens used in the
[0143]
[Expression 15]
[0144]
Then, from the
[0145]
[Expression 16]
[0146]
Therefore, by solving the
[0147]
The inspection apparatus uses the
[0148]
[Correction of origin coordinates between lenses]
Next, between the plurality of lenses, the origin coordinates in the first lens already obtained are expressed as O.A1This origin coordinate OA1Based on the origin coordinate O in the second lensA2A case of obtaining the above will be described.
[0149]
In this inspection apparatus, the origin coordinates O of each lensAIf the accuracy of is not so high, this origin coordinate OAFor each lens, there is a risk that the position of the captured image on the
[0150]
Therefore, first, the
[0151]
Next, the lens used in the
[0152]
[Expression 17]
[0153]
Therefore,
[0154]
[Expression 18]
[0155]
By the way, when the lens used in the
[0156]
[Equation 19]
[0157]
As described above, in the inspection apparatus, when a plurality of lenses are provided,
Even if the primary transformation matrix A in the predetermined lens already obtained1, Origin coordinate OA1Based on the first-order transformation matrix A of other lenses2And origin coordinate OA2Therefore, the time required for calibration can be shortened and the calibration accuracy can be improved.
[0158]
[Association of stage coordinate system and wafer coordinate system]
Next, a primary conversion matrix of the amount of movement of the point P from the stage coordinate system to the wafer coordinate system is defined as a matrix R. Then
PS= RPW+ OW ....
Thus, it is possible to associate the wafer coordinate system with the stage coordinate system. Here, the matrix R represents a shift in the rotation direction of the
PM= A-1PA+ OA= OS+ PS ....
Because
OS= A-1PA+ OA-PS ....
OS= A-1PA+ OA-(RPW+ OW・ ・ ・ ・ Formula 28
Thus, the camera coordinate system and the wafer coordinate system are associated with each other. That is, for an arbitrary point P on the
[0159]
[Coordinate conversion corresponding to “TIS” measurement]
In this inspection apparatus, for the measurement of “TIS”, as shown in FIG. 13, the “standard direction” is rotated as shown in FIG. 14 to carry the semiconductor wafer onto the
[0160]
That is, a primary transformation matrix corresponding to the rotation of the
PR= RTPW .... Formula 29
And Where the matrix RTIs as shown in Equation 30 below.
[0161]
[Expression 20]
[0162]
Or, more generally, if the rotation angle θ (rad) with reference to the “standard direction” is used, the matrix RTIs shown in the following Expression 31.
[0163]
[Expression 21]
[0164]
The final direction of the
[0165]
θA= Π-θ ···
And this matrix RTIs introduced into the result of the fine alignment described above, the wafer coordinate system and the stage including the operations of the
[0166]
PS= RPR+ OW= RRTPW+ OW ....
OS= A-1PA+ OA-(RRTPW+ OW・ ・ ・ ・
Thus, by associating the camera coordinate system with the wafer coordinate system, an arbitrary point P on the
[0167]
[Die pitch movement]
Further, in this inspection apparatus, in the imaging of the surface of the
PD= RT(PW+ DW・ ・ ・ ・
As in the above case,
PS= RPD+ OW= RRT(PW+ DW) + OW ...
By this, it is possible to associate the wafer coordinate system with the stage coordinate system including the operation of the transfer mechanism and the movement vector of the predetermined direction and distance on the
OS= A-1PA+ OA-(RRT(PW+ DW) + OW) ・ ・
By associating the camera coordinate system with the wafer coordinate system, a point (P) in a predetermined direction and distance from the point P in the wafer coordinate systemW+ DW) Can be imaged by the CCD camera 4.
[0168]
Where DWIs a vector corresponding to the interval (die pitch) of dies on the
[0169]
[Expression 22]
[0170]
This is the die pitch in the stage coordinate system. Here, in the
[0171]
For example, in this case, when the input value (x, y) = (0, 1), the movement of the
[0172]
In this case, the movement of the die coordinate on the
[0173]
[Expression 23]
[0174]
As for movement in other directions, as shown in FIG.
When the input value (x, y) = (1, 0), the movement amount of the die coordinate is (0, −1), and when the input value (x, y) = (0, −1), the die coordinate. The amount of movement is (−1, 0), and for the input value (x, y) = (− 1, 0), the amount of movement of the die coordinates is (0, 1).
[0175]
[Effects of this inspection device]
As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, when the inspection is performed using the image obtained by the imaging by the CCD camera 4, the
[0176]
For this reason, as compared with the case where individual coordinate conversion processing is performed for the rotation of the
[0177]
Furthermore, in addition to the conversion from the wafer coordinate system to the mechanical coordinate system or the stage coordinate system, even if any conversion processing needs to be performed, there is no need to perform additional conversion processing for each rotation direction of the
[0178]
【The invention's effect】
As described above, in the inspection apparatus and the inspection method according to the present invention, when performing an inspection using an image obtained by imaging by the imaging unit, the inspection object is uniformly provided in the direction in which the inspection object is carried into the inspection apparatus. Coordinate conversion processing becomes possible. Therefore, even during the “TIS” measurement, the conversion process by fine alignment and the coordinate conversion process for the imaging means and the object support mechanism can be performed in the same manner as in the case of a normal inspection. In addition, it is not necessary to perform individual processing according to the type of the direction of loading, and it does not depend on the number of types.
[0179]
Therefore, compared to the case where individual coordinate conversion processing is performed for the rotation of the inspection object, as seen in conventional inspection apparatuses, there is no influence due to variations or individual differences in the conversion processing circuit. Can do.
[0180]
Further, in addition to the conversion from the inspection object coordinate system to the mechanical coordinate system or the support mechanism coordinate system, additional conversion processing is performed for each rotation direction of the inspection object even when it is necessary to perform some conversion processing. There is no need, and good expandability and reliability can be ensured.
[0181]
In other words, the present invention can be applied to a plurality of coordinate systems on the inspection apparatus even when the inspection object is carried in a plurality of different directions in order to measure an error inherent in the inspection apparatus. Therefore, it is possible to provide an inspection apparatus and an inspection method which are easy to perform the coordinate conversion process and can accurately measure errors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the inspection apparatus.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of the inspection apparatus.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of the inspection apparatus.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the inspection apparatus.
FIG. 6 is a side view showing a configuration of an optical unit of the inspection apparatus.
FIG. 7 is a plan view showing the relationship of the coordinate system in the inspection apparatus.
FIG. 8 is a plan view showing an example of alignment marks observed in the inspection apparatus.
FIG. 9 is a plan view showing changes in coordinates when the observation stage is rotated in the inspection apparatus.
FIG. 10 is a plan view showing a change in coordinates when the observation stage is rotated and further translated in the inspection apparatus.
FIG. 11 is a plan view showing changes in coordinates when the field of view of the CCD camera is changed by exchanging the imaging lens in the inspection apparatus.
FIG. 12 is a plan view showing changes in coordinates when the field of view of the CCD camera is changed by exchanging the imaging lens and the observation stage is moved in parallel in the inspection apparatus.
FIG. 13 is a plan view showing a state when the orientation flat direction of the semiconductor wafer is a standard direction in the inspection apparatus.
FIG. 14 is a plan view showing a state in which the orientation flat direction of the semiconductor wafer is set to the right side for the measurement of “TIS” in the inspection apparatus.
FIG. 15 is a plan view showing coordinates on a semiconductor wafer in which the orientation flat direction is the right side direction for the measurement of “TIS” in the inspection apparatus.
FIG. 16 is a plan view showing the correspondence between the movement key in the input device and the movement direction of the
17 is a plan view showing the correspondence between the movement key in the input device and the movement direction of the die coordinate on the semiconductor wafer on the
[Explanation of symbols]
1 base, 2 inspection stage, 3 transport mechanism, 4 CCD camera, 5 control circuit, 6 transport mechanism, 7 cassette, 8 microscope, 9 camera moving mechanism, 101
Semiconductor wafer
Claims (4)
上記基台上に設けられ、半導体ウェハを支持するとともに、この半導体ウェハを所定の移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構と、
上記半導体ウェハを、上記被検査物支持機構により上記半導体ウェハが移動操作される移動平面に垂直な線を軸として回動操作し、該被検査物支持機構に支持させる搬送機構と、
上記基台上に該基台に対して移動可能に設けられ、上記移動平面の外から、上記被検査物支持機構により支持された半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と該半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットと、
上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を移動操作する撮像手段移動機構と、
上記被検査物支持機構、上記搬送機構及び上記撮像手段移動機構の動作を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記基台を基準としたメカニカル座標系と、上記被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、上記半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、
上記メカニカル座標系の原点をOM(0,0)とし、このメカニカル座標系における上記被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をOSとし、該メカニカル座標系における上記可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をOAとし、上記ステージ座標系における上記半導体ウェハの中心の座標をOWとして、
上記半導体ウェハ上の任意の点Pについて、上記メカニカル座標系における座標をPMとし、上記カメラ座標系における座標をPAとし、上記ステージ座標系における座標をPSとし、上記被検査物座標系における座標をPWとし、
上記メカニカル座標系から上記カメラ座標系への点Pの移動量の一次変換行列をAとし、上記ステージ座標系から上記被検査物座標系への点Pの移動量の一次変換行列をRとし、上記搬送機構による上記半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をRTとして、
PM=A−1PA+OA
により、上記カメラ座標系と上記メカニカル座標系との対応付けを行い、
PS=A−1PA+OA−OS
により、上記カメラ座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
PS=RPW+OW
により、上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
PS=RRTPW+OW
により、上記搬送機構の動作も含めて上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
OS=A−1PA+OA−(RRTPW+OW)
により、上記カメラ座標系と上記被検査物座標系との対応付けを行うことにより、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Pを撮像する位置に移動操作し、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Pを上記可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、可視光を用いた低分解能での該半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での該半導体ウェハの検査との両方を行い、
上記可視光用及び上記紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するCCDカメラと、該対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、該オートフォーカス制御部は、該対物レンズと上記半導体ウェハとの間隔が該対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、上記被検査物支持機構を上記所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、該対物レンズの焦点位置合わせを行う検査装置。The base,
Provided on the base, to support the semiconductor wafer, and the inspection object support mechanism for moving operating the semiconductor wafer in a direction perpendicular to the predetermined movement plane and said plane of movement,
The semiconductor wafer, and a transport mechanism for the semiconductor wafer by the inspection object support mechanism rotationally operated as an axis line perpendicular to the movement plane which is movement operation, is supported to said inspection object supporting mechanism,
An imaging means for visible light, which is provided on the base so as to be movable with respect to the base and picks up an image of the semiconductor wafer supported by the inspection object support mechanism with visible light from outside the movement plane; An optical unit having both an imaging means for ultraviolet light for imaging the semiconductor wafer with ultraviolet light;
An imaging means moving mechanism for moving the imaging means for visible light and ultraviolet light;
A control means for controlling operations of the inspection object support mechanism, the transport mechanism, and the imaging means moving mechanism,
The control means includes a mechanical coordinate system with the base as a reference, a stage coordinate system with a reference point on a moving part of the inspection object support mechanism as an origin, and an imaging means for visible light and ultraviolet light. A camera coordinate system based on the imaging range in and an inspection object coordinate system with the center of the semiconductor wafer as the origin,
The origin of the mechanical coordinate system is O M (0, 0), the coordinate of the reference point on the moving part of the inspection object support mechanism in the mechanical coordinate system is O S, and the visible light in the mechanical coordinate system is and the coordinates of the reference point of the imaging range of the imaging means for the ultraviolet light and O a, the center coordinates of the semiconductor wafer in the stage coordinate system as O W,
For any point P on the semiconductor wafer, the coordinates in the mechanical coordinate system and P M, the coordinates in the camera coordinate system and P A, the coordinates in the stage coordinate system and P S, the inspection object coordinate system Let P W be the coordinates at
The primary transformation matrix of the amount of movement of the point P from the mechanical coordinate system to the camera coordinate system is A, and the primary transformation matrix of the amount of movement of the point P from the stage coordinate system to the inspection object coordinate system is R. Let RT be a primary transformation matrix corresponding to the rotation of the semiconductor wafer by the transport mechanism.
P M = A −1 P A + O A
By associating the camera coordinate system with the mechanical coordinate system,
P S = A −1 P A + O A −O S
By associating the camera coordinate system with the stage coordinate system,
P S = RP W + O W
To associate the inspection object coordinate system with the stage coordinate system,
P S = RR T P W + O W
By associating the inspection object coordinate system with the stage coordinate system, including the operation of the transport mechanism,
O S = A -1 P A + O A - (RR T P W + O W)
By associating the camera coordinate system with the inspection object coordinate system, the imaging means for visible light and ultraviolet light can be placed at any point on the semiconductor wafer in the inspection object coordinate system. An arbitrary point P on the semiconductor wafer in the inspection object coordinate system is picked up by the visible light and ultraviolet light imaging means, and the visible light is used with low resolution. inspection and of the semiconductor wafer, have rows both the inspection of the semiconductor wafer with a high resolution using an ultraviolet light,
The imaging means for visible light and the ultraviolet light each have a CCD camera that captures an image of a semiconductor wafer magnified by an objective lens, and an autofocus control unit that performs focal position alignment of the objective lens. The autofocus control unit detects whether or not the distance between the objective lens and the semiconductor wafer matches the focal length of the objective lens, and moves the object support mechanism perpendicular to the predetermined moving plane. Inspection apparatus that performs focal position alignment of the objective lens by moving in a specific direction .
OS=A−1PA+OA−(RRT(PW+DW)+OW)
により、上記被検査物座標系において点Pから所定の方向及び距離にある点を上記可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像する請求項1記載の検査装置。A movement vector of a predetermined direction and distance on the inspection object is defined as DW in the inspection object coordinate system,
O S = A -1 P A + O A - (RR T (P W + D W) + O W)
The inspection apparatus according to claim 1, wherein a point located in a predetermined direction and distance from the point P in the inspection object coordinate system is imaged by the imaging means for visible light and ultraviolet light.
上記基台を基準としたメカニカル座標系と、上記被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、上記半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、
上記メカニカル座標系の原点をOM(0,0)とし、このメカニカル座標系における上記被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をOSとし、該メカニカル座標系における上記可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をOAとし、上記ステージ座標系における上記半導体ウェハの中心の座標をOWとして、
上記半導体ウェハ上の任意の点Pについて、上記メカニカル座標系における座標をPMとし、上記カメラ座標系における座標をPAとし、上記ステージ座標系における座標をPSとし、上記被検査物座標系における座標をPWとし、
上記メカニカル座標系から上記カメラ座標系への点Pの移動量の一次変換行列をAとし、上記ステージ座標系から上記被検査物座標系への点Pの移動量の一次変換行列をRとし、上記搬送機構による上記半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をRTとして、
PM=A−1PA+OA
により、上記カメラ座標系と上記メカニカル座標系との対応付けを行い、
PS=A−1PA+OA−OS
により、上記カメラ座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
PS=RPW+OW
により、上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
PS=RRTPW+OW
により、上記搬送機構の動作も含めて上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
OS=A−1PA+OA−(RRTPW+OW)
により、上記カメラ座標系と上記被検査物座標系との対応付けを行うことにより、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Pを撮像する位置に移動操作し、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Pを上記可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、可視光を用いた低分解能での該半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での該半導体ウェハの検査との両方を行い、
上記可視光用及び上記紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するCCDカメラと、該対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、該オートフォーカス制御部は、該対物レンズと上記半導体ウェハとの間隔が該対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、上記被検査物支持機構を上記所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、該対物レンズの焦点位置合わせを行う検査方法。It supports the semiconductor wafer is provided on the base with respect to the inspection object support mechanism for moving operating the semiconductor wafer in a direction perpendicular to the predetermined movement plane and said plane of movement, using the transfer mechanism, the semiconductor The wafer is supported by being rotated about a line perpendicular to the moving plane as an axis, and provided on the base so as to be movable with respect to the base, and for imaging the semiconductor wafer with visible light. Using the visible light imaging means and the ultraviolet light imaging means of the optical unit having both the imaging means and the ultraviolet light imaging means for imaging the semiconductor wafer with ultraviolet light. In imaging the semiconductor wafer from the outside,
The mechanical coordinate system based on the base, the stage coordinate system based on the reference point on the moving part of the inspection object support mechanism, and the imaging range in the visible light and ultraviolet light imaging means And the inspection object coordinate system with the center of the semiconductor wafer as the origin,
The origin of the mechanical coordinate system is O M (0, 0), the coordinate of the reference point on the moving part of the inspection object support mechanism in the mechanical coordinate system is O S, and the visible light in the mechanical coordinate system is and the coordinates of the reference point of the imaging range of the imaging means for the ultraviolet light and O a, the center coordinates of the semiconductor wafer in the stage coordinate system as O W,
For any point P on the semiconductor wafer, the coordinates in the mechanical coordinate system and P M, the coordinates in the camera coordinate system and P A, the coordinates in the stage coordinate system and P S, the inspection object coordinate system Let P W be the coordinates at
The primary transformation matrix of the amount of movement of the point P from the mechanical coordinate system to the camera coordinate system is A, and the primary transformation matrix of the amount of movement of the point P from the stage coordinate system to the inspection object coordinate system is R. Let RT be a primary transformation matrix corresponding to the rotation of the semiconductor wafer by the transport mechanism.
P M = A −1 P A + O A
By associating the camera coordinate system with the mechanical coordinate system,
P S = A −1 P A + O A −O S
By associating the camera coordinate system with the stage coordinate system,
P S = RP W + O W
To associate the inspection object coordinate system with the stage coordinate system,
P S = RR T P W + O W
By associating the inspection object coordinate system with the stage coordinate system, including the operation of the transport mechanism,
O S = A -1 P A + O A - (RR T P W + O W)
By associating the camera coordinate system with the inspection object coordinate system, the imaging means for visible light and ultraviolet light can be placed at any point on the semiconductor wafer in the inspection object coordinate system. An arbitrary point P on the semiconductor wafer in the inspection object coordinate system is picked up by the visible light and ultraviolet light imaging means, and the visible light is used with low resolution. inspection and of the semiconductor wafer, have rows both the inspection of the semiconductor wafer with a high resolution using an ultraviolet light,
The imaging means for visible light and the ultraviolet light each have a CCD camera that captures an image of a semiconductor wafer magnified by an objective lens, and an autofocus control unit that performs focal position alignment of the objective lens. The autofocus control unit detects whether or not the distance between the objective lens and the semiconductor wafer matches the focal length of the objective lens, and moves the object support mechanism perpendicular to the predetermined moving plane. Inspection method for performing focal position alignment of the objective lens by moving in a specific direction .
OS=A−1PA+OA−(RRT(PW+DW)+OW)
により、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を、上記被検査物座標系における点Pから所定の方向及び距離にある点を撮像する位置に移動操作する請求項3記載の検査方法。A movement vector of a predetermined direction and distance on the inspection object is defined as D W in the inspection object coordinate system,
O S = A -1 P A + O A - (RR T (P W + D W) + O W)
4. The inspection method according to claim 3, wherein the imaging means for visible light and ultraviolet light is moved to a position for imaging a point in a predetermined direction and distance from the point P in the inspection object coordinate system.
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