JP7060687B2 - ウエハ検査装置およびウエハ検査方法 - Google Patents

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Description

本開示は、例えば、電子デバイスに用いられるウエハを検査するウエハ検査装置およびウエハ検査方法に関する。
半導体デバイスの製造では、鏡面状に研磨されたＳｉやＳｉＣなどを材料とするウエハ上に微細なデバイスを形成する。ウエハ上に異物、傷、結晶欠陥等があると製造されたデバイス不良につながる。製造されたデバイスの不良率を低下させるためには、製造工程中にウエハ上を検査して各製造工程の管理が重要である。そこで、光やレーザを照射してその反射光によりウエハ表面の異物や傷を観測可能な光学的なウエハ検査装置や、最近は電子線を一様に照射してその反射電子によりウエハ表面及びウエハ内部欠陥も観測可能なミラー電子顕微鏡を応用したウエハ検査装置によりウエハ上を全面検査する試みがある。
これらの検査装置に求められる性能としては、検査の高速化と、異物や欠陥の高い認識精度である。
検査の高速化（スループット向上）の要求には、ウエハを移動させながら画像を撮像できる時間延滞積分（ＴＤＩ：Time Delay Integration）型のＴＤＩカメラを用いることで対応できる。しかし、ＴＤＩカメラは、ウエハを移動させながら撮像するので、ウエハに反りが有る場合には、測定位置の傾きや高さ変動の影響で画像に乱れが生じる。
例えば、特許文献１は、測定位置の傾きを補正して測定位置のズレを補正したミラー電子顕微鏡を用いた検査装置について開示する。また、特許文献２は、ステージ速度を調整して光学系の歪曲収差を補正したミラー電子顕微鏡を用いた表面状態観測装置について開示する。
特開２０１４－２０３７９４号公報 特開２００３－１５１４８１号公報
しかしながら、特許文献１による検査装置では、測定位置の傾きの影響については考慮されているが、高さ変動の影響については考慮されていない。また、特許文献２による表面状態観測装置では、光学系の視野内の倍率のムラについての補正について考慮されているが、観測対象の高さ変動の影響については考慮されていない。このため、これらの技術を用いたとしても画像の乱れに充分に対応することはできず、高さ変動の影響を軽減する技術が望まれている。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ウエハの反り等による高さ変動がある観測対象においても画質の劣化が少ないウエハ検査技術を提供するものである。
上記課題を解決するために、本開示によるウエハ検査装置は、ウエハを載置し、移動させるステージと、ウエハの表面を光学的に観察する光学的観察部と、移動するステージに載置されたウエハの表面を観測して得られる光信号を電気信号に変換する時間延滞積分型の画像検出素子を有するＴＤＩカメラと、ステージの位置を検出するステージ位置検出器と、ウエハの表面の高さを測定する、少なくとも１つの高さセンサと、光学的観察部を制御する撮像光学系制御装置と、ＴＤＩカメラを制御するカメラ制御装置と、を備え、撮像光学系制御装置は、少なくとも１つの高さセンサによって測定されたウエハの表面の高さに基づいて、光学的観察部の光学倍率を変化させてウエハの表面に焦点を合わせ、カメラ制御装置は、光学倍率とステージの位置に基づいて、画像検出素子の切り替えタイミングを補正する。
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
本開示によれば、ウエハの反りによるＴＤＩカメラ画像の劣化を補正することが可能となり、鮮明な検査画像を得ることが可能となる。
第1の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。 カメラ制御系の原理を説明するための図である。 カメラ制御系の原理を説明するための図である。 カメラ制御原理を用いて滑らかな曲面を撮像する方法を説明するための図である。 ＣＣＤラインセンサ１３をレンズ１５側から見た様子を示す上視図である。 光学倍率が異なる場合の視野について説明するための図である。 第２の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。 ウエハ上を検査する軌跡１１１を示す図である。 第３の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。 ２点の高さを測定することで、観測面演算処理を説明するための図である。 第４の実施形態による、光学顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
（１）第１の実施形態
＜ウエハ検査装置の構成例＞
図1は、第1の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図１において、電子源２０で発生した入射電子線２１を照射光学系１６により径の太い平行ビームにしてウエハ９表面に入射する。ウエハ９を置くステージ２には入射電子線２１を跳ね返すようにウエハ９を負電位印加電源１７により負電位を印加して電子線をウエハ表面で反射させる。その反射した電子を撮像光学系５により反射電子線２２として集光させて蛍光板６に入射する。蛍光板６では、電子線の密度に比例した光２３に変換される。光は、反射電子線のエネルギーに応じて、赤外光、可視光、紫外光、真空紫外光、Ｘ線などの場合がある。その光２３を光学レンズ１４により光学的なピントを合わせてＴＤＩカメラ１へ入射する。ステージ２は少なくとも紙面に対して水平方向と垂直方向に移動する２軸以上のステージを備え、検査中は水平方向にステージ進行方向１９へ移動させる。
ウエハ９表面の観測位置の高さを高さセンサ３により測定し、観測位置の高さデータ３３が撮像光学系制御装置１０に入力される。撮像光学系制御装置１０は、高さデータ３３の高さの位置の観測画像が蛍光板６上にピントが合うように、撮像光学系５に撮像光学系制御信号３８を入力する。撮像光学系制御装置１０は、このときの撮像光学系５の光学倍率を計算してその光学倍率データ３４をＴＤＩカメラ制御装置１１に入力する。そして、ＴＤＩカメラ制御装置１１は、撮像光学系５の光学倍率を変えて、高さが変化したウエハ９上の面に焦点を合わせる。
ステージ２は、全体制御装置１２からのステージ位置指令３０に応じてステージ制御装置８により制御され、画像撮像中は極力一定速度となるようにする。ステージ位置はレーザ干渉計４により観測され、ステージ位置データ３２はＴＤＩカメラ制御装置１１に入力される。
ウエハ検査装置全体は、全体制御装置１２により制御される。全体制御装置１２は、ステージ制御装置８にステージ位置指令（例えば、モータの回転数を示す情報）３０を入力し、それに応答して、ステージ制御装置８が位置制御信号（座標位置の情報）３１をステージ駆動装置７に供給し、ステージ２の位置を所望の場所に制御する。また、全体制御装置１２は、ＴＤＩカメラ１に画像ＯＮ-ＯＦＦ信号（クロック調整用信号）３６を供給し、撮像撮影を制御して、画像データ３７を取得する。
ＴＤＩカメラ制御装置１１は、倍率データ３４とステージ位置データ３２からステージ２の移動がＣＣＤラインセンサ１３の１ライン幅となるタイミングでライン切り替え信号３５をＴＤＩカメラ１に入力する。この切り替え信号をウエハの高さデータに対応した倍率データ３４を考慮したものとすることで、高さ補正された画像を得ることができる。
＜カメラ制御の原理＞
図２および図３は、カメラ制御系の原理を説明するための図である。図２及び図３は、図１を簡略化した模式図であり、ウエハ９は分かり易いように２段階の高さを持つも階段状のとして、それぞれの高さでウエハ９の表面を観測する条件について説明する。また、図２および図３では、図１での撮像光学系５を簡略的に一枚のレンズ１５で表記している。
図２は、ウエハの左半分を観測している状態を示している。ウエハ９の表面の観測位置の高さを高さセンサ３により測定し、観測位置の高さデータ３３が高さセンサ３から撮像光学系制御装置１０に入力される。撮像光学系制御装置１０は、高さデータ３３の高さに合わせてウエハ上の観測面３００の画像が蛍光板６にピントが合うようにレンズ１５に撮像光学系制御信号３８を入力する。撮像光学系制御装置１０は、このときのレンズ１５の光学倍率を計算してその光学倍率データ３４をＴＤＩカメラ制御装置１１に入力する。ステージ２は画像撮像中には極力一定速度となるように制御され、ステージ位置はレーザ干渉計４により観測され、ステージ位置データ３２はＴＤＩカメラ制御装置１１に入力される。
上記の状態でウエハ上のある１点が観測される状況を説明する。ある１点が移動距離１０２ａに相当する部分を移動する時間帯では、その点はＣＣＤラインセンサ１３ａにて観測される。そして、移動距離１０２ａに相当する距離がレンズ１５によってＣＣＤラインセンサに転写される距離１０１ａがＣＣＤラインセンサの幅と等しくなったタイミングでライン切り替え信号３５をＴＤＩカメラ１に入力する。このライン切り替え信号３５が入力されると、ＴＤＩカメラ１は、ＣＣＤラインセンサ１３ａで光信号を変換して蓄えた電荷を、電荷移動４０ａに示すルートでＣＣＤラインセンサ１３ｂに移動させる。
次に、ある１点が移動距離１０２ｂに相当する部分を移動する時間帯では、その１点はＣＣＤラインセンサ１３ｂにて観測され、ＴＤＩカメラ１は、ＣＣＤラインセンサ１３ａでの電荷に加えて、ＣＣＤラインセンサ１３ｂでも光信号を変換して電荷を蓄える。このように、ＴＤＩカメラ１は、次々とＣＣＤラインセンサ１３ｃおよび１３ｄでも同様に電荷を蓄積することにより、隣り合うラインセンサで同一点を観測しながら光信号を電荷に変換して蓄積することができ、明るい画像を得ることが可能となる。ＣＣＤラインセンサで電荷を積分しながら画像を撮像する方法を時間延滞積分方式と呼び、ある１点の画像をラインセンサの数だけ積分を繰り返して撮影する積分時間を時間延滞積分時間と呼ぶこととする。
ＴＤＩカメラ１がＣＣＤラインセンサを６４、１２８、２５６、５１２段程度の段数備えることで、時間延滞積分時間が長くなればなるほど明るい画像を得ることが可能となる。
ここで、光学倍率をｆ1、ＣＣＤラインセンサの幅をＷ、ステージ移動距離をｄとすると、式（１）を満足するようなタイミングでライン切り替え信号３５をＴＤＩカメラに入力するようにＴＤＩカメラ制御装置１１が動作すれば、ＴＤＩカメラとしては理想的な画像を撮像する条件となる。
Ｗ＝ｆ1・ｄ ・・・ （１）
ステージ移動距離は、レーザ干渉計４からのステージ位置データ３２より移動距離を演算することで計算できる。
次に、図３はウエハ９の右半分を観測している状態を示している。図２との違いは、観測位置のウエハ高さが異なることのみであり、制御方法等は全く同様に動作する。ウエハ高さが異なることで、撮像光学系制御装置１０が設定する光学倍率も異なる値となりその光学倍率をｆ２、ＣＣＤラインセンサの幅をＷ、ステージ移動距離をｄとすると、式（２）を満足するようなタイミングでライン切り替え信号３５をＴＤＩカメラに入力するようにＴＤＩカメラ制御装置１１が動作すればＴＤＩカメラとしては理想的な画像を撮像する条件となる。
Ｗ＝ｆ２・ｄ ・・・ （２）
上記のように、高さが変化する毎にライン切り替え信号３５を発生するタイミングを調整することで高さが変化するウエハ表面の観測が可能となる。具体的には、高さセンサ３で高さの変化が起こったことを検知し、倍率を変化させる。そして、倍率（の変化）の情報と、ステージ２の移動距離から出力するクロック（ライン切り替え信号３５）を変えることでピントが合う場所を変えることができる。
＜滑らかな曲面を撮像する方法＞
図４は、上述のカメラ制御原理を用いて滑らかな曲面を撮像する方法を説明するための図である。図４と図２および図３との違いは、ウエハ９の断面形状のみである。
高さセンサ３で細かく高さデータを測定してそれに合わせて観測面３００を設定すれば滑らかに曲面上を撮像可能となる。しかし、このようにすると、撮像光学系制御装置１０とＴＤＩカメラ制御装置１１の演算回数が膨大となり、制御系が追いつかない可能性が高くなる。そこで、本実形態では、観測位置のウエハ高さが変化して理想の光学倍率ｆからδｆだけ誤差が発生したタイミングで光学倍率を調整する方法とする。ここで、δｆを光学倍率誤差許容値と呼ぶ。この考え方からすると、観測面３００は階段状となる。
ただし、光学倍率許容値δｆが大きいと、ＴＤＩカメラ１で撮像する上で倍率が急激に変化することになり、視野が瞬間的に変わることから画像が乱れることになる。そこで、画像の乱れが小さくできる光学倍率許容値δｆの条件を求める必要がある。
図５は、ＣＣＤラインセンサ１３をレンズ１５側から見た様子を示す上視図である。ＣＣＤラインセンサ１３は、紙面上下方向に配列された複数のＣＣＤ画素３９で構成される。ＣＣＤラインセンサ１３を構成する画素数をＭ列とする。また、このＣＣＤラインセンサ１３がＮ段でＴＤＩカメラ１を構成しているものとする。図３で説明したライン切り替え信号３５が入るときの電荷移動４０ａおよび４０ｂは、二次元的には水平方向に隣接する画素に電荷が移動する。
図６は、光学倍率が異なる場合の視野について説明するための図である。図６を参照して、ＴＤＩカメラ１において、時間延滞積分時間中に光学倍率ｆのときの視野５１ａが、光学倍率ｆ＋δｆと変化して視野５１ｂとなった場合を考える。ＣＣＤカメラでは装置の振動や電気的なノイズ等により、隣り合う２画素程度のゆらぎは許容できることが知られている。そこで、時間延滞積分時間中の視野の変化が１画素分（両側で２画素分）以下となる条件であれば、光学倍率の変化によりＴＤＩカメラの画像に影響を与えないことが分かる。その条件として、まずＣＣＤラインセンサ１３の並んでいる方向（紙面水平方向）について考える。式（１）と同様に、光学倍率をｆ、ＣＣＤラインセンサ１３のその方向の幅をＷ、ステージ２の移動距離をｄとすると、式（３）が成り立つ。
Ｗ＝ｆ・ｄ ・・・ （３）
式（３）をＮ倍すると、式（４）のようになる。
Ｎ・Ｗ＝ｆ・（Ｎ・ｄ） ・・・ （４）
式（４）は、距離Ｎ・ｄが図６の視野５１ａのＣＣＤラインセンサ１３の並んでいる方向（紙面水平方向）の距離Ｎ・Ｗに見えることを示している。この視野５１ａが倍率ｆ＋δｆと変化したことにより視野５１ｂとなった場合には、式（５）のように表すことができる。
（Ｎ－２）・Ｗ＝（ｆ＋δｆ）・（Ｎ・ｄ） ・・・ （５）
ここで、式（５）から式（４）を引くと、式（６）を得ることができる。
δｆ／ｆ＝－２／Ｎ ・・・ （６）
式（６）より、ＣＣＤラインセンサ１３が並んでいる方向についての光学倍率の変化よりＴＤＩカメラ１の画像に影響を与えない光学倍率変動δｆの大きさの範囲は、ＴＤＩのＣＣＤラインセンサの段数をＮとして、式（７）のように表すことができる。
｜δｆ／ｆ｜ ＜ ２／Ｎ ・・・ （７）
よって、式（７）の条件を満たす光学倍率変化量δｆであれば、ＴＤＩカメラの画像に影響を与えないことが分かる。
同様に、ＣＣＤラインセンサ１３の画素の並んでいる方向（紙面上下方向）についての条件は、ＣＣＤラインセンサ１３の列数をＭとして、光学倍率をｆ、ＣＣＤラインセンサ１３の画素のその方向の幅をＷ、幅ＷのＣＣＤラインセンサ１３がステージ２上で見える幅をｅとすると、式（３）に相当する式は、式（８）のようになる。
Ｗ＝ｆ・ｅ ・・・ （８）
後は、ＮをＭに置き換えて同様に解くと、ＣＣＤラインセンサ１３の画素の並んでいる方向についての光学倍率の変化よりＴＤＩカメラ１の画像に影響を与えない光学倍率変動δｆの大きさの範囲は、ＴＤＩカメラ１のＣＣＤラインセンサ１３の列数をＭとして、式（９）のようになる。
｜δｆ／ｆ｜ ＜ ２／Ｍ ・・・ （９）
式（７）及び式（８）より、画素数が多い程に光学倍率許容値δｆは小さくする必要があり、例えばＭ＝Ｎ＝１０２４のＴＤＩカメラでは｜δｆ／ｆ｜＜０．１９５％、Ｍ＝Ｎ＝２５６では｜δｆ／ｆ｜＜０．７８１％とする必要があり、画素数の小さなＴＤＩカメラであっても光学倍率許容値δｆは１％以下とする必要があることが分かる。
なお、光学倍率許容値ではなく、高さ変動に許容値を設けて制御する方法もある。例えば、光学倍率６５倍のミラー電子顕微鏡の場合、高さが１００μｍ程度変化すると光学倍率が１％程度変化する。この場合、高さの許容値は、Ｍ＝Ｎ＝１０２４のＴＤＩカメラ１では１９．５μｍ以下、Ｍ＝Ｎ＝２５６では７８．１μｍ以下となる。
このように許容値を設けて図４のように観測面３００を設定して高さ補正しながら観測することで反りの大きなウエハ表面の画像を鮮明に撮像することが可能となる。
（２）第２の実施形態
＜ウエハ検査装置の構成例＞
図７は、第２の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図７において、構成要素１から３８は図１と同じものである。第２の実施形態によるウエハ検査装置は、第１の実施形態によるウエハ検査装置（図１）とは異なり、高さデータのバッファー１１０を備えている。バッファー１１０は、過去の高さデータを一時的に格納して保存する。
＜過去の高さデータの活用＞
図８は、ウエハ上を検査する軌跡１１１を示す図である。ウエハ９の検査は、上下方向にステージ２を移動させながらＴＤＩカメラ１で画像を撮像して行われる。ウエハ端まで画像を撮像するとステージ２は一旦停止し、紙面の水平方向にＴＤＩカメラ１の視野程度移動して再び逆方向に移動して画像が撮像される。ここで、例えば、隣り合った軌跡１１１ａと軌跡１１１ｂとは、視野１個分程度の距離（例えば、１００μｍ）離れているだけなので、概略同じ高さであると見なすことができる。そこで、軌跡１１１ａの撮像中に高さセンサ３で収集した高さデータ３３をバッファー１１０に格納し、軌跡１１１ｂの撮像中にはバッファー１１０に格納された高さデータ（軌跡１１１ａを撮像して得られた高さデータ）を用いて高さ補正を実施することができる。この方法では撮像前にライン切り替え信号３５を発生するタイミングを予め用意することが可能となり、画像撮像中に高さを測定しながら演算する必要がない。ただし、一番初めの軌跡１１１ｃではバッファー１１０に高さデータは保管されていない（過去の高さデータがない）ため、１１１ｃのみ１度同じ軌跡で移動させてバッファー１１０に高さデータを保管させる処理が必要となる。なお、用いる過去の高さデータは、直前の軌跡を撮像して得られたデータでなくてもよい。例えば、１０ライン分の軌跡撮像に１回程度の過去の高さデータを用いてもよい。
（３）第３の実施形態
＜ウエハ検査装置の構成例＞
図９は、第３の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図９において、構成要素１から３８は、第１の実施形態によるウエハ検査装置（図１）と同じものである。ただし、第３の実施形態によるウエハ検査装置は、第１の実施形態のウエハ検査装置（図１）とは異なり、高さセンサが２台設置されており、観測位置のステージ進行方向の少なくとも２点の高さを測定することが可能となっている。なお、本実施形態では、２つの高さセンサを設けた例を示したが、３つ以上の高さセンサを設け、それぞれの測定結果に基づいて観測面３００を近似してもよい。
＜２点高さ測定の動作＞
図１０は、２点の高さを測定することで、観測面演算処理を説明するための図である。図１０において、高さセンサ３ａと高さセンサ３ｂは観測位置よりも前の距離Ｘだけ離れた２点をそれぞれ測定して、その２点を直線で近似した観測面３００を撮像光学系制御装置１０において演算する。ウエハ９がステージ進行方向１９に移動させ、演算した観測面３００のデータを前もって用意する。このようにすることにより、画像撮像中に高さを測定しながら演算する回数を減少させることができる。
距離Ｘを小さく設定すればする程、観測面３００を直線で近似した高さ誤差Ｙを小さくできるが、演算回数が多くなる。図１０に示したウエハ９の高さ変動の大きさをａ、周期をＴと仮定する。その時の高さ誤差ＹはＸがＴよりも小さい場合は、式（１０）のように見積もることができる。
Ｙ ≒ ａ・（Ｘ／Ｔ） ・・・ （１０）
式（１０）より、誤差Ｙよりも小さい誤差とするための距離Ｘの条件は、式（１１）のようになる。
Ｘ ＜ Ｙ・Ｔ／ａ ・・・ （１１）
例えば、光学倍率６５倍のミラー電子顕微鏡の場合、高さが１００μｍ程度変化すると光学倍率が１％程度変化する。この場合、高さの許容値は、Ｍ＝Ｎ＝１０２４のＴＤＩカメラ１では１９．５μｍ以下であった。高さの誤差Ｙを高さの許容値と考えて、Ｙ＝１９．５μｍとする。周期Ｔを直径１５０ｍｍのウエハの中央が１００μｍ反っていると仮定し、Ｔ＝１５０ｍｍ、ａ＝１００μｍとすると、式（１１）よりＸ＜１９．５・１５０／１００＝２９．３ｍｍとなり、２９．３ｍｍよりも距離Ｘを小さくすれば良いことが分かる。
なお、本実施形態では、上述の観測面３００を得る演算を、ステージ２が距離Ｘだけ移動する度に実行するようにしているが、例えば、ステージ２が距離２Ｘ移動する度に観測面３００を演算計算して求めた観測面を２Ｘの距離で活用することとしてもよい。
（４）第４の実施形態
図１１は、第４の実施形態による、光学顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図１１において、構成要素１から３８は第１の実施形態によるウエハ検査装置（図１）と同じものである。第４の実施形態によるウエハ検査装置は、第１の実施形態によるウエハ検査装置が電子線を当てて観測するのとは異なり、光源５３により光５４をウエハ９上に照射して、その反射光５２を集光レンズ５０によりＴＤＩカメラ１のウィンドウ６０を経由してＣＣＤラインセンサ１３上に集光させることでウエハ９を観測する。
光源５３としては、例えば、高い光学倍率で撮像するためには色収差を極力無くすために単一波長の光源とすることが望ましい。このため、光源５３の出口にバンドパスフィルタを用いて波長を制限するか、ＬＤ光源、レーザ光源、Ｘ線源等を用いることが望ましい。
第４の実施形態によるウエハ検査装置は、上述した構成以外については、第１の実施形態によるウエハ検査装置と同様の構成を備えており、第２から第４の実施形態による機能や構成を適用することも可能であり、同様に効果的である。
（５）まとめ
（i）本実施形態では、撮像光学系制御装置１０が、少なくとも１つの高さセンサ３によって測定されたウエハ９の表面の高さに基づいて、光学的観察部（５および１６、あるいは５０および５３）の光学倍率を変化させてウエハの表面に焦点を合わせ、カメラ制御装置（ＴＤＩカメラ制御装置１１）が、光学倍率とステージ２の位置に基づいて、画像検出素子（ＴＤＩカメラ１のＣＣＤラインセンサ１３）の切り替えタイミングを補正する。このようにすることにより、ウエハの反りや段差等による高さ変動がある観察対象に対しても画質の劣化を抑制し、高画質な観察画像を取得することができるようになる。
（ii）第１から第３の実施形態では、上記光学的観察部として、例えば、電子源２０と、電子源２０から面状の入射電子線をウエハ９上に照射する照射光学系１６と、ウエハ９の表面上に負電位を印加する負電位印加電源１７と、ウエハ９の表面上に形成された負電位によって反射した反射電子線を集光する集光光学系（撮像光学系５）と、集光光学系で集光して光を電気信号に変換する蛍光板６と、を備えるミラー電子顕微鏡を用いることができる。このようにすることにより、高さ変動に対応しつつ、ウエハ９の表面全体を検査することができ、検査の高速化を実現でき、異物や欠陥を精度良く認識することができるようになる。
（iii）また、第４の実施形態では、上記光学的観察部として、例えば、光源５３と、光源５３から放射された光をウエハ９上に照射する照射部（図示しない照射光学系）と、ウエハ９の表面で反射された反射光を集光する集光レンズ５０と、を備える、集光した光を観測する光学顕微鏡を用いることができる。このようにすることにより、比較的簡単な構成で、高さ変動に対応しつつ、ウエハ９の表面全体を検査することができるようになる。
（iv）さらに、本実施形態では、カメラ制御装置（ＴＤＩカメラ制御装置１１）は、光学的観察部の光学倍率の変化が1％以下となるように、画像検出素子（ＣＣＤラインセンサ１３）の切り替えタイミングを補正する。このようにすることにより、取得する画像において、視野が急激に変化することを防止することができる。
（v）第２の実施形態では、ウエハ検査装置は、ウエハ９の表面の高さデータを蓄えるバッファー１１０を備え、過去に検査した際に取得したウエハ９の高さデータを一時的に格納する。この場合、カメラ制御装置（ＴＤＩカメラ制御装置１１）は、ウエハ９の表面の観測位置をずらしながらウエハ９の上を往復して検査する軌跡（図８参照）として、バッファー１１０に蓄えられた、過去の高さデータを用いて、画像検出素子（ＣＣＤラインセンサ１３）の切り替えタイミングを補正する。このようにすることにより、画像撮像中にウエハ９の高さを測定しながら切り替えタイミングを演算する必要がなくなり、処理の高速化を実現することができる。
（vi）第３の実施形態では、少なくとも２つのウエハ高さセンサ３ａおよび３ｂを設けている。この場合、少なくとも２つのウエハ高さセンサ３ａおよび３ｂを用いて、ウエハ９の表面の高さを少なくとも２点観測し、撮像光学系制御装置１０は、観測した少なくとも２点の高さデータに基づいて、ウエハ９の表面を傾いた近似平面で推測する。そして、カメラ制御装置（ＴＤＩカメラ制御装置１１）は、ウエハ９の表面の高さが推測した近似平面高さとなるように、画像検出素子（ＣＣＤラインセンサ１３）の切り替えタイミングを補正する。このように、近似平面を用いて高さを推定するので、高さの測定回数を減らすことができ、処理の高速化を実現することができる。
１ ＴＤＩカメラ
２ ステージ
３ 高さセンサ
４ レーザ干渉計
５ 撮像光学系
６ 蛍光板
７ ステージ駆動装置
８ ステージ制御装置
９ ウエハ
１０ 撮像光学系制御装置
１１ ＴＤＩカメラ制御装置
１２ 全体制御装置
１３ ＣＣＤラインセンサ
１４ 光学レンズ
１５ レンズ
１６ 照射光学系
１７ 負電位印加電源
１９ ステージ進行方向
２０ 電子源
２１ 入射電子線
２２ 反射電子線
３０ ステージ位置指令
３１ 位置制御信号
３２ ステージ位置データ
３３ 高さデータ
３４ 光学倍率データ
３５ ライン切り替え信号
３６ 画像ＯＮ－ＯＦＦ信号
３７ 画像データ
３８ 撮像光学系制御信号
３９ ＣＣＤ画素
４０ 電荷移動
５０ 集光レンズ
５１ 視野
５２ 反射光
５３ 光源
５４ 光
６０ ウィンドウ
１０１ 転写距離
１０２ 移動距離
１１０ バッファー
１１１ 軌跡
３００ 観測面

Claims (10)

  1. ウエハを載置し、移動させるステージと、
    前記ウエハの表面を光学的に観察する光学的観察部と、
    移動する前記ステージに載置された前記ウエハの表面を観測して得られる光信号を電気信号に変換する時間延滞積分型の画像検出素子を有するＴＤＩカメラと、
    前記ステージの位置を検出するステージ位置検出器と、
    前記ウエハの表面の高さを測定する、少なくとも１つの高さセンサと、
    前記光学的観察部を制御する撮像光学系制御装置と、
    前記ＴＤＩカメラを制御するカメラ制御装置と、を備え、
    前記撮像光学系制御装置は、前記少なくとも１つの高さセンサによって測定された前記ウエハの表面の高さに基づいて、前記光学的観察部の光学倍率を変化させて前記ウエハの表面に焦点を合わせ、
    前記カメラ制御装置は、前記光学倍率が許容値を超えて変化した場合又は前記ウエハの表面の高さが許容値を超えて変化した場合に、前記光学倍率と前記ステージの位置に基づいて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。
  2. 請求項１において、
    前記光学的観察部は、電子源と、前記電子源から面状の入射電子線をウエハ上に照射する照射光学系と、前記ウエハの表面上に負電位を印加する負電位印加電源と、前記ウエハの表面上に形成された負電位によって反射した反射電子線を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光して光を電気信号に変換する蛍光板と、を備えるミラー電子顕微鏡である、ウエハ検査装置。
  3. 請求項１において、
    前記光学的観察部は、光源と、前記光源から放射された光をウエハ上に照射する照射部と、前記ウエハの表面で反射された反射光を集光する集光レンズと、を備え、前記集光した光を観測する光学顕微鏡である、ウエハ検査装置。
  4. 請求項１において、
    前記カメラ制御装置は、前記光学的観察部の光学倍率の変化が1％以下となるように、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。
  5. 請求項１において、
    さらに、前記ウエハの表面の高さデータを蓄えるバッファーを備え、
    前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の観測位置をずらしながら前記ウエハの上を往復して検査する軌跡として、前記バッファーに蓄えられた、過去の高さデータを用いて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。
  6. 請求項１において、
    少なくとも２つの高さセンサを備え、
    前記少なくとも２つの高さセンサは、前記ウエハの表面の高さを少なくとも２点観測し、
    前記撮像光学系制御装置は、少なくとも２点観測された高さのデータに基づいて、前記ウエハの表面を傾いた近似平面で推測し、
    前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の高さが前記推測した近似平面高さとなるように、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。
  7. 光学的観察部が、ステージの上に載置したウエハの表面を光学的に観察することと、
    時間延滞積分型の画像検出素子が、前記ウエハの表面を観測して得られる光信号を電気信号に変換することと、
    ステージ位置検出器が、前記ステージの位置を検出することと、
    少なくとも1つの高さセンサが、前記ウエハの表面の高さを測定することと、
    前記光学的観察部を制御する撮像光学系制御装置が、前記少なくとも１つの高さセンサによって測定された前記ウエハの表面の高さに基づいて、前記光学的観察部の光学倍率を変化させて前記ウエハの表面に焦点を合わせることと、
    前記光学倍率が許容値を超えて変化した場合又は前記ウエハの表面の高さが許容値を超えて変化した場合に、前記画像検出素子を有するＴＤＩカメラを制御するカメラ制御装置が、前記光学倍率と前記ステージの位置に基づいて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正することと、
    を含む、ウエハ検査方法。
  8. 請求項７において、
    前記カメラ制御装置は、前記光学的観察部の光学倍率の変化が1％以下となるように、
    前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査方法。
  9. 請求項７において、
    さらに、バッファーに前記ウエハの表面の高さデータを格納することを含み、
    前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の観測位置をずらしながら前記ウエハの上を往復して検査する軌跡として、前記バッファーに蓄えられた、過去の高さデータを用いて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査方法。
  10. 請求項７において、さらに、
    少なくとも２つの高さセンサが、前記ウエハの表面の高さを少なくとも２点観測することと、
    前記撮像光学系制御装置が、前記少なくとも２点の高さのデータを用いて、前記ウエハの表面を傾いた近似平面で推測することと、を含み、
    前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の高さが前記推測した近似平面高さとなるように、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査方法。
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