JPS63212911A - オ−トフオ−カス方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、部材の表面を光学的に観測する装置におい
て、部材表面と観測光学系との焦点合わせ制御に適用さ
れるオートフォーカス方式に関する。

［従来の技術］ この種の装置として、集積回路のウェハの表面に付着し
た微小異物の検査を行う異物検査装置がある。

この異物検査装置においては一般に、ウェハ表面の異物
検出のための観測光学系を固定し、ウェハを移動させな
がら異物検出を行う。そして、検出精度の高い装置にお
いては、検査中に観測光学系の焦点をウェハ表面に合わ
せるためのオートフォーカス方式が適用されている。

従来、このオートフォーカス方式は、観測光学系に固定
された静電容量変位計により観測光学系とウェハ表面と
の焦点ずれ量を検出し、この検出信号に従いウェハを観
測光学系の光軸方向に微小移動させることにより、観測
光学系の焦点をウェハ表面に一致させるというものであ
った。

［解決しようとする問題点］ しかし、焦点ずれ量の検出精度が比較的低く、またウェ
ハの厚み変動による影響を受けやすいため、焦点合わせ
の精度および安定度が不十分であった。

この発明は、この問題点に鑑みてなされたもので、ウェ
ハ異物検査装置などの部材の表面を光学的に観測する装
置において、観測光学系とウェハなどの部材の表面との
焦点合わせを高精度がっ安定に行うためのオートフォー
カス方式を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段コ この目的を達成するために、この発明は、部材の表面を
Ｂ　／！ｔｌｌする観測光学系に対して固定した投影光
学系により、その先軸−Ｌに前後にずらして配置した２
つの１淡パターンを前記部材の表面に投影させ、この投
影光学系を、ジャストフォーカス点で前記２つの濃淡パ
ターンのほぼ中間点が前記部材の表面に結像するように
構成し、また、前記部材の表面の濃淡パターンが投影さ
れる部分を２次元イメージセンサによって撮像し、この
２次元イメージセンサの出力信号がら前記部材の表面に
投影された２つの濃淡パターンの平均的なコントラスト
比を求め、このコントラスト比がほぼ１になるように前
記部品と前記観測光学系との相対距離を調節する構成を
有するものである。

［作用コ この発明は上述のように、部材表面に投影された２つの
濃淡パターンのコントラスト比の形で焦点ずれを光学的
に検出する構成であるから、静電容量変位計を用いた従
来方式のように部材の厚さの変動による影響を木質的に
排除することができ、また、焦点ずれの検出精度を大幅
に上げることができる。

また、このコントラスト比は、視野の広がりを持つ２次
元イメージセンサの出力信号から求められる平均的なコ
ントラスト比であり、部材表面の微小異物などに殆ど影
響されない。

したがって、この発明によれば、観測光学系によって観
演１されるウェハなどの部材の表面と観測光学系の焦点
合わせを高精度がっ安定に行うことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照し、この発明の一実施例について説明
する。

第１図は、ウェハの異物検査装置に適用された、この発
明のオートフォーカス方式のＲ要因である。

この図において、１０はＸ１Ｙ１２の各方向に移動する
ＸＹＺステージであり、この上に検査対象のウェハ１２
か負圧吸着などによって固定される。

この実施例の異物検査装置においては、ウェハ１２の表
面にＳ偏光レーザビームが照射され、その垂直方向の散
乱光が観測光学系に受光され、その散乱光の強度、散乱
光のＰ偏光成分の強度、または散乱光のＰ偏光成分とＳ
偏光成分の強度の比によってウェハ１２の表面の異物の
検出が行われる。ただし、非偏光レーザビームをウェハ
表面に照射する構成の異物検査装置においても、当該オ
ートフォーカス方式は同様に適用できるものである。

１４は前記Ｓ偏光レーザビームを照射するためのレーザ
発振器であり、１６は前記ｉｉｇ測光学系の対物レンズ
である。ウェハ１２の表面のレーザ照射スポットからの
垂直方向の散乱光は、この対物レンズ１６、ハーフミラ
−１８を経由して前記観δＩｌｌ光学系の受光部２０に
入射する。この受光部２０に、前記のようなＰ偏光成分
やＳ偏光成分の抽出、光電変換などのための手段が含ま
れる。検査動作中において、ＸＹＺステージ１０により
ウエハ１２をＸ方向およびＹ方向に移動させることによ
り、ウェハ表面のスキャンが行われる。

このような検査動作に関連した構成は、この発明の蒙旨
に直接係わる部分ではないから、これ以上の詳細につい
ては説明を省略する。

このような異物検査装置に適用されたオートフォーカス
カ式の構成について説明する。まず、オートフォーカス
のための濃淡縞パターンをウェハ表面に投影させる部分
について説明する。なお、この部分は観測光学系に対し
て固定した関係に設けられる。

２２と２４はパターン板であり、それぞれガラス板の相
対向する而にオートフォーカス用の濃淡縞パターンを金
属の蒸着などによって設けたものである。この濃淡縞パ
ターンの詳細については後述する。

２６はパターン板２２．２４の照明用光源である。この
光源２４からの光（白色光）をレンズ２６により平行ビ
ームにしてパターン板２２．２４を照明する。パターン
板２２．２４の濃淡縞パターンは、レンズ３０１ハーフ
ミラ−１８および対物レンズ１６を介してウェハ１２の
表面に投影される。

なお、ウェハ表面が観測光学系の焦点に一致したときに
、前後のパターン板２２．２４の中間点がウェハ表面に
結像するように、ハーフミラ−１８および対物レンズ１
６とともに濃淡縞パターンの投影光学系を構成するレン
ズ３ｏの焦点距離、およびレンズ３０とパターン板２２
．２４との間隔が調節されている。

次にウェハ表面に投影されたオートフォーカス用濃淡縞
パターンの撮像系について説明する。この部分は、ｌＩ
Ｊ測光学系に対して固定した関係に設けられている。

３２はウェハ表面の濃淡縞パターンが投影される部分を
撮像するための２次元イメージセンサである。この実施
例にあっては、この２次元イメージセンサ３２として、
４１部１４画素のＣＣｌ）イメージセンサが用いられて
いる。３４と３６は、ウェハ表面の濃淡縞パターンが投
影される部分を２次元イメージセンサセンサ３２の撮像
面に結像させるためのミラーとシリンドリカルレンズで
ある。３８は赤外カットフィルタである。

なお、ウェハ表面における濃淡縞パターンの投影部分と
２次元イメージセンサ３２の視野ＧＬＪ物検出用レーザ
ビームの照射スポットからずれている。

３４はフォーカス制御回路である。この回路は２次元イ
メージセンサ３２の出力信号からフォーカスエラー信号
を生成し、このフォーカスエラー信号に従って焦点ずれ
を打ち消すようにＸＹｚステージ１０のフォーカス調節
用モータ３７を駆動する。このモータ３７は例えばピエ
ゾモータであり、焦点調整のためにウェハ１２を２方向
←Ｌ下方向）に高速微動させるものである。ウェハ１２
を大きくＺ方向に移動させるためのモータは別にＸＹＺ
ステージｌＯに設けられている。

３９はＸＹＺステージ１０の移動、その他の装置全体の
制御を司る装置制御部である。

第２図は、パターン板２２．２４に設けられたオートフ
ォーカス用濃淡縞パターンの説明図である。図において
、２２ａはパターン板２２に設けられた濃淡縞パターン
の／！！部であり、２４ａはパターン板２４に設けられ
た濃淡縞パターンの製部である。この図から明らかなよ
うに、光軸方向から見た場合、パターン板２２．２４の
濃淡縞パターンは、それぞれの３４部２２　ａ　、２４
　ａが交互に並ぶような関係きなっている。

なお、オートフォーカス用濃淡縞パターンとウェハ上の
回路パターンとの混同を避けるために、この濃淡縞パタ
ーンをウェハ表面に投影した場合、濃淡縞パターンはウ
ェハ１２の基本格子方向であるＸ１Ｙ方向に対して約４
５度の角度で交差するようにされている。この関係を明
らかにするために、ウェハ１２の縮小した輪郭を鎖線１
２ａで示しである。ウェハ１２の回路パターンは大部分
がＸ方向またはＹ方向に走る。

さらに、ウェハ上の回路パターンおよび微小異物と濃淡
縞パターンとの混同を避けるために、濃淡縞パターンの
製部および端部の幅および長さは、回路パターンおよび
５−ｊ物よりも大きく決定されている。

第３図は、２次元イメージセンサ３２の視野分割の説明
図である。この図に小すように、２次元イメージセンサ
３２の視野３２ａは前側パターン板２４の濃淡縞パター
ンの淵部２４ａの撮像領域Ａと、後側パターン板２２の
濃淡縞パターンの淵部２２ａの撮像領域Ｂとに交互に分
割して扱われる。そして、各撮像領域に対応の濃淡縞パ
ターンが入るように、パターン板２２．２４と２次元イ
メージセンサ３２の位置が調節される。

第４図はフォーカス制御回路３５の概略ブロック図であ
る。この図において、４０は２次元イメージセンサ３２
の撮像領域Ａ（第３図）に対応する画素の出力信号の平
均値（または合計値）を求めるための回路、４２は２次
元イメージセンサ３２の撮像領域Ｂに対応する画素の出
力信号の平均値（または合計値）を求めるための回路で
ある。

４４は回路４０の出力信号値と回路４２の出力信号値と
の差を求めてフォーカスエラー信号ＥＲＲを出力する減
算回路である。このフォーカスエラー信Ｓ；゛Ｅ　ＲＲ
はウェハ表面に投影された前後の濃淡縞パターンの４７
．均的なコントラスト比に比例する信号゛であり、その
絶対値は焦点すれはに対応し、その極性は焦点ずれの方
向に対応する。

４６はフォーカスエラー信号ＥＲＲに従って焦点調整用
モータ３７を駆動するドライバである。

４８はウェハ表面がオートフォーカスの引き込み範囲内
に入ったことを検出するために設けられたピーク通過検
出回路であり、フォーカスエラー信号ＥＲＲが所定の閾
値レベル以上のピークを通過した時にピーク通過検出信
号ＰＴを出力する。

このピーク通過検出信号ＰＴは装置制御部３９に与えら
れる。装置制御部３９は、ピーク通過検出信号ＰＴが発
生すると、ＸＹＺステージ１０のＺ方向移動（−１ｘ　
Ｆｌ’またはド降）を停市させ、ドライバ４６に対する
抑市信７３．　ＯＥをオフし、ドライバ４６を作動状態
にしてオートフォーカス動作を開始させる。

第５図は、１ｔＨＩＩｌ光学系とウェハ表面との焦点ず
れとフォーカスエラー信号ＥＲＲとの関係を示している
。

焦点ずれがゼロのジャストフォーカス点よりウェハ１２
の表面がある量だけ下がる己、前側のパターン板２４の
濃淡縞パターンは、その結像而がウェハ表面に一致する
ため、ウェハ表面に明瞭に投影される。したがって、こ
の濃淡縞パターンの撮像信号の平均値（もしくは合計値
）つまり回路４０の出力信号値が最大となる。この時、
後側の濃淡縞パターンは、その結像而がウェハ表面から
大きく外れるため、淡い像としてしかウェハ而に投影さ
れないので、その撮像信号の平均値（もしくは合計値）
である回路４２の出力信号値はほぼゼロとなる。

逆にジャストフォーカス点からウェハ表面がある量だけ
上がると、後側パターン板２２の濃淡縞パターンの結像
而がウェハ表面に一致し、回路４２の出力信号値が最大
となり、前側の濃淡縞パターンの撮像信号の平均値（も
しくは合計値）はほぼゼロになる。

ジャストフォーカス点では、前後の濃淡縞パターンの中
間点がウェハ表面に結像されるため、前後の濃淡縞パタ
ーンはいずれも淡い像としてウェハ表面に投影され、そ
れぞれの（］シ均的なコントラスト比はほぼ１になる。

そして、フォーカスエラー信号ＥＲＲは、回路４０．４
２の出力信号値の差信号、すなわちウェハ表面に投影さ
れた前後の濃淡縞パターンの＼［均的なコントラスト比
の比例信号である。したがって、ウェハ表面がジャスト
フォーカス点を中心として上下すると、フォーカスエラ
ー信号ＥＲＲは絶対値および極性が図示のように変化す
る。

以上のように構成された本実施例の動作について説明す
る。ウェハ１２がＸＹＺステージ１０に固定されると、
装置制御部３９の制御によりＸＹＺステージ１０はＸお
よびＹ方向の基準位置まで駆動される。なお、この時点
ではＸＹＺステージｌＯは最下位置まで下がっている。

次に装置制御部３９の制御により、ＸＹＺステージｌＯ
が−に昇駆動され、ウェハ１２は徐々に上昇する。そし
て、ジャストフォーカス点に近づくとフォーカスエラー
信号ＥＲＲがプラス側のピークまで増加し、その直後に
ピーク通過検出回路４８からピーク通過検出信号Ｐ’Ｔ
が出る。すなわち、オートフォーカスの引き込み範囲内
にウェハ表面が入ったということである。

このピーク通過検出信号ＰＴに応答して、装置制御部３
９はＸＹＺステージｌＯの一１ユ昇駆動を停止するとと
もに、抑ルー信号ＤＥ（これまでオン状態であった）を
オフすることによりドライバ４６を作動させ、一定時間
を経過後にＸＹＺステージ１０のＸまたはＹ方向に移動
させながら異物検査動作を行わせる。

さて、抑止信号ＤＥのオフによりフォーカス制御回路３
５が作動を開始する。フォーカスエラー信号ＥＲＲがプ
ラス極性の時には、ウェハ１２を微小上界させる方向に
フォーカス調整用モータ３７がドライバ４６によって駆
動される。逆にフォーカスエラー信号ＥＲＲがマイナス
極性の時には、ウェハ１２を下降させる方向にモータ３
７はドライバ４６により駆動される。このようにして、
フォーカスエラー信号ＥＲＲをほぼゼロに保つようにウ
ェハ１２の高さが微調整される。

このようなフォーカスサーボがかかった状態における焦
点誤差は、フォーカス制御回路３５の利得と前後パター
ン板２２．２４の間隔によってほぼ決まり、ウェハ１２
の厚さ変動による影響は受けない。また、オートフォー
カス用濃淡縞パターンを１次元イメージセンサではな（
，２次元イメージ七ン３２により撮像し、その出力信号
から前後の濃淡縞パターンの平均的なコントラスト比に
対応したフォーカスエラー信号ＥＲＲを作成してフォー
カス制御を行うから、ウェハ面の微小異物や回路パター
ンによる影響を殆ど受けない。換言すれば、視野の広が
りのある２次元イメージセンサで撮像し平均的コントラ
スト比を求めるから、前記のように濃淡縞パターンの方
向およびサイズを決定することにより、ウェハ面の微小
異物や回路パターンによる影響をより確実にυＦ除でき
るわけである。

このように、本実施例のオートフォーカス方式によれば
、観測光学系とウェハ面とのフォーカス制御を従来より
乙に高精度かつ安定に行うことができる。

なお、本実施例におけるフォーカス制御回路３４の機能
の一部をソフトウェアによって実現してもよい。

また、オートフォーカス用濃淡パターンのパターン形態
などを適宜変形してもよい。

さらに、オートフォーカス用２次元イメージセンサ３２
は、前記ＣＯＤイメージセンサ以外のものを用いてもよ
い。

また前記実施例はウェハの異物検査装置に適用されたも
のであるが、この発明のオートフォーカス方式は、マス
ク基板の表面検査装置など、部材の表面を光学的に観測
する装置に一般的に適用できるものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明は、部材の表
面を観測するａ測光学系に対して固定された投影光学系
と、この投影光学系の光軸−ヒに前後にずらして配置さ
れ、前記投影光学系によって前記部材の表面に投影され
る２つの濃淡パターンと、前記部材の表面の前記濃淡パ
ターンが投影される部分を撮像するための２次元イメー
ジセンサと、この２次元イメージセンサの出力信号から
前記部材の表面に投影された前記２つの濃淡パターンの
平均的なコントラスト比を求め、このコントラスト比が
ほぼｌになるように前記部品と前記観測光学系との相対
移動のための駆動手段を制御するフォーカス制御手段と
を有し、前記投影光学系は前記部材の表面と前記観測光
学系の焦点とが一致した場合に前記２つの濃淡パターン
のほぼ中間点を前記部材の表面に結像させるようにした
方式であるから、ウェハなどの部材の表面と観測光学系
との焦点合わせを高精度かつ安定に行わせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はウェハ異物検査装置に適用された、この発明の
オートフォーカス方式の一実施例のｍｅ図、第２図はオ
ートフォーカス用濃淡縞パターンの説明図、第３図は濃
淡縞パターン撮像用２次元イメージセンサの視野分割の
説明図、第４図はフォーカス制御回路のブロック図、第
５図は焦点すれとフォーカスエラー信号との関係を示す
特性線図である。 １０・・・ＸＹＺステージ、１２・・・ウェハ、１６・
・・観測光学系の対物レンズ、１８・・・ハーフミラ−
１２２，２４・・・パターン板、３０・・・投影光学系
のレンズ、３２・・・２次元イメージセンサ、３４・・
・ミラー、３５・・・フォーカス制御回路、３６・・・
シリンドリカルレンズ、３７・・・フォーカス調整用モ
ータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）部材の表面を観測する観測光学系に対して固定さ
   れた投影光学系と、この投影光学系の光軸上に前後にず
   らして配置され、前記投影光学系によって前記部材の表
   面に投影される２つの濃淡パターンと、前記部材の表面
   の前記濃淡パターンが投影される部分を撮像するための
   ２次元イメージセンサと、この２次元イメージセンサの
   出力信号を入力とし、前記部材の表面に投影された前記
   ２つの濃淡パターンの平均的なコントラスト比を求め、
   この平均的コントラスト比がほぼ１になるように前記部
   品と前記観測光学系とを相対的に移動させるための駆動
   手段を制御するフォーカス制御手段とを有し、前記投影
   光学系は前記部材の表面と前記観測光学系の焦点とが一
   致した場合に前記２つの濃淡パターンのほぼ中間点を前
   記部材の表面に結像させるものであることを特徴とする
   オートフォーカス方式。
2. （２）フォーカス制御手段は、一方の濃淡パターンに対
   応する２次元イメージセンサの出力信号の平均値または
   合計値と他方の濃淡パターンに対応する前記２次元イメ
   ージセンサの出力信号の平均値または合計値との差を平
   均的コントラスト比として求めることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のオートフォーカス方式。