WO2005119227A1 - 半導体外観検査装置及び照明方法 - Google Patents

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WO2005119227A1
WO2005119227A1 PCT/JP2005/010625 JP2005010625W WO2005119227A1 WO 2005119227 A1 WO2005119227 A1 WO 2005119227A1 JP 2005010625 W JP2005010625 W JP 2005010625W WO 2005119227 A1 WO2005119227 A1 WO 2005119227A1
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light emitting
semiconductor
semiconductor light
emitting element
illumination
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PCT/JP2005/010625
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Inventor
Yoko Miyazaki
Toshiro Kurosawa
Muneaki Tamura
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Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/95623—Inspecting patterns on the surface of objects using a spatial filtering method
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    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8822—Dark field detection

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor visual inspection apparatus that performs visual inspection of semiconductor devices based on optical images of semiconductor devices such as semiconductor wafers, photomasks, and liquid crystal display panels.
  • the manufacture of semiconductor devices such as semiconductor wafers, photomasks, and liquid crystal display panels consists of a large number of man-hours, and it is possible to inspect the occurrence of defects in the final and intermediate processes and to feedpack them in the manufacturing process. It is also important from the viewpoint of improvement.
  • an optical image of a circuit pattern formed in the manufacturing process is generated on the surface of an object to be inspected such as a semiconductor wafer, a photomask, a liquid crystal display panel, etc.
  • An appearance inspection apparatus for detecting pattern defects on an object to be inspected is widely used.
  • a semiconductor wafer appearance inspection apparatus for inspecting a defect of a pattern formed on a semiconductor wafer will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and can be widely applied to an appearance inspection apparatus for inspecting a semiconductor memory photomask or a semiconductor device such as a liquid crystal display panel.
  • an optical microscope is generally used to generate an optical image of a circuit pattern formed on the surface of a semiconductor wafer which is an object to be inspected.
  • Optical microscopes are classified into bright-field and dark-field microscopes depending on the type of microscopy. Both are used in the device.
  • ⁇ Fig. 1A is a basic block diagram of the optical image generation part using a bright field microscope.
  • the optical image generating portion includes a stage 4 1 for holding the semiconductor wafer 1, a light source 2 1, illumination lenses 2 2 and 2 3 for focusing the illumination light from the light source 2 1, and a beam splitter for reflecting the illumination light.
  • an objective lens 10 for projecting an optical image of the surface of the semiconductor wafer 1 while irradiating the surface of the semiconductor wafer 1 with illumination light, and an electrical image of the optical image of the projected surface of the semiconductor wafer 1
  • an imaging device 3 1 for converting into a signal.
  • the illumination device generally used for a bright field microscope
  • the direction of the illumination light irradiated to the surface of the semiconductor wafer 1 is almost parallel to the optical axis of the objective lens 10 and the objective lens 10 Acquires light specularly reflected on the surface of the semiconductor wafer 1.
  • a line sensor such as a one-dimensional CCD is used.
  • the image processing unit 33 operates the line sensor 31 in synchronization with a drive pulse signal from the pulse generator 42 that moves (scans) the semiconductor wafer 1 relative to the semiconductor wafer 1 and drives the stage 41. In many cases, images are acquired by capturing signals.
  • FIG. 1B is a basic configuration diagram of an optical image generating portion using a dark field microscope.
  • the same reference symbols are used for components similar to those in FIG. 1A, and the description is omitted.
  • the objective lens 10 acquires scattered light or diffracted light of the illumination light scattered or diffracted on the surface of the semiconductor wafer 1.
  • the illumination light is irradiated from the periphery of the objective lens at an angle with respect to the optical axis thereof to prevent the specular reflection light of the illumination light from entering the objective lens 10.
  • the illumination system used in The illumination device uses a ring slit 26 that masks leaving the periphery of the illumination light from the light source 21 and a light beam passing through the ring slit 26 and reflected by the objective lens 10 toward the object to be inspected.
  • the dark-field microscope uses scattered light or diffracted light of the illumination light irradiated to the object to be inspected. Get an image. Therefore, since the dark field microscope can brighten the diffusely reflected light by the defect on the surface of the inspected object, it has the advantage that highly sensitive defect detection can be performed with a relatively simple configuration.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the various patterns formed on the wafer 1.
  • region 3 is a cell region having a parallel line wiring pattern provided with a relatively wide wiring pitch in the vertical direction of the figure
  • region 4 is a cell region having a relatively narrow wiring pitch in the vertical direction of the figure.
  • a cell region having a parallel line wiring pattern is a cell region having a wiring pattern in the direction of 45 ° in the figure
  • region 6 is a logic circuit region having a pattern density lower than that of these cell regions.
  • a peripheral circuit pattern (peripheral) region connecting those circuits is formed on the wafer 1.
  • the azimuth angle of the illumination light of the dark field illumination device in the conventional appearance inspection apparatus is fixed to the omnidirectional direction or one azimuth angle of the objective lens 10, and the wavelength and incident angle thereof are also fixed. Therefore, the field of view of the objective lens 10 is always illuminated at a constant azimuth angle, wavelength and incident angle regardless of which of the above-mentioned areas 3 to 6 and the following problems occur.
  • the optical reflectance of an object depends on the material of the object.
  • copper used for a wiring portion of a semiconductor circuit exhibits high reflectivity in the visible light range, but has a property that the reflectivity decreases in the wavelength range around 350 nm.
  • the area ratio occupied by the material changes and the reflectance changes due to the density of the pattern, so that the amount of light acquired depending on the place becomes low.
  • the reflectance is changed due to the presence of a pattern made of different materials depending on the process of the object to be inspected, the amount of light acquired in the process decreases.
  • the repetitive pattern portion composed of several parallel lines which often appear in the wiring portion formed on the semiconductor wafer, diffracted light and positive
  • the angular difference from the reflected light depends on the repetition pitch of the repetitive pattern and the wavelength of the illumination light. Therefore, in the case where the wiring pitch of the parallel line pattern differs depending on the position in the chip, as in the case of an object to be inspected, for example, a semiconductor dispass wafer pattern (i.e., the areas 3 and 4 shown in FIG.
  • a semiconductor appearance inspection apparatus which performs an appearance inspection based on an optical image of a semiconductor device which is an inspection object, diffraction effective for inspection from an inspection object at the time of dark field illumination Object to be inspected for light It is an object of the present invention to realize illumination which can be well acquired in the entire area of the object and to reduce the decrease in defect detection sensitivity of the inspection apparatus in the entire area of the object to be inspected.
  • a semiconductor light emitting element array comprising a plurality of semiconductor light emitting elements having different light emitting wavelengths, incident angles to the inspected object, or azimuth angles of light irradiated to the inspected object.
  • Dark-field illumination was performed, and semiconductor light emitting devices suitable for each inspection portion on the inspection object were selected from semiconductor light emitting devices such as light emitting wavelength, incident angle, or azimuth angle, and lighting control was performed.
  • the semiconductor appearance inspection apparatus is a semiconductor appearance inspection apparatus for performing an appearance inspection of an object to be inspected based on an optical image of a semiconductor device which is the object to be inspected.
  • a semiconductor light emitting element array comprising a plurality of semiconductor light emitting elements for illuminating an object to be inspected obliquely with respect to an axis, and a lighting control unit for selectively lighting and controlling the semiconductor light emitting elements included in the semiconductor light emitting element array.
  • an illumination method is a method of illuminating an object to be inspected in a semiconductor appearance inspection apparatus for inspecting the appearance of the object to be inspected based on an optical image of a semiconductor device which is the object to be inspected.
  • a semiconductor light emitting element included in a semiconductor light emitting element array consisting of a plurality of semiconductor light emitting elements that obliquely illuminate the object to be inspected with respect to the optical axis of the objective lens is selectively turned on.
  • the lighting control unit may further individually change the light emission amount of each of the semiconductor light emitting elements selectively controlled to be lighted.
  • the semiconductor light emitting elements of the entire semiconductor light emitting element array are simultaneously turned on and off without selecting the semiconductor light emitting elements. May be.
  • the semiconductor light emitting element array may be formed by: an incident angle to an object to be inspected, an emission wavelength, and an azimuth angle of Z or illumination light (ie, the optical axis of the objective lens).
  • an incident angle to an object to be inspected an emission wavelength
  • an azimuth angle of Z or illumination light ie, the optical axis of the objective lens
  • a plurality of semiconductor light emitting devices having different irradiation directions in the vertical plane of the light emitting diode may be included.
  • the lighting control unit selectively turns on the semiconductor light emitting element, and the incident angle of the illumination light to the inspection object, the wavelength of the illumination light to the inspection object and / or the illumination light to the inspection object You may change the azimuth of.
  • the lighting control unit may select one or more semiconductor light emitting elements from the semiconductor light emitting element array to change the amount of light emitted from the selected semiconductor light emitting element.
  • the lighting control unit changes the amount of light emitted from the selected semiconductor light emitting element, and changes the incident light intensity of the illumination light to the inspection object, the wavelength of the illumination light, or the illumination light to the inspection object The amount of light for each azimuth angle of may be changed.
  • the lighting control unit may select a semiconductor light emitting element to be made to emit light corresponding to the portion of the object to be inspected in the field of view of the objective lens.
  • the semiconductor appearance inspection apparatus identifies each semiconductor light emitting element to be lit, which is predetermined corresponding to each part of the object to be inspected, or an illumination condition specified to correspond to each part of the object to be inspected.
  • the lighting control unit stores each of the semiconductor light emitting devices specified corresponding to a portion in the field of view of the objective lens based on the device specifying information.
  • the semiconductor light emitting element may be switched and controlled in accordance with the illumination condition specified corresponding to this part.
  • the element identification information is a pattern based on the repetition pitch width of the repetitive pattern applied to each part of the test object, the wiring pitch width of the wiring pattern, the direction of the wiring pattern, and / or the material of the pattern formation. It may contain information that divides the area.
  • the semiconductor appearance inspection apparatus further comprises an inspection object supporting the inspection object. It may be provided with a movable stage capable of positioning each upper portion in the field of view of the objective lens. At this time, the lighting control unit may specify a portion of the inspection object in the field of view of the objective lens based on position information (position trigger information) of the movable stage. Lighting control unit
  • Each semiconductor light emitting element is turned on so that the optimum illumination condition according to the layout of the pattern applied to the inspection start position of the inspection object before start of the inspection, and in the subsequent inspection Information that divides the pattern area based on the repetition pitch width of the repetitive pattern, the wiring pitch width of the wiring pattern, the direction of the line pattern, and / or the pattern formation material based on the position information as the movable stage moves. Based on this, it is possible to switch dynamically to optimize the lighting conditions during inspection.
  • the semiconductor appearance inspection apparatus may include bright field illumination means for illuminating the object to be examined parallel to the optical axis of the objective lens.
  • the lighting control unit may perform lighting control of the semiconductor light emitting element array corresponding to the portion of the object to be inspected in the field of view of the objective lens.
  • the incident angle of the illumination light to the inspection object the emission wavelength
  • the semiconductor light emitting element as the illumination means, switching the signal of the illumination light incident angle, the emission wavelength and Z or the azimuth angle of the illumination light and adjusting the light quantity, not mechanically but electrically Can be implemented almost instantaneously.
  • semiconductor light emitting devices Since it is easy, it becomes possible to adjust the light quantity according to the pattern formed on each part of the object to be inspected and the pattern density.
  • the cost of the lighting device itself can be reduced compared to a commonly used external laser such as Ar + laser, and the maintenance cost can be reduced due to the long life of the element itself.
  • the semiconductor light emitting element array is turned off and illuminated with bright field illumination means only, and the field of view is in the high pattern density area.
  • the semiconductor light emitting device is turned on to illuminate simultaneously with the bright field illumination means, thereby achieving high detection sensitivity over the entire inspection object even if the pattern density is rough or dense.
  • FIG. 1A is a basic configuration diagram of an optical image generating unit of an appearance inspection apparatus using a bright field microscope.
  • FIG. 1B is a basic configuration diagram of an optical image generating unit of an appearance inspection apparatus using a dark field microscope.
  • FIG. 2 is a schematic view of various patterns formed on a wafer.
  • FIG. 3 is a schematic view of a semiconductor appearance inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a side sectional view of a semiconductor light emitting element array provided in a case.
  • FIG. 4B is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a first example of the semiconductor light emitting device array provided in the case.
  • FIG. 4C is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a second example of the semiconductor light emitting device array provided in the case.
  • FIG. 4D is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a third example of the semiconductor light emitting device array provided in the case.
  • FIG. 4E is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a fourth example of the semiconductor light emitting device array provided in the case.
  • FIG. 5 is a view showing a reflection direction of diffracted light diffracted in a repetitive pattern.
  • FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the detection sensitivity of defects in the wiring pattern area and the azimuth of the wiring pattern and the illumination light.
  • FIG. 6B is a captured image when the wafer shown in FIG. 6A is subjected to bright field illumination.
  • FIG. 6C is a captured image when illuminated with oblique light from the A and B directions shown in FIG. 6A.
  • FIG. 6D is a captured image when illuminated with oblique light from direction A shown in FIG. 6A.
  • FIG. 6E is a captured image when illuminated from the direction B shown in FIG. 6A with oblique illumination.
  • FIG. 7A is a side sectional view of a semiconductor light emitting element array provided outside the case.
  • FIG. 7B is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a first example of the semiconductor light emitting device array provided outside the case.
  • FIG. 7C is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a second example of the semiconductor light emitting device array provided outside the case.
  • FIG. 7D is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a third example of the semiconductor light emitting device array provided outside the case.
  • FIG. 7E is a layout diagram of a semiconductor light emitting device of a fourth example of the semiconductor light emitting device array provided outside the case.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a first configuration example in which the incident angle of the illumination light of the semiconductor light emitting device on the inspection object is changed.
  • FIG. 8B is an explanatory view of a second configuration example in which the incident angle of the illumination light of the semiconductor light emitting element on the inspected object is changed.
  • FIG. 8C is an explanatory diagram of a third configuration example in which the incident angle of the illumination light of the semiconductor light emitting element on the inspection object is changed.
  • FIG. 9 is a top view and an enlarged view of a semiconductor wafer which is an object to be inspected.
  • FIG. 10 is a timing chart explaining lighting control of each semiconductor light emitting element.
  • FIG. 11 is a layout diagram of the semiconductor light emitting element array used for the scan shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic block diagram of a semiconductor appearance inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a timing chart explaining the bright field illumination means and the lighting control of each semiconductor light emitting element.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a semiconductor appearance inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • defects in the pattern formed on the semiconductor wafer are not limited to this, and the appearance inspection apparatus for inspecting semiconductor devices such as a photo mask for a semiconductor memory, a liquid crystal display panel, etc. Is also widely applicable.
  • the semiconductor visual inspection apparatus 100 includes a movable stage 4 1 for holding a semiconductor wafer 1, a semiconductor light emitting element array 5 1 including a plurality of semiconductor light emitting elements as light sources, and the semiconductor light emitting element array 5 1.
  • a lighting control unit 52 that performs lighting control to selectively turn on and off the semiconductor light emitting devices, and a light emitting device driving unit that turns on and off each semiconductor light emitting device based on a control signal output from the lighting control unit 52.
  • a lens 5 3 for ring-like illumination which focuses illumination light from the semiconductor light emitting device array 5 1 onto the surface of the wafer 1 and diffracted light of the illumination light emitted onto the surface of the wafer 1
  • An objective lens 10 for acquiring and projecting an optical image a cylindrical case 11 for housing the objective lens 10, and an imaging device for converting an optical image of the surface of the projected wafer 1 into an electrical image signal And 3 1.
  • a light emitting diode (L E D) chip, a laser diode chip may be used, or a molded L E D, laser diode may be used.
  • the semiconductor light emitting element array 5 1 and the illumination lens 5 3 are disposed around the optical axis of the objective lens 10 in the case 11, and the illumination light by the semiconductor light emitting element is an objective lens 1 0. It becomes dark field illumination light that is directed toward the wafer 1 from the periphery of the light source at an angle to the optical axis.
  • the plane perpendicular to the optical axis of the objective lens 10, which is the inspection surface (wafer 1 surface) of the inspection object is the xy plane
  • the optical axis direction of the objective lens 10 is the z direction. It is determined that.
  • the semiconductor visual inspection apparatus 100 drives the movable stage 4 1 to position each portion on the surface of the wafer 1 in the field of view of the objective lens 10. It has a stage control unit 43 that performs positioning control for
  • the imaging device 31 may be a TV camera or the like using a two-dimensional C C D element, but in this embodiment, a line sensor such as a one-dimensional C C D element is used.
  • the stage control unit 4 3 outputs a drive pulse signal to the movable stage 4 1 to move (scan) the movable stage 4 1 relative to the wafer 1.
  • the line sensor 3 1 outputs an analog image signal in synchronization with the drive pulse signal output from the stage control unit 43, and converts this into a digital signal through the analog-to-digital converter 32.
  • the image processing unit 33 constructs two-dimensional image data based on the digitally converted signal.
  • the entire control of the semiconductor appearance inspection apparatus 100 is performed by a computer 61 that can be realized by a computer or the like.
  • the semiconductor appearance inspection apparatus 100 includes a program and data required to control the computer 61, a storage unit 62 for storing element specifying information described later, and an input unit for inputting the program and these data. And 3.
  • the two-dimensional image data configured by the image processing unit 33 is provided to the computer 61 and used for various appearance inspections.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view in the XZ plane in the case 11, and FIG. 4B is an explanatory diagram of a first example of the layout of the semiconductor light emitting devices in the semiconductor light emitting device array 51 in the XY plane.
  • the semiconductor light emitting devices 54 are arranged concentrically in a plurality of lines (three lines in the figure) centered on the optical axis of the objective lens 10.
  • Each illumination light from each semiconductor light emitting element 54 is condensed by an illumination lens 53 which is a condensing lens, and is applied to the field of view of the objective lens 10 on the wafer 1.
  • Each semiconductor light emitting element 54 has each incident angle to the wafer 1 after the illumination light passes through the illumination lens 53 (that is, the angle between the incident direction of the illumination light and the vertical direction of the wafer 1 surface) ), Each of said concentric circles
  • the semiconductor light emitting elements 54 are arranged differently depending on the radial position. For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the smaller the distance to the optical axis of the objective lens 10, the smaller (deep) the incident angle, and the larger the distance to the optical axis of the objective lens 10, the incident angle Are arranged to be large (shallow).
  • each semiconductor light emitting element 5 4 in the XY plane that is, the illumination direction in the XY plane of each illumination light
  • the azimuthal angle of each illumination light to the wafer 1 by each semiconductor light emitting element 5 4 in the XY plane (that is, the illumination direction in the XY plane of each illumination light) It differs depending on the circumferential position of the semiconductor light emitting element 54.
  • each semiconductor is The azimuth angle of the illumination light of the light emitting element 54 is at least 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° (ie, with an angular interval of 45 °), and 0 It is preferable that illumination can be performed in parallel with the direction in which the wiring pattern extends, even for a wiring pattern formed in any direction of 45 °, 90 °, and 135 °. Although wiring of other angles rarely exists, in this case, it is preferable to combine and illuminate semiconductor elements of a plurality of angle conditions and a plurality of semiconductor element groups grouped under the same angle conditions.
  • the semiconductor light emitting element 54 disposed in the semiconductor light emitting element array 51 plural kinds of short wavelength semiconductor light emitting elements having different emission wavelength regions are used.
  • the semiconductor light emitting elements 54 disposed in the semiconductor light emitting element array 51 constitute a plurality of groups having different emission wavelength regions.
  • the emission wavelengths of the respective semiconductor light emitting devices 54 may be all different wavelengths, or when it is not necessary to change the wavelength of the illumination light of the semiconductor visual inspection apparatus 100, the semiconductor light emitting devices 5 may be used. All semi-conductors in 1 The emission wavelengths of the body light emitting element 54 may be configured to be the same.
  • the semiconductor light emitting elements 5 4 disposed in the semiconductor light emitting element array 5 1 are associated with the incident angle of each semiconductor light emitting element 54, the azimuth angle of the illumination light, and the light emission wavelength.
  • the light emitting element attribute information which is table data, is stored, and is used by the lighting control unit 52 as described later.
  • the semiconductor light emitting elements 54 in the semiconductor light emitting element array 51 may be combined to form a plurality of semiconductor light emitting element groups.
  • Such a group of semiconductor light emitting devices 54 may be, for example, a group of semiconductor light emitting devices 54 grouped according to the same incident angle, the same light emitting wavelength, and / or the same azimuth angle of the illumination light.
  • the stage control unit 43 can always output position information (position trigger information) indicating the current position of the movable stage 4 1.
  • the lighting control unit 52 can output from the stage control unit 43. Acquires the position information of movable stage 4 1 to be output. Since the mounting position of the wafer 1 on the movable stage 4 1 is determined in advance, the lighting control unit 52 determines which part of the wafer 1 is the objective lens 10 based on the acquired positional information of the movable stage 41. It is possible to determine if it is within the field of view.
  • the lighting control unit 52 reads out the element identification information stored in the storage unit 62 by being input to the input unit 63 from the outside in advance.
  • the element identification information relates each inspection portion (inspection point) on the wafer 1 with illumination conditions such as incident angle, light emission wavelength and azimuth angle of illumination light corresponding to each inspection portion, or
  • a semiconductor light emitting element 54 suitable for illuminating each portion to be inspected or a semiconductor light emitting element group is associated, and the lighting control unit 52 is a semiconductor light emitting element array 51 to a semiconductor light emitting element 54 or a semiconductor light emitting element group Information used to select the
  • the device identification information may be The semiconductor light emitting device 54 suitable for illuminating the inspection portion or the semiconductor light emitting device group itself may be directly associated with each other as table information.
  • the lighting control unit 52 reads out from the storage unit 62 the element identification information on the portion to be inspected in the field of view of the objective lens 10. Then, the lighting control unit 52 selects the semiconductor light emitting device 54 or the semiconductor light emitting device group associated with the portion to be inspected.
  • the lighting control unit 52 outputs a signal indicating the selected semiconductor light emitting device 54 or semiconductor light emitting device group to the light emitting device driving unit 82.
  • a light emitting element driving unit 82 is a driving circuit for supplying a driving current necessary to cause each semiconductor light emitting element 54 to emit light to each semiconductor light emitting element 54.
  • Each light emitting element driving section 82 has each element in the semiconductor light emitting element array 51. It is possible to control the lighting of the semiconductor light emitting devices 54 individually or for each semiconductor light emitting device group.
  • the light emitting element driving unit 82 turns on the semiconductor light emitting element 54 or the semiconductor light emitting element loop selected based on the instruction signal input from the lighting control unit 52.
  • each inspection portion on the wafer 1 illumination conditions of this portion; for example, incident angle, azimuth angle of illumination light, and light emission wave suitable for illuminating each inspection portion
  • the lighting control unit 52 reads out from the storage unit 62 the element identification information on the portion to be inspected in the field of view of the objective lens 10. Then, based on the light emitting element attribute information described above, the semiconductor light emitting element 54 which provides the illumination light closest to the incident angle, the azimuth angle of the illumination light, and the light emission wavelength associated with the portion to be inspected Select from element array 51 and turn it on.
  • the element identification information is a table information in which each inspection portion on the wafer 1 is associated with a repetition pitch (wiring pitch width) of a wiring pattern such as a repetition pattern applied to each inspection portion. Yes.
  • the direction of the diffracted light that is diffracted at the repeated pattern part such as the wiring pattern affects the repetition pitch of the repeated pattern (wiring pitch width of the wiring pattern), the incident angle of the incident light, and the wavelength of the incident light. This relationship is shown in Fig.5.
  • FIG. 5 is a view showing the reflection direction of the diffracted light that is repeated pattern 2 diffraction.
  • the lighting control unit 52 reads out from the storage unit 62 the repetition pitch width associated with the portion to be inspected of the element specifying information related to the portion to be inspected within the field of view of the objective lens 10. Then, based on the known relative positional relationship between the objective lens 10 and the edge portion 2 and the read repetition pitch width, according to the above equation, a light emission wavelength and an incident angle suitable for irradiating this pattern Calculate Then, based on the light emitting element identification information, the semiconductor light emitting element 54 or the semiconductor light emitting element group closest to such an emission wavelength and incident angle is selected from the semiconductor light emitting element array 51 and lit.
  • the element identification information may be pull information that associates each inspection portion on the wafer 1 with the in-wafer 1 plane direction of the wiring pattern applied to each inspection portion.
  • the detection sensitivity of defects present in the wiring pattern area depends on the angle between the in-wafer 1 direction (azimuth angle) of the wiring pattern and the azimuth angle of the illumination direction of the illumination light. This situation will be explained using FIG. 6A is a top view of the wafer 1 having a line pattern which is a wiring pattern, FIG. 6B is a captured image in the case where the wafer 1 is subjected to bright field illumination, and FIG. Fig. 6D is a captured image when illuminated with oblique light from the A direction, and Fig. 6E is an imaged image with illuminated from oblique light from the B direction. It is a captured image of the case.
  • the defect existing between the line pattern area 7 in the B direction and the line pattern area 8 in the A direction is reflected by the edge of the line pattern. Due to the scattered light, the detection sensitivity in the captured image becomes low.
  • the detection sensitivity in the captured image becomes low.
  • the scattered light from the edge of the line pattern in the A direction of the area 8 is suppressed and the detection sensitivity of the defects between the lines in the area 8 becomes high.
  • the scattered light from the edge of the line pattern in the B direction of the area 7 is suppressed, and the detection sensitivity of the defects between the lines in the area 7 becomes high.
  • the lighting control unit 5 2 reads out from the storage unit 62 the azimuth angle associated with the inspected portion of the element specifying information related to the inspected portion in the field of view of the objective lens 1 0. Find the azimuth angle of the illumination direction (eg, the associated direction and the parallel direction) that is suitable for illuminating the Then, the semiconductor light emitting element 54 or the semiconductor light emitting element group is selected from the semiconductor light emitting element array 51 and illuminated using the illumination condition determined in advance based on the light emitting element specification information. The lighting control by the lighting control unit 52 is to switch a lighting pattern determined in advance based on position trigger information obtained from the movable stage 41.
  • the element identification information is table information in which each inspection portion on the wafer 1 is associated with a material forming a pattern applied to each inspection portion. May be 5 010625.
  • the lighting control unit 52 reads out from the storage unit 62 the element identification information on the portion to be inspected in the field of view of the objective lens 10, and illuminates the material associated with the portion to be inspected. Find a suitable emission wavelength. Then, based on the light emitting element identification information, the semiconductor light emitting element 54 closest to the light emission wavelength is selected from the semiconductor light emitting element array 51 and lit.
  • the lighting control by the lighting control unit 52 is to switch a lighting pattern predetermined based on position trigger information obtained from the movable stage 41.
  • the element identification information is information on the density of formation density of each test portion on the wafer 1 and the pattern applied to each test portion, and each test portion is in the cell area.
  • Flag information identifying whether it is a specific area or a peripheral circuit area and / or a peripheral area, and / or flag information identifying whether or not to turn on the semiconductor light emitting element array 5 1 in each portion to be inspected It is also possible to include table data that associates
  • the element identification information input to the input unit 63 and stored in the storage unit 62 and used by the lighting control unit 52 in the lighting control unit 52 is the same sample as the product wafer to be inspected. It is possible to observe the wafer in advance and create it based on the observation result.
  • the lighting control unit 52 may individually change the amount of emitted light by changing the current supplied to the semiconductor light emitting element 54 selected as described above.
  • the lighting control unit 52 selects the individual semiconductor light emitting devices 54 as described above, or a group of semiconductor light emitting devices 54 having the same incident angle, and a semiconductor light emitting device 5 4 having the same emission wavelength. Select a group of semiconductor light emitting devices 54 having the same illumination azimuth angle, or changing their current flow to select respective semiconductor It is also possible to change the light emission amount of the light element 54 or the group. As described above, when the lighting control unit 52 changes the light emission amount of the semiconductor light emitting element 54, for example, the illumination light to the object to be inspected can be changed for each incident angle, for each emission wavelength, and illumination azimuth angle.
  • the position of the semiconductor light emitting device 5 1 that can change the amount of emitted light may be variously adopted.
  • the semiconductor light emitting device array 5 1 may be provided in the case 1 1 of the objective lens 10 as shown in FIGS. 4A to 4E, as shown in FIGS. 7A to 7E.
  • the objective lens 10 should be installed outside case 1 1.
  • the layout of the semiconductor light emitting device 54 in the semiconductor light emitting device array 5 1 may adopt various forms.
  • the semiconductor light emitting device 54 may be arranged on a plurality of concentric circles (three rows in the figure) centered on the optical axis of the objective lens 10 as shown in FIGS. 4B and 7B.
  • Fig. 4C and Fig. 7C they should be arranged linearly (3 rows in the figure) on the sides of polygons of multiple sizes with the optical axis of the objective lens 10 at the same center. It is good.
  • FIGS. 4D and 7D they may be arranged in a single row on one circle centered on the optical axis of the objective lens 10, as shown in FIGS. 4E and 7E. Let it be arranged linearly in a single row on the side of one polygon centered on the optical axis of the objective lens 10.
  • the substrate of the semiconductor light emitting device array 51 does not necessarily have to be formed in a circular ring shape, and may be formed in a polygonal ring shape.
  • the semiconductor light emitting element array 51 does not have to be provided on one substrate, and a plurality of substrates provided with the semiconductor light emitting element array may be arranged around the optical axis of the objective lens 10.
  • each incident angle of the illumination light of each semiconductor light emitting element 54 to the wafer 1 A variety of configurations can be utilized to vary with the semiconductor light emitting device 54.
  • Figures 8A to 8C show an example of the configuration.
  • each semiconductor light emitting element 54 is disposed on the substrate 51 of the semiconductor light emitting element array 51 so that the highest intensity direction (main illumination direction) of the illumination light is substantially parallel.
  • the illumination lens 53 is provided so that its optical axis coincides with the optical axis of the objective lens 10, and the incident light is refracted as it is refracted to a position farther from the optical axis. It is shaped to be able to collect light.
  • the semiconductor light emitting element 54 disposed closer to the optical axis of the objective lens 10 is incident on the illumination lens 53 at a position closer to the optical axis (smaller in the radial direction) and is slightly refracted, As a result, the incident angle to the wafer 1 becomes smaller (deep).
  • the semiconductor light emitting element 54 disposed at a position far from the optical axis of the objective lens 10 is incident on the illumination lens 53 at a position distant from the optical axis (larger in the radial direction) and largely refracted. It is refracted to the illumination lens 5 3 so that the angle is large (shallow) (0 1> 0 2).
  • each incident angle of the illumination light of each semiconductor light emitting element 54 on the wafer 1 can be changed by each semiconductor light emitting element 54.
  • each semiconductor light emission is performed by changing the angle between the vertical direction of the substrate surface of the semiconductor light emitting element array 51 to which each semiconductor light emitting element 54 is attached and the inspection surface of the object to be inspected.
  • Each incident angle of the illumination light to the wafer 1 is changed to be different depending on the element 54.
  • each semiconductor light emitting element 54 is attached to the substrate surface such that the optical axis thereof is in the vertical direction of the substrate surface of the semiconductor light emitting element array 51.
  • the angle between the vertical direction and the surface to be inspected that is, the incident angle of the illumination light of the semiconductor light emitting element 54
  • the objective The angle between the vertical direction and the surface to be inspected is increased as the distance to the optical axis of the lens 10 increases ( ⁇ 1 0 0 2).
  • the substrate surface of the semiconductor light-emitting element array 51 to which each semiconductor light-emitting element 54 is attached is the vertical direction and the light of the lens 53 for illumination.
  • the angle between the axis and the axis changes according to the distance between the semiconductor light emitting device 54 and the optical axis of the objective lens 10 (ie, the light emission of each semiconductor light emitting device 54 incident on the illumination lens 5 3)
  • the illumination lens 5 3 and the semiconductor light emitting element array 5 1 are provided such that the incident angle of light changes according to the distance between the semiconductor light emitting element 5 4 and the optical axis of the objective lens 10.
  • FIG. 9 is a top view and an enlarged view of a semiconductor wafer which is an inspection object.
  • Fig. 9 shows a top view in (A) and an enlarged view in (B).
  • FIG. 10 shows a timing chart for explaining the lighting control of each semiconductor light emitting element 5 4 when scanning the field of view of the objective lens 10.
  • a plurality of dies 91 on which a circuit pattern is formed are formed on a semiconductor wafer 1.
  • the die 91 is formed with regions having various types of patterns, and the field of view of the objective lens 10 is now shown in FIG. A case in which the azimuth angle of the illumination light is changed by performing lighting control of each semiconductor light emitting element 54 when scanning in the direction is considered.
  • regions 7 1 to 7 4 having wiring patterns of various directions are formed in the region 92, and the wiring pattern azimuth angle of the region 7 1 is here.
  • the azimuth angle of the area 72 is 0 °
  • the azimuth angle of the area 72 is 45 °
  • the azimuth angle of the area 73 is 90 °
  • the azimuth angle of the area 74 is 135 °.
  • FIG. 11 is a view showing a layout of each semiconductor light emitting element 54 of the semiconductor light emitting element array 51 used in the example of FIG.
  • the semiconductor light emitting device array 51 of FIG. 11 has the same layout as the semiconductor light emitting device array 51 shown in FIG. 4C.
  • the semiconductor light emitting device 54 is divided into group 5 5 (azimuth angle 0 °), dull 5 6 (azimuth angle 45 °), group 5 7 (azimuth angle 90 °) at each azimuth angle illuminating the wafer 1. And 4 groups of 5 8 (azimuth angle 1 3 5 °).
  • lighting controller 52 controls the position of objective lens 10 according to the position information output from stage controller 43. It detects that the field of view has reached position X 1 on wafer 1. Then, the semiconductor light emitting element group 55 suitable for illuminating the area 7 1 is obtained from the element identification information stored in the storage unit 62. Alternatively, the lighting control unit 52 reads the azimuth angle (0 °) of the illumination light suitable for illuminating the area 71 from the element specific information, and gives the semiconductor light emitting element group 55 giving illumination light of this azimuth angle. select .
  • the lighting control unit 52 reads the azimuth angle (0 °) of the wiring pattern of the area 71 from the element identification information, and the azimuth angle of the illumination direction (0 °) suitable for irradiating the wiring pattern in that direction. ) For this azimuth angle Select a semiconductor light emitting element group 55 that provides illumination light.
  • the lighting control unit 52 outputs an instruction signal to light the group 55 to the light emitting element driving unit 82, and the light emitting element driving unit 82 lights the semiconductor light emitting elements 54 belonging to the semiconductor light emitting element group 55. Then, while the field of view of the objective lens 10 is in the area 71, the lighting control unit 52 continues to select the group 55, and the semiconductor light emitting elements 54 belonging thereto continue to be turned on. .
  • the lighting control unit 52 measures the area from the element identification information stored in the storage unit 62. It is detected that the region is a region, and the selection of the semiconductor light emitting device 54 belonging to the semiconductor light emitting device group 55 is stopped and the lighting is stopped.
  • the lighting control unit 52 is a semiconductor light emitting element group 5 6 suitable for illuminating the area 72 based on the element identification information.
  • the lighting control unit 52 reads out the azimuth angle (45 °) of the illumination light suitable for illuminating the area 72 from the element identification information, and gives the semiconductor light emitting element group 56 which gives the illumination light of this azimuth angle. select.
  • the lighting control unit 52 reads out the azimuth angle (45 °) of the wiring pattern of the area 72 from the element identification information, and the azimuth angle of the illumination direction suitable for irradiating the wiring pattern in that direction ( Then, select the semiconductor light emitting element group 56 that provides illumination light at this azimuth angle.
  • the lighting control unit 52 stops the illumination of the semiconductor light emitting element 54 and the field of view of the objective lens 10 enters the region 73.
  • the semiconductor light emitting device 54 belonging to the group 57 is turned on, and when the field of view of the objective lens 10 enters the area 74, the semiconductor light emitting device 54 is turned on to belong to the group 58.
  • the semiconductor light emitting element group to be lit is switched according to the position on the wafer of the objective lens 10 for scanning the semiconductor wafer 1 to change the azimuth angle of the illumination light. It is possible to In the case of changing the incident angle of the illumination light by switching the semiconductor light emitting element 54 to be lit and changing the wavelength of the illumination light, the same method as described above can be used.
  • the lighting control unit 52 is a group of all semiconductor light emitting element groups 5 5 to 5 8
  • the lighting control unit 52 turns on all the semiconductor light emitting element groups 5 5 to 5 8 when the field of view of the objective lens 10 is in the peripheral region. You may do it.
  • the lighting control unit 52 always obtains from the position trigger information stage control unit 43 which indicates the current position of the movable stage 41, and based on the position information, the objective lens field of view is obtained.
  • the device specific information corresponding to the region where the light exists is acquired, and the semiconductor light emitting device group corresponding to this region is continued to be selected.
  • the stage control unit 4 3 force movable stage 4 1
  • the trigger for switching the semiconductor light emitting element group to be lit is generated based on the current position of the light emitting diode and the element specifying information, and the lighting control unit 52 switches the semiconductor light emitting element group to be lit according to the trigger. Good.
  • FIG. 12 is a schematic block diagram of a semiconductor appearance inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the semiconductor appearance inspection apparatus 101 includes a light source 21 for bright field illumination and a light source 21 for bright field illumination.
  • a bright-field illumination means comprising illumination lenses 22 and 23 for focusing the illumination light of, and a beam splitter 24 for reflecting the illumination light.
  • This embodiment is particularly applicable to a semiconductor wafer having a portion having a high pattern density such as a memory cell portion (cell area) and a portion having a low pattern density such as a logic circuit portion or a peripheral circuit portion (peripheral region).
  • the present invention is suitably used when performing an appearance inspection of an object to be inspected such that the difference in brightness between the two parts becomes large when the entire area of the object to be inspected is illuminated with the same light amount.
  • a semiconductor wafer 1 having a cell area and a logic circuit area or peripheral area is used as an object to be inspected will be described.
  • the illumination light by the bright field illumination means is adjusted to a constant light quantity suitable for acquiring an image of a logic circuit area or a ferrule area. Under such light quantity, the image of the cell area is acquired dark and the defect detection sensitivity in the cell area is low.
  • the lighting control unit 52 When the movable stage. 4 1 is moved and the wafer 1 is scanned by the photographing device 31, the lighting control unit 52 has a field of view of the eyepiece lens 10 within the logic circuit area or peri-Ferris area of the sensor 1. At times, the semiconductor light emitting element array 5 1 is turned off, and when the field of view of the objective lens 10 is in the cell area, the semiconductor light emitting element array 5 1 is turned on. That is, when the field of view of the objective lens 10 is in the cell area, the image of the object to be detected, in which the illumination light by the bright field illumination means and the illumination light of the semiconductor light emitting element array 5 1 are simultaneously illuminated, is photographed. Device 3 1 is detected.
  • a single image is a composite of an illuminated logic circuit area image or a bell-ferrior area image and a cell area image illuminated by brightfield illumination and with a defect enhanced by darkfield illumination. It becomes possible to acquire in a single scan by the imaging device 31 and to improve the defect detection sensitivity in the cell area It becomes.
  • the lighting control unit 52 acquires the position information of the movable stage 4 1 constantly output from the stage control unit 43.
  • the element identification information stored in the storage unit 62 includes table information in which each inspection portion on the wafer 1 is associated with information on the density of the formation density of the pattern applied to each inspection portion. It is memorized.
  • the lighting control unit 52 reads out from the storage unit 62 the element identification information on the portion to be inspected in the field of view of the objective lens 10. Then, the semiconductor light emitting element array 5 1 is turned off when the pattern formation density associated with the portion to be inspected is lower than a predetermined threshold density, and the semiconductor light emitting element when the density is lower than the predetermined threshold density. Turn on array 5 1.
  • the element identification information stored in the storage unit 62 identifies each test portion on the wafer 1 and whether each test portion is a cell area, a logic circuit area, or a peripheral area. It may be table information that is associated with the flag information to be In this case, the lighting control unit 52 reads out from the storage unit 62 the element identification information on the portion to be inspected in the field of view of the objective lens 10.
  • the semiconductor light emitting element array 5 1 is turned off when the flag information associated with the portion to be inspected indicates the logic circuit region or the peripheral region, and the semiconductor light emission indicates the cell region. Turn on element array 5 1.
  • the element identification information stored in the storage unit 62 simply determines whether to turn on the semiconductor light emitting element array 5 1 in each inspection portion on the wafer 1 and each inspection portion. It may be table information in which flag information is associated.
  • the lighting control unit 5 2 reads out from the storage unit 62 the element identification information on the portion to be inspected in the field of view of the objective lens 10. Then, the semiconductor light emitting element array 51 is turned on and off according to the above-mentioned element specifying information.
  • the lighting control unit 52 may turn off the light source 2 1 for bright field illumination only while turning on the semiconductor light emitting element array 5 1. That is, the illumination means may be switched so as to perform bright field illumination only in the gate circuit region and the peripheral region and to perform dark field illumination with the semiconductor light emitting device array 51 only in the cell region.
  • the lighting control unit 52 may perform illumination with the semiconductor light emitting element array 51 in addition to the bright field illumination means also in photographing in the logic circuit area or the peripheral area.
  • each test portion in the cell region, logic circuit region or peripheral region, and each test portion are illuminated.
  • table information may be included to be associated.
  • the lighting control unit 52 is used to specify elements as in the first embodiment described above when the semiconductor light emitting element array 51 is used to illuminate each test portion in the cell area, the logic circuit area or the peripheral area.
  • the semiconductor light emitting element 54 may be selected from the semiconductor light emitting element array 51 and lighted based on the information.
  • each inspection portion in the cell area, logic circuit area or peripheral area, and each inspection portion are illuminated. It is possible to include table information correlating the incident angle suitable for the above, the azimuth angle of the illumination light, and the emission wavelength.
  • the lighting control unit 52 has the same structure as the first embodiment described above when the semiconductor light emitting element array 51 illuminates each of the inspection areas in the cell area, the logic circuit area or the bevel area. And an incident angle suitable for illuminating the portion to be inspected based on the element identification information and the light emitting element attribute information.
  • the semiconductor light emitting device 54 having the azimuth angle of the illumination light and the light emission wavelength may be selected from the semiconductor light emitting device array 51 and lighted.
  • the element identification information is applied to each inspection portion in the cell region, the logic circuit region or the peripheral region, and each inspection portion as in the light emitting element identification information in the first embodiment described above.
  • Table information that relates the attribute information of the pattern applied to the portion to be inspected, such as the repetition pitch of the repeated pattern, the wiring pitch of the wiring pattern, the wafer 1 plane direction of the line pattern, or the material of forming the pattern May be included.
  • the lighting control unit 52 illuminates each of the test areas in the cell area, the logic circuit area or the ferrule area with the semiconductor light emitting element array 51, as in the first embodiment described above.
  • the attribute information of the pattern formed in the portion to be inspected is acquired based on the element identification information, the incident angle conforming to this, the azimuth angle of the illumination light and the emission wavelength are determined, and the semiconductor based on the light emitting element attribute information
  • the semiconductor light emitting element 54 may be selected from the light emitting element array 51 and lighted.
  • the lighting control unit 52 individually changes the amount of light emitted by changing the conduction current of the selected semiconductor light emitting device 54. May be Furthermore, the lighting control unit 52 selects the individual semiconductor light emitting devices 54, or a group of semiconductor light emitting devices 54 having the same incident angle, a group of semiconductor light emitting devices 54 having the same emission wavelength, or It is also possible to select a group of semiconductor light emitting devices 54 having the same illumination azimuth and change the amount of light emitted from each semiconductor light emitting device 54 or group by changing the current flow. It is.
  • FIG. 13 shows the bright field when visually inspecting the inside of the area 92 on the semiconductor wafer 1 having the cell area, the logic circuit area and the peripheral area.
  • FIG. 16 is a timing chart illustrating lighting control of the illumination light source 21 and the semiconductor light emitting elements 54.
  • FIG. Here, in the cell regions 71 and 72, wiring patterns having azimuth angles of 0 ° and 45 °, respectively, are formed, and the regions 75 and 76 are logic circuit regions.
  • each semiconductor light emitting element 54 When the field of view of the objective lens 10 scans this wafer 1 in the direction of the arrow in the figure, the lighting control of each semiconductor light emitting element 54 is performed to change the azimuth angle of the illumination light and for brightfield illumination and darkfield illumination.
  • the layout of each semiconductor light emitting element 54 is the same as that in FIG.
  • the lighting control unit 52 When the field of view of the objective lens 10 reaches the position X 1 on the wafer 1, that is, within the peripheral region, the lighting control unit 52 is able to obtain information from the element identification information in the storage unit 6 2. Get the pattern density of the area and select the bright field illumination method as the illumination suitable for illuminating the pattern density. Alternatively, the lighting control unit 52 recognizes from the element specific information that the current position of the field of view of the objective lens 10 is within the peripheral area, and provides bright field illumination means as illumination suitable for illuminating the peripheral area. Choose
  • the lighting control unit 52 outputs an instruction signal for lighting the bright field illumination means to the light emitting element driving unit 82 while all the semiconductor light emitting elements 54 are turned off, and the light emitting element driving unit 82 Turn on only the bright field illumination means.
  • the lighting control unit 52 that detects this detects the pattern of the area 71 from the element identification information in the storage unit 62.
  • the dark field illumination means semiconductor light emitting element 5 4) is selected as the illumination suitable for obtaining the density and illuminating the pattern density.
  • the lighting control unit 52 recognizes from the element identification information that the area 71 is a cell area and illuminates the cell area. Select the ⁇ field illumination method as the appropriate illumination.
  • the semiconductor light emitting element group 5 5 provides illumination light of an azimuth angle suitable for illuminating the area 7 1 from the element identification information in the storage unit 62. Select and turn on, while stopping the lighting of the bright field illumination means.
  • the lighting control unit 52 which has detected this detects the element specific information of the field of view of the objective lens 10. Identify that the current position is in the peripheral area, turn on the bright field illumination means, and turn off group 55. Then, when the field of view of the objective lens 10 reaches the position X 3 on the wafer 1 and enters the area 72, the lighting control unit 52 recognizes that the area 72 is a cell area and performs dark field illumination.
  • the semiconductor light emitting element group 56 is selected which provides illumination light of an azimuth angle suitable for illuminating the area 72, by selecting the means and in the same manner as the method described with reference to FIG. 10 above. Then, when the field of view of the objective lens 10 reaches the position X 4 on the wafer 1 and enters the peripheral area again, the lighting control unit 52 stops the lighting of the group 5 6, and the bright field illumination means Turn on.
  • the lighting control unit 52 that detects this detects element identification information in the storage unit 62. Acquire the pattern density of the area 75 and select the bright field illumination method as the illumination suitable for illuminating the pattern density. Alternatively, the lighting control unit 52 identifies from the element identification information that the area 75 is a logic circuit area, and selects the bright field illumination means as an illumination suitable for illuminating the logic circuit area. Then, the lighting control unit 52 keeps the bright field illumination means on while keeping the dark field illumination means off.
  • the lighting control unit 52 has a field of view of the objective lens 10 as a logic circuit. Even in the region, the dark field illumination means (semiconductor light emitting element 5 4) may be illuminated. In the example of FIG. 13, the lighting control unit 52 lights the semiconductor light emitting element groups 55 and 56 in addition to the bright field illumination means in the logic circuit area 7 6 (x 7 to x 8). . The lighting control unit 52 may turn on the dark field illumination means instead of the bright field illumination means when the field of view of the objective lens 10 is in the peripheral region, as necessary.
  • the present invention is applicable to an appearance inspection apparatus for inspecting semiconductor devices such as semiconductor wafers, photomasks for semiconductor memories, and liquid crystal display panels.

Abstract

被検査物体である半導体装置の光学像に基づきその外観検査を行う半導体外観検査装置において、暗視野照明時の被検査物体からの回折光を被検査物体の全域で良好に取得し、かつ検査装置の欠陥検出感度の低下を被検査物体の全域で低減する照明を実現する。このために、発光波長、被検査物体(1)への入射角度、被検査物体(1)への照射光の方位角が異なる複数の半導体発光素子(54)からなる半導体発光素子アレイ(51)により暗視野照明を行い、被検査物体(1)上の被検査部分に適した発光波長、入射角度、照明光の方位角の半導体発光素子(54)を半導体発光素子アレイ(41)から選んで点灯制御する点灯制御部(52)を備える。

Description

半導体外観検査装置及び照明方法
技術分野
本発明は、 半導体ウェハ、 フォ トマスク、 液晶表示パネルなどの 半導体装置の光学像に基づき、 これら半導体装置の外観検査を行う 半導体外観検査装置に関する明。 田
背景技術 書
半導体ウェハ、 フォ トマスク、 液晶表示パネルなどの半導体装置 の製造は多数の工数から成り立つており、 最終及び途中の工程での 欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィー ドパックすることが歩 留ま り向上の上からも重要である。 このよ うな欠陥を検出するため に、 半導体ウェハ、 フォ トマスク、 液晶表示パネルなどの被検査物 体の表面に製造過程で形成された回路パターンの光学像を生成して 、 その光学像を検査して被検査物体上のパターン欠陥を検出する外 観検査装置が広く使用されている。
以下の説明では半導体ウェハ上に形成されたパターンの欠陥を検 査する半導体ウェハ用外観検査装置を例と して説明する。 しかし、 本発明はこ'れに限定されるものではなく、 半導体メモリ用フォ トマ スクや、 液晶表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置 にも広く適用可能である。
上述の外観検査装置においては、 一般に、 被検査物体である半導 体ウェハ表面に形成された回路パターンの光学像を生成するために 光学顕微鏡が使用されている。 光学顕微鏡はその検鏡法の種類によ り明視野顕微鏡及び暗視野顕微鏡に区別されるが、 半導体外観検査 装置ではその両方が使用されている。 · 図 1 Aは、 明視野顕微鏡を使用する光学像生成部分の基本構成図 である。 光学像生成部分は、 半導体ウェハ 1 を保持するステージ 4 1 と、 光源 2 1 と、 光源 2 1からの照明光を集束する照明用レンズ 2 2、 2 3 と、 照明光を反射するビームスプリ ッタ 2 4 と、 照明光 を半導体ウェハ 1 の表面に照射すると共に、 半導体ウェハ 1 の表面 の光学像を投影する対物レンズ 1 0 と、 投影された半導体ウェハ 1 表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置 3 1 とを有す る。 一般に明視野顕微鏡に使用される照明装置 （明視野照明装置） では、 半導体ウェハ 1 の表面に照射される照明光の方向は対物レン ズ 1 0 の光軸とほぼ平行であり、 対物レンズ 1 0は半導体ウェハ 1 の表面で正反射した光を取得する。
撮像装置 3 1 としては、 2次元 C C D素子を使用した T Vカメラ などを使用することも可能であるが、 高精細の画像信号を得るため には 1次元 C C D等のラインセンサを使用して、 ステージ 4 1 を半 導体ウェハ 1に対して相対移動させ （走査して） 、 ステージ 4 1 を 駆動するパルス発生器 4 2 による駆動パルス信号に同期して、 画像 処理部 3 3がラインセンサ 3 1の信号を取り込んで画像を取得する ことが多い。
図 1 Bは、 暗視野顕微鏡を使用する光学像生成部分の基本構成図 である。 図 1 Aと同様の構成要素については同じ参照記号を使用す ること とし説明を省略する。 暗視野顕微鏡では、 対物レンズ 1 0は 半導体ウェハ 1の表面で散乱又は回折した照明光の散乱光または回 折光を取得する。 そして、 照明光は対物レンズの周辺からその光軸 に対して傾けて照射され、 照明光の正反射光が対物レンズ 1 0に入 射することを防止している。
そのため、 図 1 Bの喑視野顕微鏡に使用される照明装置 （喑視野 照明装置） は、 光源 2 1による照明光の周辺を残してマスクする リ ングスリ ッ ト 2 6 と、 リ ングスリ ッ ト 2 6を通過する光線を被検査 物体方向に反射しつつ対物レンズ 1 0による投影光を通過させる穴 あきミラー 2 7 と、 対物レンズ 1 0の周辺に配置され照明光を集束 して対物レンズ 1 0の周辺からその光軸に対して傾けて照射するリ ング状コンデンサ 2 8 とを有する。
上述の通り、 明視野顕微鏡が被検査物体に照射された照明光の正 反射光による像を得るのに対し、 暗視野顕微鏡では被検査物体に照 射された照明光の散乱光または回折光による像を得る。 したがって 、 暗視野顕微鏡は被検査物体の表面の欠陥で乱反射した光を明るく することができるため、 比較的簡単な構成で高感度の欠陥検出を行 うことが可能であるという利点を有する。
なお、 光学顕微鏡に使用される従来の照明装置については、 日本 国公開特許公報の特開平 7— 2 1 8 9 9 1号公報、 特開平 8— 3 6 1 3 3号公報、 特開平 8— 1 0 1 1 2 8号公報、 特開平 8— 1 6 6 5 1 4号公報、 特開平 8— 2 1 1 3 2 7号公報、 特開平 8— 2 1 1 3 2 8号公報、 特開平 1 0— 9 0 1 9 2号公報、 及び特開 2 0 0 2 一 1 7 4 5 1 4号公報、 並びに特許第 3 2 4 9 5 0 9号公報、 及び 米国特許第 6 2 8 8 7 8 0号明細書に開示されている。 発明の開示
被検査物体の半導体ウェハ 1上には、 外観検査の対象となるパタ ーンが様々な形状に形成される。 図 2は、 ウェハ 1上に形成される 様々なパターンの模式図を示す。 例えば領域 3は、 図の縦方向に比 較的広い配線ピツチで設けられる平行線の配線パターンを有するセ ル領域であるのに対し、 領域 4は、 図の縦方向に比較的狭い配線ピ ツチで設けられる平行線の配線パターンを有するセル領域である。 また、 領域 5は、 図の斜め 4 5 ° 方向の配線パターンを有するセル 領域であり、 領域 6は、 これらセル領域に比べてパターン密度の低 いロジック回路領域である。 またウェハ 1上には、 それら回路をつ なぐ周辺回路パターン （ペリ フ ラル） 領域が形成される。
しかし、 従来の外観検査装置における暗視野照明装置の照明光の 方位角は、 対物レンズ 1 0の全方位または一つの方位角に固定され ており、 またその波長や入射角度も固定されていた。 そのため、 対 物レンズ 1 0の視野が上記領域 3〜 6 のどの領域にあっても常に一 定の方位角、 波長及び入射角度で照明されており以下の問題点があ つ 7こ。
第 1 に、 被検査物体の光学像を高いスループッ トで取得するため には、 撮像装置 3 1 に入射させる光量を大きくする必要がある。 し かし、 暗視野顕微鏡では照明光の正反射光を取得しないため対物レ ンズ 1 0に入射する光量が明視野顕微鏡におけるそれと比べて少な いため、 被検査物体で回折した回折光をいかに効率よく取得するこ とが重要である。
ここで、 物体の光学反射率はその物体の材質に依存する。 例えば 、 半導体回路の配線部分に使用される銅は、 可視光域では反射率が 高い性質を示すが、 3 5 0 n m付近の波長域で反射率が低下すると いう性質を有する。
したがって、 上記の固定された波長を有する照明光では、 パター ンの粗密によって材質の占める面積比が変わり反射率が変化するた め、 場所によって取得する光量が低くなる。 また、 被検査物体のェ 程によつて異なる材質で構成されたパターンがあることによ り反射 率が変化するため、 工程によって取得する光量が低くなる。
また、 半導体ウェハ上に形成される配線部分などに多く現れる幾 本もの平行線で構成される繰り返しパターン部分では、 回折光と正 反射光との角度差が、 繰り返しパターンの繰り返しピッチと照明光 の波長とに依存する。 したがって、 被検査物体、 例えば半導体デパ ィスウェハパターンのように、 例えば平行線パターンの配線ピッチ がチップ内の位置によって異なるような場合 （すなわち、 図 2に示 す領域 3 と領域 4のよ うな場合） 、 上記の固定された入射角度及び 波長を有する照明光で照明すると、 ある配線ピッチの平行線パター ン部分については、 主要な回折光を対物レンズに入射させることが できたと しても、 他の配線ピッチの平行線パターン部分については 回折光が対物レンズに入射しきらず、 回折光を効率よく取得できな いといった問題が生じていた。
第 2に、 半導体ウェハ上に形成された線パターン部分に、 その線 方向の横方向に相当する方位角から照明光を照射するとそのエッジ 部分で反射する散乱光が大きくなり、 線間に存在する欠陥 （短絡） 部分や異物部分の散乱光の相対信号強度が低くなり検出感度が低下 する。 したがって、 異なる複数の方向に延びる線パターンが形成さ れている被検査物体表面に、 上記の固定された照明方向を有する照 明光で照明を行う と、 検出感度が低下するパターン方向が生じると いう問題が生じていた。
第 3に、 被検査物体である半導体ウェハの表面上に、 メモリセル 部のよ うなパターン密度が高い部分と、 その周辺回路部やロジック 回路部のようなパターン密度が低い部分がある場合に、 両者を同じ 光量で照明すると取得画像の輝度差が大きくなり、 これが検出器の 受光可能ダイナミ ック レンジ域を超えた場合に、 いずれかの部分で 検出感度が低くなる部分が生じるという問題があった。
上記問題点を鑑みて、 本発明は、 被検査物体である半導体装置の 光学像に基づきその外観検査を行う半導体外観検査装置において、 暗視野照明時の被.検査物体からの検査に有効な回折光を被検査物体 の全域で良好に取得し、 かつ前記検査装置の欠陥検出感度の低下を 被検査物体の全域で軽減する照明を実現することを目的とする。
上記目的を達成するために、 本発明では、 発光波長、 被検査物体 への入射角度、 又は被検査物体への照射光の方位角が異なる複数の 半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイによ り暗視野照明を 行い、 被検査物体上の各被検査部分に適した発光波長、 入射角度、 又は方位角の半導体発光素子を半導体発光素子ァレイから選んで点 灯制御すること と した。
すなわち、 本発明の第 1形態に係る半導体外観検査装置は、 被検 查物体である半導体装置の光学像に基づき、 被検査物体の外観検査 を行う半導体外観検査装置であって、 対物レンズの光軸に対して被 検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子からなる半導体発 光素子アレイ と、 半導体発光素子アレイ に含まれる前記半導体発光 素子を選択的に点灯制御する点灯制御部とを有する。
さらに、 本発明の第 2形態に係る照明方法は、 被検査物体である 半導体装置の光学像に基づき被検査物体の外観検査を行う半導体外 観検査装置における被検査物体の照明方法であって、 対物レンズの 光軸に対して被検査物体を斜めに照明する複数の半導体発光素子か らなる半導体発光素子ァレイに含まれる半導体発光素子を選択的に 点灯制御する。
点灯制御部は、 前記の選択的に点灯制御された各半導体発光素子 の発光光量を、 さ らに個別に変更すること と してもよい。 また本発 明の第 1形態に係る半導体外観検査装置及び第 2形態に係る照明方 法は、 半導体発光素子を選択せずに半導体発光素子アレイ全体の半 導体発光素子を同時に点灯及び消灯すること と してもよい。
また、 半導体発光素子アレイは、 被検査物体への入射角度、 発光 波長及び Z又は照明光の方位角 （すなわち、 対物レンズの前記光軸 の垂直面内における照射方向） が異なる複数の半導体発光素子を含 むこと と してよい。
このとき、 点灯制御部は半導体発光素子を選択的に点灯して、 被 検査物体への照明光の入射角度、 前記被検査物体への照明光の波長 及び/又は前記被検査物体への照明光の方位角を変更すること と し てよい。
点灯制御部は、 半導体発光素子ァレイから 1以上の半導体発光素 子を選択して、 選択された半導体発光素子の発光光量を変更するこ と と してもよい。 これによ り点灯制御部は、 選択された半導体発光 素子の発光光量を変更して、 被検査物体への照明光の入射角度毎、 照明光の波長毎、 又は前記被検査物体への照明光の方位角毎の光量 を変更することしてもよい。
点灯制御部は、 被検査物体のうち対物レンズの視野にある部分に 対応して発光させるべき半導体発光素子を選択すること と Lてよい 。 このために半導体外観検査装置は、 被検査物体の各部分に対応し て予め定められた、 点灯すべき各半導体発光素子を特定する又は被 検査物体の各部分に対応して特定される照明条件に適合する半導体 発光素子を特定する素子特定情報を記憶する記憶手段を備え、 点灯 制御部は、 この素子特定情報によ り対物レンズの視野にある部分に 対応して特定される各半導体発光素子を選択し、 この部分に対応し て特定される照明条件に応じた半導体発光素子を切り替え制御する こと としてよい。
素子特定情報には、 被検查物体の各部分に施された繰り返しパタ ーンの繰り返しピッチ幅、 配線パターンの配線ピツチ幅、 線パタ一 ンの方向、 及び/又はパターンの形成材質に基づきパターン領域を 区分する情報を含むこと と してよい。
また、 半導体外観検査装置は、 被検査物体を支持して被検査物体 上の各部分を対物レンズの視野に位置付けるこ とが可能な可動ステ ージを備えること と してよい。 このとき、 点灯制御部は、 可動ステ ージの位置情報 （位置ト リガ情報） に基づき被検査物体のうち対物 レンズの視野にある部分を特定すること と してよい。 点灯制御部は
、 検査開始前に被検査物体の検査開始位置の部分に施されたパター ンのレイァゥ トに即した最適な照明条件となるよ うに、 各半導体発 光素子を点灯しておき、 その後の検査における可動ステージの移動 に伴いその位置情報に基づいて、 繰り返しパターンの操り返しピッ チ幅、 配線パターンの配線ピッチ幅、 線パターンの方向、 及び/又 はパターンの形成材質に基づくパターン領域を区分する情報を取得 し、 これに基づいて検査中に照明条件が最適となるよ うに動的に切 り替えること としてよい。
さ らに、 半導体外観検査装置は、 対物レンズの光軸と平行に被検 査物体を照明する明視野照明手段を備えること と してよい。 点灯制 御部は、 被検査物体のうち対物レンズの視野にある部分に対応して 、 半導体発光素子ァレイを点灯制御すること と してよい。
本発明によ り、 照明光の被検査物体への入射角度、 発光波長及び
Z又は照明光の方位角の切り替え及び光量の調整を検査中に行う こ とが可能となり、 よつて被検査物体の各部分に形成されたパターン に応じた最適な照明光で照明することが可能となる。 これによ り、 喑視野照明時の被検査物体からの回折光を被検査物体の全域で良好 に取得し、 前記検査装置の欠陥検出感度の低下を被検査物体の全域 で低減することが可能となる。
照明手段と して半導体発光素子を用いることによ り上記照明光の 入射角度、 発光波長及び Z又は照明光の方位角の切り替え及び光量 の調整を、 機械的でなく電気的に信号を切り替えることでほぼ瞬時 に実行することが可能となる。 また半導体発光素子は光量制御が容 易であるため、 被検査物体の各部分に形成されたパターンやそのパ ターン密度に応じて光量調整を行う ことが可能となる。 また、 一般 的な A r + レーザなどの外部設置レーザと比べても照明装置自身の コス トを低減し、 素子自体の寿命が長いことによるメ ンテナンスコ ス トの低減が可能となる。
また、 複数の単波長の照明光を備え、 これらを同時に照明するこ とによ り、 構成物質によって異なる高い波長反射率を有する欠陥を 複数同時に 1回の検査で検出することが可能となる。 さ らに、 明視 野照明手段を備えることによ り、 明視野照明で被検査物体上の形成 パターン観察に好適な明度で照明しつつ、 その欠陥部分のみを暗視 野照明である半導体発光素子ァレイ からの照明光で強調することが 可能となり欠陥検出感度の向上に資する。
また、 対物レンズの視野がパターン密度の低い部分内にあるとき には半導体発光素子アレイを消灯させて明視野照明手段のみで照明 し、 視野がパターン密度の高い部分内にあって明視野照明では反射 光輝度が不足するときには半導体発光素子ァレイを点灯させて明視 野照明手段と同時に照明することによ り、 パターン密度に粗密があ る場合でも、 被検査物体の全域で高い検出感度を実現することが可 能となる。 図面の簡単な説明
図 1 Aは、 明視野顕微鏡を使用する外観検査装置の光学像生成部 分の基本構成図である。
図 1 Bは、 暗視野顕微鏡を使用する外観検査装置の光学像生成部 分の基本構成図である。
図 2は、 ウェハ上に形成される様々なパターンの模式図である。 図 3は、 本発明の第 1実施例に係る半導体外観検査装置の概略構 成図である。
図 4 Aは、 ケース内に設けられる半導体発光素子ァレイ の側断面 図である。
図 4 Bは、 ケース内に設けられる半導体発光素子アレイ の第 1例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 4 Cは、 ケース内に設けられる半導体発光素子ァレイ の第 2例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 4 Dは、 ケース内に設けられる半導体発光素子アレイの第 3例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 4 Eは、 ケース内に設けられる半導体発光素子ァレイ の第 4例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 5は、 繰り返しパターンで回折する回折光の反射方向を示す図 である。
図 6 Aは、 配線パターン領域内の欠陥の検出感度と配線パターン 及び照明光の方位角との関係を示す図である。
図 6 Bは、 図 6 Aに示すウェハを明視野照明した場合の撮像画像 である。
図 6 Cは、 図 6 Aに示す A及び B方向からの斜光照明で照明した 場合の撮像画像である。
図 6 Dは、 図 6 Aに示す A方向からの斜光照明で照明した場合の 撮像画像である。
図 6 Eは、 図 6 Aに示す B方向から斜光照明で照明した場合の撮 像画像である。
図 7 Aは、 ケース外に設けられる半導体発光素子アレイ の側断面 図である。
図 7 Bは、 ケース外に設けられる半導体発光素子ァレイの第 1例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。 図 7 Cは、 ケース外に設けられる半導体発光素子ァレイ の第 2例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 7 Dは、 ケース外に設けられる半導体発光素子ァレイ の第 3例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 7 Eは、 ケース外に設けられる半導体発光素子ァレイ の第 4例 の半導体発光素子のレイァゥ ト説明図である。
図 8 Aは、 半導体発光素子の照明光の被検査物体への入射角度を 変更する第 1構成例の説明図である。
図 8 Bは、 半導体発光素子の照明光の被検査物体への入射角度を 変更する第 2構成例の説明図である。
図 8 Cは、 半導体発光素子の照明光の被検査物体への入射角度を 変更する第 3構成例の説明図である。
図 9は、 被検査物体である半導体ウェハの上面図及びその拡大図 である。
図 1 0は、 各半導体発光素子の点灯制御を説明するタイ ミ ングチ ヤートである。
図 1 1は、 図 1 0に示す走査に使用する半導体発光素子ァレイ の レイァゥ ト図である。
図 1 2は、 本発明の第 2実施例に係る半導体外観検査装置の概略 構成図である。
図 1 3は、 明視野照明手段及び各半導体発光素子の点灯制御を説 明するタイ ミ ングチャー トである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。 図 3 は、 本発明の第 1実施例に係る半導体外観検査装置の概略構成図で ある。 以下の説明では半導体ウェハ上に形成されたパターンの欠陥 を検査する半導体ウェハ用外観検査装置を例として説明するが、 本 発明はこれに限定されるものではなく、 半導体メ モリ用フォ トマス クゃ、 液晶表示パネルな どの半導体装置を検査する外観検査装置に も広く適用可能である。
半導体外観検査装置 1 0 0は、 半導体ウェハ 1 を保持する可動ス テージ 4 1 と、 光源である半導体発光素子を複数含む半導体発光素 子アレイ 5 1 と、 半導体発光素子アレイ 5 1 に含まれる各半導体発 光素子を選択的に点灯及び消灯させる点灯制御を行う点灯制御部 5 2 と、 点灯制御部 5 2が出力する制御信号に基づき各半導体発光素 子を点灯及び消灯する発光素子駆動部 8 1 と、 半導体発光素子ァレ ィ 5 1からの照明光を集束してウェハ 1の表面に照射するリ ング状 照明用レンズ 5 3 と、 ウェハ 1の表面に照射された照明光の回折光 を取得して光学像を投影する対物レンズ 1 0 と、 対物レンズ 1 0を 収納する円柱状のケース 1 1 と、 投影されたウェハ 1の表面の光学 像を電気的な画像信号に変換する撮像装置 3 1 とを有する。 半導体 発光素子には、 発光ダイオー ド （L E D ) チップや、 レーザダイォ 一ドチップを使用することと してよく、 またはモールドが施された L E D , レーザダイオー ドを使用してよい。
図示するように半導体発光素子アレイ 5 1及び照明用レンズ 5 3 は、 ケース 1 1内の対物レンズ 1 0の光軸の周辺に配置されており 、 半導体発光素子による照明光は、 対物レンズ 1 0 の周辺からその 光軸に対して傾斜してウェハ 1 に向けて照射する暗視野照明光とな る。 なお、 以下の説明のため、 被検査物体の検査面 （ウェハ 1表面 ) である対物レンズ 1 0 の光軸と垂直な面を x y平面と し、 対物レ ンズ 1 0 の光軸方向を z方向と定めておく。
半導体外観検査装置 1 0 0は、 可動ステージ 4 1 を駆動してゥェ ハ 1 の表面上の各部分を前記対物レンズ 1 0の視野に位置付けるた めの位置決め制御を行うステージ制御部 4 3を備える。
撮像装置 3 1 と しては、 2次元 C C D素子を使用した T Vカメ ラ などを使用することと してもよいが、 本実施例では 1次元 C C D等 のライ ンセンサを使用する。 ステージ制御部 4 3 は駆動パルス信号 を可動ステージ 4 1 に出力し、 可動ステージ 4 1 をウェハ 1 に対し て相対移動する （走査する） 。 このとき、 ラインセンサ 3 1 はステ ージ制御部 4 3が出力する駆動パルス信号に同期してアナ口グ画像 信号を出力し、 これをアナログディジタル変換器 3 2を介してディ ジタル信号に変換し、 画像処理部 3 3はディジタル変換された信号 を基に 2次元画像データを構成する。
半導体外観検査装置 1 0 0の全体の制御はコンピュータなどによ り実現可能な計算機 6 1によ り行われる。 半導体外観検査装置 1 0 0は、 計算機 6 1の制御に必要なプログラムやデータ、 後述する素 子特定情報を保存するための記憶部 6 2 と、 プログラム及びこれら データを入力するための入力部 6 3 とを備える。 画像処理部 3 3が 構成した 2次元画像データは、 計算機 6 1 に供されて各種の外観検 査に使用される。
図 4 Aは、 ケース 1 1内の X Z面断面図であり、 図 4 Bは、 X Y 平面における半導体発光素子アレイ 5 1内の半導体発光素子のレイ アウ トの第 1例の説明図である。 図 4 Bに示すよ うに、 半導体発光 素子 5 4は対物レンズ 1 0の光軸を中心とする複数列 （図では 3列 ) の同心円上に配置されている。 各半導体発光素子 5 4による各照 明光は、 集光レンズである照明用レンズ 5 3によ りそれぞれ集光さ れてウェハ 1上の対物レンズ 1 0の視野部分に照射される。
各半導体発光素子 5 4は、 その照明光が照明用レンズ 5 3を通過 した後のウェハ 1への各入射角度 （すなわち照明光の入射方向とゥ ェハ 1の表面の鉛直方向とのなす角度） が、 前記同心円における各 半導体発光素子 5 4の径方向位置によって異なるよ うに配置される 。 たとえば、 本実施例では図 4 Aに示すよ うに、 対物レンズ 1 0の 光軸との距離が小さいほど入射角度が小さく （深く） 、 対物レンズ 1 0の光軸との距離が大きいほど入射角度が大きく （浅く） なるよ うに配置されている。
また、 XY平面 （ウェハ面） 内における、 各半導体発光素子 5 4 による各照明光のウェハ 1への各照明光の方位角 （すなわち各照明 光の XY平面内照明方向） は、 前記同心円における各半導体発光素 子 5 4の周方向位置によって異なる。 なお、 半導体ウェハ 1上に形 成される配線パターンの方向は、 0 ° 、 4 5 ° 、 9 0 ° 、 1 3 5 ° のいずれかの方向に形成されるのが通常であるので、 各半導体発光 素子 5 4の照明光の方位角は、 少なく とも 0 ° 、 4 5 ° 、 9 0 ° 、 1 3 5 ° の方位角に （すなわち 4 5 ° の角度間隔を持って） 設けら れ、 0 ° 、 4 5 ° 、 9 0 ° 、 1 3 5 ° のいずれかの方向に形成され た配線パターンに対しても、 その配線パターンが延びる方向に平行 に照明することができることが好ましい。 それ以外の角度の配線も まれに存在するが、 その場合は複数の角度条件の半導体素子や同じ 角度条件でグループ化された複数の半導体素子グループを、 組み合 わせて照明することが好ましい。
さらに、 半導体発光素子アレイ 5 1 に配置される半導体発光素子 5 4には、 発光波長領域が異なる複数種類の短波長半導体発光素子 が使用される。 いいかえれば、 半導体発光素子アレイ 5 1に配置さ れる半導体発光素子 5 4は、 発光波長領域が異なる複数のグループ を構成する。
なお、 各半導体発光素子 5 4の発光波長を全て異なる波長と して もよく、 または半導体外観検査装置 1 0 0の照明光の波長を変更す る必要がない場合には、 半導体発光素子ァレイ 5 1内の全ての半導 体発光素子 5 4の発光波長を同じに構成してもよい。
記憶部 6 2には、 半導体発光素子アレイ 5 1 に配置される各半導 体発光素子 5 4 と、 各半導体発光素子 5 4の入射角度、 照明光の方 位角及び発光波長とを関連付けたテーブルデータである発光素子属 性情報が記憶され、 後述において点灯制御部 5 2に利用される。 半導体発光素子アレイ 5 1内の半導体発光素子 5 4は、 これらを まとめて複数の半導体発光素子グループを構成すること と してよい 。 このよ うな半導体発光素子 5 4のグループは、 例えば、 同じ入射 角度、 同じ発光波長、 及び 又は同じ照明光の方位角ごとにまとめ た半導体発光素子 5 4のグループと してよい。
再び図 3を参照する。 ステージ制御部 4 3は、 常時、 可動ステー ジ 4 1 の現在位置を示す位置情報 （位置ト リガ情報） を出力するこ とが可能であり、 点灯制御部 5 2は、 ステージ制御部 4 3から出力 される可動ステージ 4 1 の位置情報を取得する。 可動ステージ 4 1 上のウェハ 1の载置位置は予め定められているので、 点灯制御部 5 2は、 取得した可動ステージ 4 1の位置情報に基づき、 ウェハ 1の いずれの部分が対物レンズ 1 0の視野内にあるかを求めることが可 能となる。
点灯制御部 5 2は、 予め外部から入力部 6 3に入力され記憶部 6 2に記憶された素子特定情報を読み出す。 素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被検査部分 （被検査箇所） と、 各被検査部分に対応する、 入射角度、 発光波長及び照明光の方位角などの照明条件とを関連付 け、 あるいは各被検査部分を照明するのに適した半導体発光素子 5 4又は半導体発光素子グループとを関連づけ、 点灯制御部 5 2が半 導体発光素子アレイ 5 1から半導体発光素子 5 4又は半導体発光素 子グループを選択するために使用する情報である。
例えば、 素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被検査部分と、 各被検 査部分を照明するのに適した半導体発光素子 5 4又は半導体発光素 子グループ自体とをそれぞれ直接関連付けたテーブル情報と してよ い。 この場合、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野内にある 被検査部分に関する素子特定情報を記憶部 6 2から読み出す。 そし て点灯制御部 5 2は、 この被検査部分に関連付けられた半導体発光 素子 5 4又は半導体発光素子グループを選択する。
点灯制御部 5 2は、 選択した半導体発光素子 5 4又は半導体発光 素子グループを指示する信号を発光素子駆動部 8 2に出力する。 発 光素子駆動部 8 2は各半導体発光素子 5 4を発光させるために必要 な駆動電流を各半導体発光素子 5 4に通電するための駆動回路であ り、 半導体発光素子ァレイ 5 1内の各半導体発光素子 5 4を個別に 、 または、 半導体発光素子グループ毎に点灯制御することが可能で ある。 発光素子駆動部 8 2は、 点灯制御部 5 2から入力した指示信 号に基づき選択された半導体発光素子 5 4又は半導体発光素子ダル ープを点灯させる。
素子特定情報の他の例は、 ウェハ 1上の各被検査部分と、 この部 分の照明条件、 例えば各被検査部分を照明するために適した、 入射 角度、 照明光の方位角及び発光波:^とを関連付けたテーブル情報で ある。 この場合、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野内にあ る被検査部分に関する素子特定情報を記憶部 6 2から読み出す。 そ して、 上述の発光素子属性情報に基づき'、 この被検査部分に関連付 けられた入射角度、 照明光の方位角及び発光波長に最も近い照明光 を与える半導体発光素子 5 4を半導体発光素子アレイ 5 1から選択 して点灯させる。
さらに、 素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被検査部分と、 各被検 査部分に施されている繰り返しパターンなどの配線パターンの繰り 返しピッチ （配線ピッチ幅） とを関連付けたテーブル情報としてよ い。 配線パターンのような繰り返しパターン部分で回折する回折光 の方向は、 繰り返しパターンの繰り返しピッチ （配線パターンの配 線ピッチ幅） と入射光の入射角度と、 入射光の波長に影響する。 こ の関係を図 5に示す。
図 5は、 繰り返しパターン 2 回折する回折光の反射方向を示す 図である。 一定のピッチ dで周期構造を持つパターンに光が照射し た場合には、 次式
s i η Θ 0 — s i n 9 n = n / d
によ り定める方向 0 η に光が回折する。 ここに 0 。 は入射光の入 射角を、 0 。 ， は 0次回折光の回折角を示し、 s i n 0。 ≠ s i n Θ 0 ' である。 また nは次数 （n = 0、 ± 1、 ± 2、 ···） を示し、 λは入射光の波長。を示す。
したがって、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野内にある 被検査部分に関する素子特定情報の被検査部分に関連付けられた繰 り返しピッチ幅を記憶部 6 2から読み出す。 そして対物レンズ 1 0 とエッジ部分 2 との間の既知の相対位置関係と、 前記読み出した繰 り返しピッチ幅とに基づき、 上記式よ り このパターンを照射するの に適した発光波長及び入射角度を算出する。 そして、 発光素子特定 情報に基づきこのよ うな発光波長及び入射角度に最も近い半導体発 光素子 5 4又は半導体発光素子グループを半導体発光素子アレイ 5 1から選択して点灯させる。
素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被検査部分と、 各被検査部分に 施されている配線パターンのウェハ 1平面内方向とを関連付けたテ 一プル情報としてよい。 配線パターン領域内に存在する欠陥の検出 感度は配線パターンのウェハ 1平面内方向 （方位角） と照明光の照 明方向の方位角との間の角度に依存する。 この様子を図 6を用いて 説明する。 図 6 Aは配線パターンである線パターンを有するウェハ 1の上面 図であり、 図 6 Bはウェハ 1 を明視野照明した場合の撮像画像であ り、 図 6 Cは、 図 6 Aの A及び B方向からの斜光照明で照明した場 合の撮像画像であり、 図 6 Dは A方向からの斜光照明で照明した場 合の撮像画像であり、 図 6 Eは B方向から斜光照明で照明した場合 の撮像画像である。
図 6 Bの明視野撮像画像及び図 6 Cの暗視野撮像画像では B方向 の線パターン領域 7及び A方向の線パターン領域 8の線間に存在す る欠陥は、 線パターンのェッジで反射する散乱光のため撮像画像で の検出感度が低くなる。 しかし、 図 6 Dに示す A方向から照明した 画像では、 領域 8の A方向の線パターンのェッジからの散乱光が抑 えられて領域 8内の線間の欠陥の検出感度が高くなり、 同様に図 6 Eに示す B方向から照明した画像では、 領域 7の B方向の線パター ンのエッジからの散乱光が抑えられて領域 7内の線間の欠陥の検出 感度が高くなる。
したがって、 点灯制御部 5 2 は、 対物レンズ 1 0 の視野内にある 被検査部分に関する素子特定情報の被検査部分に関連付けられた方 位角を記憶部 6 2から読み出し、 その方位角の配線パターンを照射 するのに適した照明方向の方位角 （例えば関連付けられた方向と平 行な方向） を求める。 そして、 発光素子特定情報に基づき予め決め られた照明条件を使って、 半導体発光素子 5 4または半導体発光素 子グループを半導体発光素子アレイ 5 1から選択して点灯させる。 点灯制御部 5 2による点灯制御は可動ステージ 4 1から得られる位 置ト リガ情報に基づいて予め決められた点灯パターンを切り替える ものである。
素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被検査部分と、 各被検査部分に 施されているパターンを形成する材質とを関連付けたテーブル情報 5 010625 と してよい。 この場合、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野 内にある被検査部分に関する素子特定情報を記憶部 6 2から読み出 し、 この被検査部分に関連付けられた材質を照明するのに適した発 光波長を求める。 そして、 発光素子特定情報に基づきこの発光波長 に最も近い半導体発光素子 5 4を半導体発光素子ァレイ 5 1から選 択して点灯させる。 点灯制御部 5 2による点灯制御は可動ステージ 4 1から得られる位置ト リガ情報に基づいて予め決められた点灯パ ターンを切り替えるものである。
さらにまた、 後述するよ うに素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被 検査部分と、 各被検查部分に施されているパターンの形成密度の粗 密に関する情報、 各被検査部分がセル領域であるか口ジック回路領 域であるかぺリ フェラル領域であるかを識別するフラグ情報、 及び /又は各被検査部分において半導体発光素子ァレイ 5 1 を点灯させ るか否かを識別するフラグ情報とを関連づけるテーブルデータを含 むこと としてもよい。
なお、 予め入力部 6 3に入力されて記憶部 6 2に記憶され、 点灯 制御部 5 2内の点灯制御部 5 2に利用される素子特定情報は、 検査 対象となる製品用ウェハと同じサンプルのウェハを予め観察し、 そ の観察結果に基づいて作成することが可能である。
また、 点灯制御部 5 2は、 前述によ り選択された半導体発光素子 5 4の通電電流を変更することにより、 それぞれその発光光量を個 別に変更すること と してもよい。
さらにまた、 点灯制御部 5 2は、 前述のよ うに個々の半導体発光 素子 5 4を選択して、 または同じ入射角度を有する半導体発光素子 5 4のグループ、 同じ発光波長を有する半導体発光素子 5 4のダル ープ、 又は同じ照明方位角を有する半導体発光素子 5 4のグループ を選択して、 その通電電流を変えることによりそれぞれの半導体発 光素子 5 4やグループの発光光量を変更することも可能である。 こ のよ うに点灯制御部 5 2が半導体発光素子 5 4 の発光光量を変える ことによ り、 例えば、 被検査物体への照明光を、 入射角度毎や、 発 光波長毎や、 照明方位角毎にその発光光量を変更することができる 半導体発光素子ァレイ 5 1 の設置位置は様々な形態を採用してよ い。 例えば、 半導体発光素子ァレイ 5 1 は、 図 4 A〜図 4 Eに示す ように対物レンズ 1 0のケース 1 1 内に設けられることと してよく 、 図 7 A〜図 7 Eに示すよ うに対物レンズ 1 0 のケース 1 1外に設 けられることと してよレ、。
また、 半導体発光素子ァレイ 5 1 における半導体発光素子 5 4の レイアウ トもまた、 様々な形態を採用してよい。 半導体発光素子 5 4は、 図 4 B及び図 7 Bに示すように対物レンズ 1 0 の光軸を中心 とする複数列の同心円上に （図では 3列） 配置されること と してよ く 、 図 4 C及び図 7 Cに示すように対物レンズ 1 0 の光軸を同じ中 心とする複数の大きさの多角形の辺上に （図では 3列） 直線状に配 置されることとしてよい。 また図 4 D及び図 7 Dに示すように対物 レンズ 1 0の光軸を中心とする 1つの円上に単列で配置されること と してよく 、 図 4 E及び図 7 Eに示すように対物レンズ 1 0 の光軸 を中心とする 1つの多角形の辺上に直線状に単列で配置されること と してよ 、。
さらに、 半導体発光素子ァレイ 5 1の基板は必ずしも円形リ ング 状に形成される必要はなく、 多角形リ ング状に形成されてもよい。 また、 半導体発光素子アレイ 5 1は 1 つの基板に設けられる必要は なく、 半導体発光素子アレイを設けた複数の基板を対物レンズ 1 0 の光軸の周辺に配置することと してもよい。
各半導体発光素子 5 4の照明光のウェハ 1への各入射角度を、 各 半導体発光素子 5 4によって変更するために様々な構成を利用する ことが可能である。 図 8 A〜図 8 Cにその構成例を示す。 図 8 Aの 例では、 各半導体発光素子 5 4は、 その照明光の最も強度の高い方 向 （主たる照明方向） がすぺて略平行となるよ うに、 半導体発光素 子アレイ 5 1基板に設けられる。 そして照明用レンズ 5 3はその光 軸が対物レンズ 1 0 の光軸と一致するように設けられており、 その 光軸から遠ざかる位置に入射する入射光ほど大きく屈折することに よ り入射光を集光できるように成形されている。
したがって、 対物レンズ 1 0 の光軸から近い位置に配置された半 導体発光素子 5 4ほど、 照明用レンズ 5 3にその光軸に近い位置 （ 径方向位置小） に入射して小さく屈折され、 その結果ウェハ 1 への 入射角度が小さく （深く） なる。 反対に対物レンズ 1 0 の光軸から 遠い位置に配置された半導体発光素子 5 4は、 照明用レンズ 5 3に その光軸に遠い位置 （径方向位置大） に入射して大きく屈折され、 入射角度が大きく （浅く） なるように照明用レンズ 5 3に屈折され る （ 0 1 〉 0 2 ) 。 これにより、 各半導体発光素子 5 4の照明光の ウェハ 1への各入射角度を、 各半導体発光素子 5 4によって変更す ることが可能となる。
図 8 Bの例では、 各半導体発光素子 5 4が取り付けられる半導体 発光素子ァレイ 5 1の基板面の鉛直方向と被検査物体の被検査面と の間の角度をそれぞれ変更して、 各半導体発光素子 5 4によって、 その照明光のウェハ 1への各入射角度が異なるように変更する。 図示するように各半導体発光素子 5 4は、 その光軸が半導体発光 素子アレイ 5 1の基板面の鉛直方向となるように基板面に取り付け られる。 そして、 基板面は対物レンズ 1 0の光軸との距離が小さい 位置ほどその鉛直方向と被検査面とがなす角度 （すなわち半導体発 光素子 5 4の照明光の入射角度） が小さく設けられており、 対物レ ンズ 1 0 の光軸との距離が大きい位置ほどその鉛直方向と被検査面 とがなす角度が大きく設けられている （ Θ 1 〉 0 2 ) 。
図 8 Cに示す例では、 図 8 Αの例と同様に照明用レンズ 5 3 を用 いることによ り、 半導体発光素子 5 4 と対物レンズ 1 0の光軸との 間の距離に応じて入射角度を変更させると ともに、 図 8 Bの例のよ うに、 各半導体発光素子 5 4が取り付けられる半導体発光素子ァレ ィ 5 1の基板面を、 その鉛直方向と照明用レンズ 5 3の光軸との間 の角度が半導体発光素子 5 4と対物レンズ 1 0の光軸との間の距離 に応じて変わるように （すなわち、 照明用レンズ 5 3 へ入射する各 半導体発光素子 5 4の発光光の入射角度が、 半導体発光素子 5 4 と 対物レンズ 1 0の光軸との間の距離に応じて変わるように） 設ける このよ う に照明用レンズ 5 3 と半導体発光素子ァレイ 5 1 とを構 成することにより、 各半導体発光素子 5 4の配置位置の変動に対す る被検査物体への入射角度の変動を大きくすることが可能となり、 半導体発光素子ァ レイ 5 1及び照明用レンズ 5 3 の寸法を小さくす ることが可能となる。 また半導体発光素子ァレイ 5 1 の取り付け位 置の自由度を高めることが可能となる。
以下、 図 9及び図 1 0を参照して、 半導体外観検査において、 被 検査物体上を対物レンズで走査する際の各半導体発光素子 5 4の点 灯制御を説明する。 図 9は被検査物体である半導体ウェハの上面図 及びその拡大図である。 図 9は （A ) において上面図を示し、 （B ) において拡大図を示す。 また、 図 1 0は、 対物レンズ 1 0 の視野 を走査すると きの、 各半導体発光素子 5 4 の点灯制御を説明するタ ィ ミ ングチヤ一トを示す。
図 9における （A ) に示すように、 半導体ウェハ 1の上には回路 パターンが形成された複数のダイ 9 1が形成されている。 さ らに図 9における （B) に示すよ うにダイ 9 1には、 様々な種類のパター ンを有する領域が形成されており、 いま、 対物レンズ 1 0の視野を 領域 9 2内において図 1 0の矢印の方向に走査する際に、 各半導体 発光素子 5 4の点灯制御を行う ことにより、 照明光の方位角を変更 する場合を考える。 また、 図 1 0の例では、 領域 9 2内に様々な方 位角の配線パターンを有する領域 7 1〜7 4が形成されており、 こ こで領域 7 1の配線パタ一ン方位角は 0 ° であり、 領域 7 2の方位 角は 4 5 ° であり、 領域 7 3の方位角は 9 0 ° であり、 領域 7 4の 方位角は 1 3 5 ° である。
図 1 1 は、 図 1 0の例で使用される半導体発光素子ァレイ 5 1の 各半導体発光素子 5 4のレイアウ トを示す図である。 図 1 1の半導 体発光素子ァレイ 5 1は図 4 Cに示した半導体発光素子ァレイ 5 1 と同様のレイアウ トを備えている。 そして半導体発光素子 5 4は、 ウェハ 1 を照明する方位角毎にグループ 5 5 (方位角 0 ° ) 、 ダル ープ 5 6 (方位角 4 5 ° ) 、 グループ 5 7 (方位角 9 0 ° ) 及びグ ループ 5 8 (方位角 1 3 5 ° ) の 4グループを構成している。
対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上の位置 X 1 に達し領域 7 1内 に入ると、 点灯制御部 5 2は、 ステージ制御部 4 3から出力される 位置情報によ り対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上の位置 X 1 に達 したことを検知する。 そして、 記憶部 6 2内に記憶された素子特定 情報から、 領域 7 1 を照明するのに適した半導体発光素子グループ 5 5を取得する。 または、 点灯制御部 5 2は素子特定情報から領域 7 1 を照明するのに適した照明光の方位角 （ 0 ° ) を読み出し、 こ の方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ 5 5を選択する 。 あるいは、 点灯制御部 5 2は素子特定情報から領域 7 1の配線パ ターンの方位角 （ 0 ° ) を読み出し、 その方向の配線パターンを照 射するのに適した照明方向の方位角 （ 0° ) を求め、 この方位角の 照明光を与える半導体発光素子グループ 5 5を選択する。
点灯制御部 5 2はグループ 5 5を点灯させる指示信号を発光素子 駆動部 8 2に出力し、 発光素子駆動部 8 2は半導体発光素子グルー プ 5 5に属する半導体発光素子 5 4を点灯する。 そして、 対物レン ズ 1 0 の視野が領域 7 1 内にある間、 点灯制御部 5 2は、 グループ 5 5を選択し続け、 これに属する半導体発光素子 5 4が点灯され続 ける。 .
その後、 対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上を移動して、 位置 X 2に至ると、 点灯制御部 5 2は、 記憶部 6 2内に記憶された素子特 定情報からこの領域がペリ フヱラル領域であることを検知し、 半導 体発光素子グループ 5 5に属する半導体発光素子 5 4の選択を停止 し点灯を停止する。
さ らに、 対物レンズ 1 0 の視野が位置 X 3に至り領域 7 2に入る と、 点灯制御部 5 2は、 素子特定情報から領域 7 2を照明するのに 適した半導体発光素子グループ 5 6を取得する。 または、 点灯制御 部 5 2は素子特定情報から領域 7 2を照明するのに適した照明光の 方位角 （ 4 5 ° ) を読み出し、 この方位角の照明光を与える半導体 発光素子グループ 5 6を選択する。 あるいは、 点灯制御部 5 2は素 子特定情報から領域 7 2 の配線パターンの方位角 （ 4 5 ° ) を読み 出し、 その方向の配線パターンを照射するのに適した照明方向の方 位角 （4 5 ° ) を求め、 この方位角の照明光を与える半導体発光素 子グループ 5 6を選択する。
以下同様に、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0 の視野がペリ フ ェラル領域に入ると、 半導体発光素子 5 4 の点灯を停止し、 対物レ ンズ 1 0の視野が領域 7 3に入ると、 グループ 5 7に属する半導体 発光素子 5 4を点灯し、 また、 対物レンズ 1 0 の視野が領域 7 4に 入ると、 グループ 5 8に属するに半導体発光素子 5 4を点灯する。 以上の動作により、 外観検査の検査中に、 半導体ウェハ 1 を走査 する対物レンズ 1 0の視野のウェハ上の位置に応じて、 点灯させる 半導体発光素子グループを切り替えて、 照明光の方位角を変更する ことが可能となる。 また、 点灯する半導体発光素子 5 4を切り替え て照明光の入射角を変更する場合、 及び照明光の波長を変更する場 合も、 上述の方法で同様に行う ことができる。
なお、 図 1 0に示す半導体発光素子グループの点灯切り替えの例 では、 対物レンズ 1 ◦の視野がペリ フエラル領域にあるとき、 点灯 制御部 5 2は、 全ての半導体発光素子グループ 5 5〜 5 8の点灯を 停止し消灯させること と したが、 これと反対に点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野がペリ フエラル領域にあるとき全ての半導体 発光素子グループ 5 5〜 5 8を点灯させることとしてもよい。
また、 上述の構成例では、 点灯制御部 5 2が、 常時、 可動ステー ジ 4 1の現在位置を示す位置ト リガ情報ステージ制御部 4 3から取 得し、 この位置情報に基づいて対物レンズ視野が存在する領域に応 じた素子特定情報を取得して、 この領域に応じた半導体発光素子グ ループを選択し続けることと したが、 これに代えて、 ステージ制御 部 4 3力 可動ステージ 4 1 の現在位置と素子特定情報とに基づい て点灯させる半導体発光素子グループを切り替えるための ト リガを 発生させ、 点灯制御部 5 2 はこの ト リガに従って点灯させる半導体 発光素子グループを切り替えること と してもよい。
図 1 2は、 本発明の第 2実施例に係る半導体外観検査装置の概略 構成図である。 本実施例に係る半導体外観検査装置 1 0 1は、 上述 の第 1実施例に係る半導体外観検査装置の構成に加えて、 明視野照 明用光源 2 1 と、 明視野照明用光源 2 1からの照明光を集束する照 明用レンズ 2 2、 2 3 と、 照明光を反射するビームスプリ ッタ 2 4 と、 からなる明視野照明手段を備える。 本実施例は、 特にメモリ セル部分 （セル領域） のよ うなパターン 密度が高い部分と、 そのロジック回路部分や周辺回路部分 （ペリ フ ェラル領域） のよ うなパターン密度が低い部分がある半導体ウェハ のように、 被検査物体の全域を同じ光量で照明すると両者の部分の 輝度差が大きくなるような被検査物体の外観検査を行う場合に好適 に使用される。 以下、 セル領域及び、 ロジック回路領域又はペリ フ ェラル領域を有する半導体ウェハ 1 を被検査物体とする場合につい て説明する。
明視野照明手段による照明光は、 ロジック回路領域やべリ フェラ ル領域の画像を取得するのに好適な一定の光量に調節される。 この よ うな光量下ではセル領域の画像は暗く取得されセル領域における 欠陥検出感度が低くなる。
可動ステージ.4 1 を移動させて撮影装置 3 1でウェハ 1 を走査す る際、 点灯制御部 5 2は接眼レンズ 1 0の視野がゥェハ 1のロジッ ク回路領域又はぺリ フエラル領域内にあるときには半導体発光素子 アレイ 5 1 を消灯させ、 対物レンズ 1 0の視野がセル領域内にある ときには、 半導体発光素子ァレイ 5 1 を点灯させる。 すなわち対物 レンズ 1 0の視野がセル領域内にある場合には、 明視野照明手段に よる照明光と半導体発光素子アレイ 5 1 の照明光とが同時に照明さ れた被検查物体の画像が撮影装置 3 1 に検出される。
このよ う に、 接眼レンズ 1 0の視野がセル領域、 ペリ フエラル領 域のいずれかにあるかによつて半導体発光素子ァレイ 5 1 を点灯制 御することによ り、 明視野照明によ り照明されたロジック回路領域 画像又はべリ フエラル領域画像と、 明視野照明によ り照明されかつ 暗視野照明によ り欠陥部分が強調されたセル領域画像とが合成され た画像を、 1台の撮影装置 3 1による 1 回の走査で取得することが 可能となり、 セル領域における欠陥検出感度を向上することが可能 となる。
具体的には、 点灯制御部 5 2は、 ステージ制御部 4 3から常時出 力される可動ステージ 4 1 の位置情報を取得する。 記憶部 6 2に記 憶されている素子特定情報には、 ウェハ 1 上の各被検査部分と、 各 被検査部分に施されているパターンの形成密度の粗密に関する情報 とを関連づけたテーブル情報が記憶されている。 点灯制御部 5 2は 、 対物レンズ 1 0 の視野内にある被検査部分に関する素子特定情報 を記憶部 6 2から読み出す。 そして、 この被検査部分に関連付けら れたパターン形成密度が所定の閾値密度よ り も低い場合には半導体 発光素子アレイ 5 1 を消灯させ、 所定の閾値密度よ り も低い場合に は半導体発光素子アレイ 5 1 を点灯させる。
記憶部 6 2に記憶されている素子特定情報は、 ウェハ 1上の各被 検査部分と、 各被検査部分がセル領域であるか、 ロジック回路領域 であるか、 ペリ フエラル領域であるかを識別するフラグ情報とを関 連づけたテーブル情報であるとしてよい。 この場合、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野内にある被検査部分に関する素子特定 情報を記憶部 6 2から読み出す。 そして、 この被検査部分に関連付 けられたフラグ情報がロ ジッ ク回路領域ゃぺリ フ二ラル領域を示す ときには半導体発光素子アレイ 5 1 を消灯させ、 セル領域を示す場 合には半導体発光素子ァ レイ 5 1 を点灯させる。
または、 記憶部 6 2に記憶されている素子特定情報は、 単純に、 ウェハ 1上の各被検査部分と、 各被検査部分において、 半導体発光 素子アレイ 5 1 を点灯させるか否かを識別するフラグ情報とを関連 づけたテーブル情報であると してよい。 この場合、 点灯制御部 5 2 は、 対物レンズ 1 0 の視野内にある被検査部分に関する素子特定情 報を記憶部 6 2から読み出す。 そして、 上述の素子特定情報に従つ て、 半導体発光素子ァレイ 5 1を点灯及び消灯させる。 点灯制御部 5 2は、 半導体発光素子ア レイ 5 1 を点灯させる間だ け明視野照明用光源 2 1 を消灯すること と してよい。 すなわち、 口 ジック回路領域及びべリ フエラル領域のみを明視野照明し、 セル領 域のみを半導体発光素子ァレイ 5 1による暗視野照明するように照 明手段を切り替えること と してもよい。
または、 点灯制御部 5 2は、 ロジック回路領域やペリ フヱラル領 域の撮影においても明視野照明手段に加えて半導体発光素子ア レイ 5 1による照明を行う こと としてもよい。
さらに、 素子特定情報には、 上述の第 1実施例の発光素子特定情 報と同様に、 セル領域、 ロジック回路領域又はペリ フエラル領域内 の各被検査部分と、 これら各被検査部分を照明するために選択して 使用する半導体発光素子 έ 4 とを関連づけるテーブル情報を含むこ ととしてよい。
そして点灯制御部 5 2は、 セル領域、 ロジック回路領域又はペリ フ ェラル領域内の各被検査部分を半導体発光素子ァレイ 5 1で照明 する際に、 上述の第 1実施例と同様に、 素子特定情報に基づき半導 体発光素子 5 4を半導体発光素子ア レイ 5 1から選択して点灯させ ること としてよい。
また、 素子特定情報には、 上述の第 1実施例の発光素子特定情報 と同様に、 セル領域、 ロジック回路領域又はペリ フヱラル領域内の 各被検査部分と、 これら各被検査部分を照明するのに適した入射角 度、 照明光の方位角及び発光波長とを関連づけるテーブル情報を含 むこと としてよい。
このとき点灯制御部 5 2は、 セル領域、 ロジック回路領域又はべ リ フ ラル領域内の各被検査部分を半導体発光素子ア レイ 5 1で照 明する際に、 上述の第 1実施例と同様に、 素子特定情報及び発光素 子属性情報に基づき、 被検査部分を照明するのに適した入射角度、 照明光の方位角及び発光波長を有する半導体発光素子 5 4を半導体 発光素子アレイ 5 1から選択して点灯させるこ と と してよい。
また、 素子特定情報には、 上述の第 1実施例の発光素子特定情報 と同様に、 セル領域、 ロジック回路領域又はペリ フエラル領域内の 各被検査部分と、 これら各被検査部分に施されている繰り返しパタ ーンの繰り返しピッチ、 配線パターンの配線ピッチ、 線パターンの ウェハ 1平面内方向、 又はパターンの形成材質などの、 被検査部分 に施されているパターンの属性情報と、 を関連づけるテーブル情報 を含むこと と してよい。
このとき点灯制御部 5 2は、 セル領域、 ロジック回路領域又はべ リ フエラル領域内の各被検査部分を半導体発光素子アレイ 5 1で照 明する際に、 上述の第 1実施例と同様に、 素子特定情報に基づいて 被検査部分に形成されたパターンの属性情報を取得して、 これに適 合する入射角度、 照明光の方位角及び発光波長を求め、 発光素子属 性情報に基づいて半導体発光素子ァレイ 5 1から半導体発光素子 5 4を選択して点灯させること としてよい。
また、 点灯制御部 5 2は、 前記第 1実施例と同様に、 選択された 半導体発光素子 5 4の通電電流を変更することによ り、 それぞれそ の発光光量を個別に変更することと してもよい。 さらにまた、 点灯 制御部 5 2は、 個々の半導体発光素子 5 4を選択して、 または同じ 入射角度を有する半導体発光素子 5 4のグループ、 同じ発光波長を 有する半導体発光素子 5 4のグループ、 又は同じ照明方位角を有す る半導体発光素子 5 4のグループを選択して、 その通電電流を変え ることによ りそれぞれの半導体発光素子 5 4やグループ毎の発光光 量を変更することも可能である。
図 1 3は、 セル領域、 ロジック回路領域及びペリ フエラル領域を 有する半導体ウェハ 1上、 領域 9 2内を外観検査する際の、 明視野 照明用光源 2 1及び各半導体発光素子 5 4の点灯制御を説明するタ イ ミ ングチャー トである。 ここにセル領域 7 1及び 7 2は、 それぞ れ方位角 0 ° 及び 4 5 ° を有する配線パターンが形成されており、 領域 7 5及び 7 6はロジック回路領域である。
このウェハ 1上を対物レンズ 1 0の視野が図の矢印の方向に走査 するとき、 各半導体発光素子 5 4の点灯制御を行い、 照明光の方位 角を変更及び明視野照明及び暗視野照明の切り替えを行う場合を考 える。 なお、 各半導体発光素子 5 4のレイァゥ トは図 1 1 と同様で あるとする。
対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上の位置 X 1 に至る前、 すなわ ちペリ フエラル領域内にあるとき、 点灯制御部 5 2は、 記憶部 6 2 内の素子特定情報からペリ フ工ラル領域のパターン密度を取得して 、 そのパターン密度を照明するのに適した照明として明視野照明手 段を選択する。 または、 点灯制御部 5 2は、 素子特定情報から対物 レンズ 1 0の視野の現在位置がペリ フヱラル領域内にあることを識 別して、 ペリ フエラル領域を照明するのに適した照明として明視野 照明手段を選択する。
そして、 点灯制御部 5 2は、 全ての半導体発光素子 5 4を消灯さ せたまま、 明視野照明手段を点灯させる指示信号を発光素子駆動部 8 2に出力し、 発光素子駆動部 8 2は明視野照明手段のみを点灯す る。
対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上の位置 X 1 に達し領域 7 1内 に入ると、 これを検知した点灯制御部 5 2は、 記憶部 6 2内の素子 特定情報から領域 7 1のパターン密度を取得して、 そのパターン密 度を照明するのに適した照明と して暗視野照明手段 （半導体発光素 子 5 4 ) を選択する。 または点灯制御部 5 2は、 素子特定情報から 領域 7 1がセル領域であることを識別して、 セル領域を照明するの に適した照明と して喑視野照明手段を選択する。 そして、 上記図 1 0を参照して説明した方法と同様に、 記憶部 6 2内の素子特定情報 から領域 7 1 を照明するのに適した方位角の照明光を与える半導体 発光素子グループ 5 5を選択して点灯し、 その一方で明視野照明手 段の点灯を停止する。
対物レンズ 1 0の視野がゥェハ 1上の位置 X 2に達し再びべリ フ エラル領域内に入ると、 これを検知した点灯制御部 5 2は、 素子特 定情報から対物レンズ 1 0の視野の現在位置がペリ フェラル領域内 にあることを識別して明視野照明手段を点灯させ、 グループ 5 5を 消灯する。 そして、 対物レンズ 1 0 の視野がウェハ 1 上の位置 X 3 に達し領域 7 2内に入ると、 点灯制御部 5 2は、 領域 7 2がセル領 域であることを識別して暗視野照明手段を選択し、 かつ上記図 1 0 を参照して説明した方法と同様に、 領域 7 2を照明するのに適した 方位角の照明光を与える半導体発光素子グループ 5 6を選択する。 そして、 対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上の位置 X 4に達し再び ペリ フエラル領域内に入ると、 点灯制御部 5 2は、 グループ 5 6 の 点灯を停止して、 再び明視野照明手段を点灯させる。
その後、 対物レンズ 1 0の視野がウェハ 1上の位置 X 5に達し口 ジック回路領域 7 5内に入ると、 これを検知した点灯制御部 5 2は 、 記憶部 6 2内の素子特定情報から領域 7 5のパターン密度を取得 して、 そのパターン密度を照明するのに適した照明と して明視野照 明手段を選択する。 または点灯制御部 5 2は、 素子特定情報から領 域 7 5がロジック回路領域であることを識別して、 ロジック回路領 域を照明するのに適した照明として明視野照明手段を選択する。 そ して、 点灯制御部 5 2は、 明視野照明手段を点灯させ続ける一方で 暗視野照明手段を消灯させ続ける。
なお、 点灯制御部 5 2は、 対物レンズ 1 0の視野がロジック回路 領域にあるときでも、 暗視野照明手段 （半導体発光素子 5 4 ) を点 灯させること と してもよい。 図 1 3の例では、 点灯制御部 5 2は、 ロジック回路領域 7 6 ( x 7〜 x 8 ) において、 明視野照明手段に 加えて、 半導体発光素子グループ 5 5及び 5 6を点灯させている。 また点灯制御部 5 2は必要に応じて、 対物レンズ 1 0の視野がペリ フ ラル領域内にあるときに、 明視野照明手段に代えて暗視野照明 手段を点灯させること と してもよい。
本発明は、 半導体ウェハ、 半導体メモリ用フォ トマスクや、 液晶 表示パネルなどの半導体装置を検査する外観検査装置に利用可能で ある。
以上、 本発明の好適な実施態様について詳述したが、 当業者が種 々の修正及び変更をなし得ること、 並びに、 特許請求の範囲は本発 明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての修正及び変 更を包含することは、 本発明の範囲に含まれることは当業者に理解 されるべきものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、 前記被検査 物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、
対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する、 複 数の半導体発光素子からなる半導体発光素子ア レイ と、 前記半導体 発光素子ア レイに含まれる前記半導体発光素子を選択的に点灯制御 する点灯制御部と、 を備えることを特徴とする半導体外観検査装置
2 . 前記点灯制御部は、 前記の選択的に点灯制御された各前記半 導体発光素子の発光光量を個別に変更することを特徴とする請求項 1に記載の半導体外観検査装置。
3 . 前記半導体発光素子アレイは、 前記被検査物体へ異なる複数 の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光素子からな り 、
前記点灯制御部は、 前記半導体発光素子を選択的に点灯して、 前 記被検査物体への照明光の入射角度を変更することを特徴とする請 求項 1又は 2に記載の半導体外観検査装置。
4 . さ らに、 前記半導体発光素子アレイ の発光面と前記被検査物 体との間に、 前記半導体発光素子アレイの照明光を前記対物レンズ の視野内に集光する集光レンズを備え、
前記被検査物体へ異なる入射角度で入射する照明光を与える前記 複数の半導体発光素子は、 前記集光レンズにその径方向位置が異な る位置に照明光を入射することを特徴とする請求項 3に記載の半導 体外観検査装置。
5 . 前記半導体発光素子アレイは、 前記被検査物体へ異なる入射 角度で入射する照明光を与える前記複数の半導体発光素子を、 その 発光方向と前記対物レンズの光軸とのなす角度を変えて設けるこ と を特徴とする請求項 3に記載の半導体外観検査装置。
6 . 前記半導体発光素子アレイは、 発光波長が異なる複数の半導 体発光素子を有し、
前記点灯制御部は、 前記半導体発光素子を選択的に点灯して、 前 記裨検査物体への照明光の波長を変更することを特徴とする請求項 1又は 2に記載の半導体外観検査装置。
7 . 前記半導体発光素子アレイは、 前記被検査物体への照明光の 方位角が異なる複数の半導体発光素子を有し、
前記点灯制御部は、 前記半導体発光素子を選択的に点灯して、 前 記被検査物体への照明光の方位角を変更することを特徴とする請求 項 1又は 2に記載の半導体外観検査装置。
8 . 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、 前記被検査 物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、
対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する、 複 数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイ と、 前記半導体 発光素子アレイから 1以上の前記半導体発光素子を選択して、 選択 された前記半導体発光素子の発光光量を変更する点灯制御部と、 を 備えることを特徴とする半導体外観検査装置。
9 . 前記半導体発光素子アレイは、 前記被検査物体へ異なる複数 の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光素子からな 、
前記点灯制御部は、 前記の選択された半導体発光素子の発光光量 を変更して、 前記被検査物体への照明光の入射角度毎の光量を変更 することを特徴とする請求項 8に記載の半導体外観検査装置。
1 0 . さ らに、 前記半導体発光素子アレイ の発光面と前記被検査 物体との間に、 前記半導体発光素子ァレイ の照明光を前記対物レン ズの視野内に集光する集光レンズを備え、
前記被検查物体へ異なる入射角度で入射する照明光を与える前記 複数の半導体発光素子は、 前記集光レンズにその径方向位置が異な る位置に照明光を入射すること特徴とする請求項 9に記載の半導体 外観検査装置。
1 1 . 前記半導体発光素子アレイは、 前記被検査物体へ異なる入 射角度で入射する照明光を与える前記複数の半導体発光素子を、 そ の発光方向と前記対物レンズの光軸とのなす角度を変えて設けるこ とを特徴とする請求項 9に記載の半導体外観検査装置。
1 2 . 前記半導体発光素子アレイは、 発光波長が異なる複数の半 導体発光素子を有し、
前記点灯制御部は、 前記の選択された半導体発光素子の発光光量 を変更して、 前記被検査物体への照明光の波長毎の光量を変更する ことを特徴とする請求項 8に記載の半導体外観検査装置。
1 3 . 前記半導体発光素子アレイは、 前記被検査物体への照明光 の方位角が異なる複数の半導体発光素子を有し、
前記点灯制御部は、 前記の選択された半導体発光素子の発光光量 を変更して、 前記被検査物体への照明光の方位角毎の光量を変更す ることを特徴とする請求項 8に記載の半導体外観検査装置。
1 4 . 前記点灯制御部は、 前記被検査物体のうち前記対物レンズ の視野にある部分に対応して前記半導体発光素子を選択することを 特徴とする請求項 1 〜 1 3のいずれか一項に記載の半導体外観検査 装置。
1 5 . 前記半導体外観検査装置は、 前記被検査物体の各部分に対 応して予め定められた、 点灯すべき各前記半導体発光素子を特定す る素子特定情報を、 記憶する記憶手段を備え、
前記点灯制御部は、 前記素子特定情報により前記対物レンズの視 野にある部分に対応して特定される照明条件に応じた各前記半導体 発光素子を切り替え制御することを特徴とする請求項 1 4に記載の 半導体外観検査装置。
1 6 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分に施さ れた繰り返しパターンの繰り返しピッチ幅に関する情報を含むこと を特徴とする請求項 1 5に記載の半導体外観検査装置。
1 7 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分に施さ れた配線パターンのピッチ幅に関する情報を含むことを特徴とする 請求項 1 6に記載の半導体外観検査装置。
1 8 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分に施さ れた線パターンの方向に関する情報を含むことを特徴とする請求項 1 5に記載の半導体外観検査装置。
1 9 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分にバタ ーンを形成する材質に関する情報を含むことを特徴とする請求項 1 5に記載の半導体外観検査装置。
2 0 . 前記半導体外観検査装置は、 前記被検査物体を支持して、 前記被検査物体上の各部分を前記対物レンズの視野に位置付けるこ とが可能な可動ステージを備え、
前記点灯制御部は、 前記可動ステージの位置情報に基づき、 前記 被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分を特定すること を特徴とする請求項 1 4〜 1 9のいずれか一項に記載の半導体外観 検査装置。
2 1 . さらに、 前記対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を 照明する明視野照明手段を備えることを特徴とする請求項 1 4又は 2 0に記載の半導体外観検査装置。
2 2 . 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき、 前記被検 査物体の外観検査を行う半導体外観検査装置であって、 対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を照明する明視野照明 手段と、
前記対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する 、 複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイ と、
前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に対応し て、 前記半導体発光素子アレイを点灯制御する点灯制御部と、 を有 する照明手段を備えることを特徴とする半導体外観検査装置。
2 3 . 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき前記被検査 物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における、 前記被検査物 体の照明方法であって、
対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する複数 の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイに含まれる、 前記 半導体発光素子を選択的に点灯制御することを特徴とする照明方法
2 4 . 前記の選択的に点灯制御された各前記半導体発光素子の発 光光量を個別に変更することを特徴とする請求項 2 3に記載の照明 方法。
2 5 . 前記半導体発光素子アレイ に含まれる、 前記被検査物体へ 異なる複数の入射角度で入射する照明光を与える複数の半導体発光 素子を選択的に点灯して、 前記被検査物体への照明光の入射角度を 変更することを特徴とする請求項 2 3又は 2 4に記載の照明方法。
2 6 . 前記半導体発光素子アレイ に含まれる、 発光波長が異なる 複数の半導体発光素子を選択的に点灯して、 前記被検査物体への照 明光の波長を変更することを特徴とする請求項 2 3又は 2 4に記载 の照明方法。
2 7 . 前記半導体発光素子アレイ に含まれる、 前記被検査物体へ の照明光の方位角が異なる複数の半導体発光素子を選択的に点灯し て、 前記被検査物体への照明光の方位角を変更することを特徴とす る請求項 2 3又は 2 4に記載の照明方法。
2 8 . 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき前記被検査 物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における、 前記被検査物 体の照明方法であって、
対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明する複数 の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイに含まれる、 前記 半導体発光素子を選択して、 選択された前記半導体発光素子の発光 光量を変更することを特徴とする照明方法。
2 9 . 前記被検査物体へ異なる複数の入射角度で入射する照明光 を与える複数の半導体発光素子からなる前記半導体発光素子アレイ から、 前記半導体発光素子を選択してその発光光量を変更し、 前記 被検査物体への照明光の入射角度毎の発光光量を変更するこ とを特 徴とする請求項 2 8に記載の照明方法。
3 0 . 発光波長が異なる複数の半導体発光素子からなる前記半導 体発光素子アレイから、 前記半導体発光素子を選択してその発光光 量を変更し、 前記被検査物体への照明光の波長毎の発光光量を変更 することを特徴とする請求項 2 8に記載の照明方法。
3 1 . 前記被検査物体への照明光の方位角が異なる複数の半導体 発光素子からなる前記半導体発光素子アレイから、 前記半導体発光 素子を選択してその発光光量を変更し、 前記被検査物体への照明光 の方位角毎の発光光量を変更することを特徴とする請求項 2 8に記 載の照明方法。
3 2 . 前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に 対応して前記半導体発光素子を選択することを特徴とする請求項 2 3〜 3 1のいずれか一項に記載の照明方法。
3 3 . 前記被検査物体の各部分に対応して、 点灯すべき各前記半 導体発光素子を特定する素子特定情報を予め記憶し、 前記素子特定情報によ り前記対物レンズの視野にある部分に対応 して特定される照明条件に応じた各前記半導体発光素子を切り替え 制御することを特徴とする請求項 3 2に記載の照明方法。
3 4 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分に施さ れた繰り返しパターンの繰り返しピッチ幅に関する情報を含むこと を特徴とする請求項 3 3に記載の照明方法。
3 5 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分に施さ れた配線パターンの.ピッチ幅に関する情報を含むことを特徴とする 請求項 3 4に記載の半導体外観検査装置。
3 6 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分に施さ れた線パターンの方向に関する情報を含むことを特徴とする請求項 3 3に記載の照明方法。
3 7 . 前記素子特定情報は、 前記被検査物体の前記各部分にバタ ーンを形成する材質に関する情報を含むことを特徴とする請求項 3 3に記載の照明方法。
3 8 . 前記被検査物体を支持して前記被検査物体上の各部分を前 記対物レンズの視野に位置付ける、 前記半導体外観検査装置の可動 ステージの位置情報に基づき、 前記被検査物体のうち前記対物レン ズの視野にある部分を特定することを特徴とする請求項 3 2〜 3 7 のいずれか一項に記載の照明方法。
3 9 . さらに、 前記対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を 照明する明視野照明を行う こ とを特徴とする請求項 3 2又は 3 8に 記載の照明方法。
4 0 . 被検査物体である半導体装置の光学像に基づき前記被検査 物体の外観検査を行う半導体外観検査装置における、 前記被検査物 体の照明方法であって、 前記対物レンズの光軸と平行に前記被検査物体を照明する明視野 照明を行い、
前記被検査物体のうち前記対物レンズの視野にある部分に対応し て、 前記対物レンズの光軸に対して前記被検査物体を斜めに照明す る複数の半導体発光素子からなる半導体発光素子アレイを点灯制御 することを特徴とする照明方法。
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