(57)【要約】【課題】  画像検査装置において、被検体の種類や製造工程などが変わってもオートフォーカスの合焦位置を適切な位置に補正することができ、検査効率を向上することができるようにする。【解決手段】  オートフォーカスを行うために合焦位置検出部１０２から色補正手段１０３、対物レンズ１１を通して検出光７０を基板１に照射し、その反射光の位置を光検出器３６で検出することより、第１の目標合焦位置を検出する。一方、記憶部３に記憶されたレシピ中に、第１の目標合焦位置をオフセットするオフセット値が記憶されている。そして、オフセット値に応じて色補正レンズ群３１の位置を移動し、第２の目標合焦位置に設定して、それに向けて試料移動ステージ１７を駆動する。【選択図】      図１
2006184303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を載置する載置台と、
被検体からの光を結像して観察可能とする観察光学系と、
前記載置台上の被検体に対する前記観察光学系の焦点深度方向の位置を相対移動する焦点位置移動機構と、
前記載置台上の被検体からの光を前記観察光学系から分岐する光分岐手段と、
該光分岐手段により分岐された光を用いて、第１の目標合焦位置を検出する合焦位置検出機構と、
前記第１の目標合焦位置をオフセットして、第２の目標合焦位置を設定する合焦位置補正手段と、
前記第２の目標合焦位置に向けて前記焦点位置移動機構を駆動する駆動手段と、
前記第２の目標合焦位置を設定するための少なくとも１つのオフセット値を含む被検体ごとの検査条件が記述された条件設定情報を記憶する記憶部とを備え、
前記合焦位置補正手段が、前記条件設定情報の前記少なくとも１つのオフセット値のいずれかに応じて前記第２の目標合焦位置を設定するようにしたことを特徴とする画像検査装置。
【請求項２】
前記記憶部に、複数のオフセット値が記憶され、
前記合焦位置補正手段が、被検体の検査部位に応じて前記複数のオフセット値から選択して、前記第２の目標合焦位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像検査装置。
【請求項３】
被検体の設計条件を参照する設計条件参照手段と、
該設計条件参照手段により参照した設計条件を用いて前記オフセット値を算出する補正値演算部とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像検査装置。
【請求項４】
被検体の厚さ方向の形状の測定値を参照する測定値参照手段と、
該測定値参照手段により参照した測定値を用いて前記オフセット値を算出する補正値演算部とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像検査装置。
【請求項５】
前記合焦位置検出機構に前記光分岐手段により分岐された光を結像する補正光学素子が光軸方向に可動に設けられ、
前記合焦位置補正手段が、前記補正光学素子を光軸方向に移動することにより、前記第２の目標合焦位置を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像検査装置。
【請求項６】
前記補正光学素子が、前記合焦位置検出機構に用いる検出用光源と、前記観察光学系に用いる観察用光源との波長差に応じて、前記第１の目標合焦位置を前記観察光学系に合わせて補正する色補正手段を兼ねることを特徴とする請求項５に記載の画像検査装置。
【請求項７】
前記合焦位置検出機構の位置検出基準面が光軸方向に移動可能とされ、
前記合焦位置補正手段が、前記位置検出基準面を光軸方向に移動することにより、前記第２の目標合焦位置を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像検査装置。
【請求項８】
前記合焦位置補正手段が、
前記焦点位置移動機構が前記第１の目標合焦位置に駆動された後に、前記オフセット値に対応して前記焦点位置移動機構の移動量を設定することにより前記第２の目標合焦位置を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像検査装置に関する。例えば、半導体ウエハや液晶基板などの層状構造を有する被検体の画像検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被検体の画像を取得して、例えば被検体に形成されたパターンを検査したり、表面欠陥やゴミの有無を検査したりする画像検査装置が普及している。
このような装置として、例えば半導体ウエハや液晶基板などの層状構造を有する被検体の画像検査装置が知られている。このような画像検査装置では、拡大画像を取得するための顕微鏡などからなる観察光学系と、観察光学系から光路を分岐して、被検体の合焦を行うためのオートフォーカス機構とを備え、被検体を載置した載置台などを光軸方向に駆動することにより、オートフォーカス動作を行うことが多い。
例えば、特許文献１には、切替可能な複数の対物レンズを備え、オートフォーカス機構として、レーザ光を被検体に照射してナイフエッジ法により合焦位置を検出するようにした自動焦点顕微鏡が記載されている。この自動焦点顕微鏡には、観察光学系から分岐されたオートフォーカス機構の光学系内に、対物レンズの色収差を補正する色補正レンズ群が可動に設けられており、対物レンズに応じた補正量がＲＯＭに記憶されている。そして、対物レンズが切り替えられるとＲＯＭを参照して、合焦位置が補正されるようになっている。
また、このようなオートフォーカス機構を用いて、段差のある被検体などにおいて、オフセット値を設定することにより、作業者が観察したい部位へ合焦させることができることが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−９５０９１号公報（第４−６頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の画像検査装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、対物レンズを切り替える場合には、自動的に合焦位置が補正され、一定のピント位置が得られるものの、観察光の波長と合焦位置の検出に用いる検出光の波長とが異なっているため、被検体により、オートフォーカス機構の合焦位置が、観察光に対する最適な合焦位置とは異なる場合があるという問題がある。そのため、観察画像のピントが甘くなり、画像検査の精度が劣ってしまうという問題がある。
また、このようなオートフォーカス機構は、それぞれのオートフォーカス方式によって合焦位置が決まるので、マニュアル調整のように観察したい物体面に自由に合焦位置を移動させることができないという問題がある。例えば、表面の付着ゴミを観察したい場合でもゴミ付着面に合焦されゴミの画像がぼけてしまうという場合がある。また、被検体種類が変わったり、製造工程により検査面の光学特性が異なったりする場合に、合焦位置が所望の観察面からずれてしまう場合がある。
このような場合、合焦後、合焦位置を目視確認して、必要に応じてマニュアル操作してピントを補正することが考えられるが、例えば半導体ウエハの画像検査のように、１つの被検体当たりの検査箇所が膨大な数になると、著しく検査効率が低下してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検体の種類や製造工程などが変わってもオートフォーカスの合焦位置を適切な位置に補正することができ、検査効率を向上することができる画像検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の画像検査装置は、被検体を載置する載置台と、被検体からの光を結像して観察可能とする観察光学系と、前記載置台上の被検体に対する前記観察光学系の焦点深度方向の位置を相対移動する焦点位置移動機構と、前記載置台上の被検体からの光を前記観察光学系から分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光を用いて、第１の目標合焦位置を検出する合焦位置検出機構と、前記第１の目標合焦位置をオフセットして、第２の目標合焦位置を設定する合焦位置補正手段と、前記第２の目標合焦位置に向けて前記焦点位置移動機構を駆動する駆動手段と、前記第２の目標合焦位置を設定するための少なくとも１つのオフセット値を含む被検体ごとの検査条件が記述された条件設定情報を記憶する記憶部とを備え、前記合焦位置補正手段が、前記条件設定情報の前記オフセット値に応じて前記第２の目標合焦位置を設定する構成とする。
このような構成によれば、被検体に応じて、条件設定情報を記憶部から呼び出して検査条件を設定し、光分岐手段により観察光学系から分岐された光を用いて、合焦位置検出機構により第１の目標合焦位置を検出することができる。一方、合焦位置補正手段により、記憶部に条件設定情報として記憶された前記少なくとも１つのオフセット値のいずれかに応じて、第１の目標合焦位置をオフセットして観察者が観察したい位置である第２の目標合焦位置を設定することができる。そして、駆動手段により第２の目標合焦位置に向けて焦点位置移動機構を駆動し、載置台上の被検体と観察光学系との間の焦点深度方向の位置を第２の目標合焦位置に移動することができる。このように被検体に応じて決まるオフセット値として記憶しておくことにより、第１の目標合焦位置からマニュアル操作により合焦位置を移動させることなく、適切な検査位置に自動的に合焦させることができる。
ここで、オフセット値は０であってもよい。
【０００６】
本発明の画像検査装置では、前記記憶部に、複数のオフセット値が記憶され、前記合焦位置補正手段が、被検体の検査部位に応じて前記複数のオフセット値から選択して、前記第２の目標合焦位置を設定する構成とすることが好ましい。
この場合、被検体の検査部位に応じて、複数のオフセット値から選択するので、第２の目標合焦位置を被検体の検査部位により変えることができ、それぞれの検査部位ごとに適切な検査位置に合焦させることができる。
ここで、複数のオフセット値は、合焦精度に応じて被検体の検査部位を適切な大きさに適宜区分し、それぞれに設けることができる。例えば、被検体の検査部位による必要なオフセット値があまりばらつかない場合には、例えば２分割、４分割などとすればよい。例えば、被検体が半導体ウエハなどの場合、各ダイごとにオフセット値を設けてもよい。
【０００７】
また本発明の画像検査装置では、被検体の設計条件を参照する設計条件参照手段と、該設計条件参照手段により参照した設計条件を用いて前記オフセット値を算出する補正値演算部とを備えた構成とすることが好ましい。
この場合、設計条件参照手段により参照された設計条件を用いて、補正値演算部によりオフセット値を算出するので、オフセット値を容易に設定することができる。
【０００８】
ここで、被検体の設計条件とは、例えば、検査部位における層状構造の構成、高さ、膜厚、材質、反射率、屈折率、パターンなどを意味する。
これら設計条件は、設計条件参照手段が参照できれば、適宜のテーブルとして記憶されていてもよいし、あるいは被検体の製造装置に受け渡すＣＡＤデータなどの設計・製造データであってもよい。
【０００９】
また本発明の画像検査装置では、被検体の厚さ方向の形状の測定値を参照する測定値参照手段と、該測定値参照手段により参照した測定値を用いて前記オフセット値を算出する補正値演算部とを備えた構成とすることが好ましい。
この場合、測定結果参照手段により参照された被検体の厚さ方向の形状の測定値を用いて、補正値演算部によりオフセット値を算出するので、測定された形状に即して適切な第２の目標合焦位置を設定することができる。
ここで、被検体の厚さ方向の形状の測定値とは、例えば、所定位置からの境界面の高さ、境界面間の層厚などの形状を意味する。
【００１０】
また本発明の画像検査装置では、前記合焦位置検出機構に前記光分岐手段により分岐された光を結像する補正光学素子が光軸方向に可動に設けられ、前記合焦位置補正手段が、前記補正光学素子を光軸方向に移動することにより、前記第２の目標合焦位置を設定する構成とすることが好ましい。
この場合、合焦位置検出機構に光分岐手段により分岐された光を結像する補正光学素子を光軸方向に可動に設けるので、補正光学素子を移動して被検体からの光の結像面を移動することにより第１の目標合焦位置を強制的に移動し、第２の目標合焦位置として設定することができる。
このため、第１の目標合焦位置に観察光学系を駆動してから第２の目標合焦位置に移動するといった手間がかからないので、迅速な合焦を行うことができ、検査効率を向上できる。
【００１１】
また本発明の画像検査装置のうち前記補正光学素子を設けた構成では、前記補正光学素子が、前記合焦位置検出機構に用いる検出用光源と、前記観察光学系に用いる観察用光源との波長差に応じて、前記第１の目標合焦位置を前記観察光学系に合わせて補正する色補正手段を兼ねる構成とすることが好ましい。
この場合、補正光学素子が色補正手段を兼ねるので、部品点数を低減することができる。
【００１２】
また本発明の画像検査装置では、前記合焦位置検出機構の位置検出基準面が光軸方向に移動可能とされ、前記合焦位置補正手段が、前記位置検出基準面を光軸方向に移動することにより、前記第２の目標合焦位置を設定する構成とすることが好ましい。
この場合、合焦位置検出機構の位置検出基準面を合焦位置補正手段により移動することで、第１の目標合焦位置を強制的に移動して第２の目標合焦位置として設定することができる。
このため、第１の目標合焦位置に観察光学系を駆動してから第２の目標合焦位置に移動するといった手間がかからないので、迅速な合焦を行うことができ、検査効率を向上することができる。
【００１３】
また本発明の画像検査装置では、前記合焦位置補正手段が、前記焦点位置移動機構が前記第１の目標合焦位置に駆動された後に、前記オフセット値に対応して前記焦点位置移動機構の移動量を設定することにより前記第２の目標合焦位置を設定する構成とすることが好ましい。
この場合、焦点位置移動機構を第１の目標合焦位置まで駆動してから、オフセット値に対応する第２の目標合焦位置を設定し、その値により焦点位置移動機構を駆動するから、合焦位置検出機構の合焦の目標値を可変するための可動機構などを合焦位置検出機構に設けなくてもよいので、簡素な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の画像検査装置によれば、被検体に応じて、焦点位置検出機構により検出される第１の目標合焦位置からオフセットさせた第２の目標合焦位置に焦点位置移動機構を駆動することができるので、被検体の種類や製造工程などが変化しても、第２の目標合焦位置を記憶部に記憶されたオフセット値により設定することで、合焦位置を自動的に補正することができ、検査効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る画像検査装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像検査装置の概略構成について説明するための模式説明図である。
【００１７】
本実施形態の画像検査装置１００の概略構成は、図１に示すように、コントロール部１６、入力部４、出力部５、試料移動ステージ１７（載置台）、焦準用モータ１８（焦点位置移動機構）、焦準用モータ駆動部１９（駆動手段）、観察光学系１０１、色補正手段１０３（焦点位置補正手段）、および合焦位置検出部１０２（合焦位置検出機構）からなる。
【００１８】
画像検査装置１００は、被検体である基板１の表層部にオートフォーカスして画像を取得し、拡大観察できるようにしたものであり、例えば表面欠陥の有無などの検査などに好適となるものである。
基板１は、どのような被検体であってもよいが、以下では、一例として厚さ方向に層状構造や段差を有する基板、例えば半導体ウエハや液晶基板などの例で説明する。
【００１９】
このような基板１は、フォト・リソグラフィ・プロセスにより、表面に配線パターンなどの規則的な繰り返しパターンを形成し、それを順次厚さ方向に積層させて構成される。そのため、一般には１つの基板１に対して製造工程ごとにいわゆるマクロ検査、ミクロ検査などの表面欠陥検査が行われるが、検査時の表面層の配線パターン、膜厚や材質などは、製造工程ごとに変化するものである。
そこで、それら基板１の状態に対応して、検査時に検査の種類、検査方法、手順などの検査条件が記述されたレシピ（条件設定情報）が作成され、それら基板１の状態に対応したレシピ識別番号などが付されて適宜の記憶部に記憶される。
【００２０】
画像検査装置１００に用いるレシピには、検査条件として合焦位置を補正するためのオフセット値が含まれる。
レシピの作成は、画像検査装置１００の全体制御を行うコントロール部１６により行うこともできるし、コントロール部１６が読取可能なフォーマットであれば、他の装置で作成したものをファイル転送して、そのままあるいは修正の上用いることもできる。
コントロール部１６は、ＣＰＵ部２と記憶部３とからなり、例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力デバイスや、適宜の通信回線に接続され通信回線上を伝送されるデータを入力可能とする入力ポートや、例えばＣＤ・ＤＶＤなどのリムーバルメディアの読取装置などからなる入力部４、モニタなどからなる出力部５が接続されている。そして、ＣＰＵ部２のメモリにロードされたプログラムによって、レシピの作成、修正を含めた種々の動作制御を行うものである。また、入力部４は、レシピ作成、修正以外にも検査に必要な操作入力デバイス、例えば、観察倍率を可変するための対物レンズ切替スイッチ、オートフォーカスの設定／解除を行うためのオートフォーカススイッチなどが必要に応じて設けられている。
【００２１】
レシピは本実施形態では記憶部３に記憶される。ただし、コントロール部１６と接続されていれば、適宜の外部記憶装置などでもよい。
そして、例えば基板１の受け入れ時などに、その時点の基板１の製造工程などに対応したレシピが、コントロール部１６によりそれら記憶手段からＣＰＵ部２のメモリに呼び出され、ＣＰＵ部２にロードされたプログラムにより参照される。
【００２２】
レシピをコントロール部１６により作成する場合は、操作者が、入力部４により数値入力したり選択肢を選択したりして作成することができる。
レシピを修正する場合には、記憶部３から読み込まれたレシピをモニタなどからなる出力部５に表示し、修正箇所を入力部４により入力する。
【００２３】
試料移動ステージ１７は、被検体として基板１を載置し、検査部位を移動させるための水平方向移動と、基板１の厚さ方向（上下方向）への移動を可能とした可動機構である。それぞれの移動はジョグエンコーダ２５を回転しパルスカウンタ２６で回転数を計数することにより移動量を伝達するマニュアル移動と、レシピの情報やコントロール部１６の制御信号による自動移動とが可能となっている。オートフォーカス動作を行うための厚さ方向への自動移動は、焦準用モータ１８の駆動力を不図示の動力伝達機構により伝達することにより行われる。
焦準用モータ１８は、コントロール部１６に接続された焦準用モータ駆動部１９に接続され、コントロール部１６の制御信号に応じて駆動制御される。
【００２４】
観察光学系１０１は、試料移動ステージ１７上の基板１を図示しない可視光落射照明により、拡大観察するための顕微鏡であり、その概略構成は、電動レボルバ１０に設けられた対物レンズ１１および観察部１０４からなる。
観察部１０４には、図示しないが、接眼ユニットおよび観察像を光電変換する撮像ユニットが設けられている。
【００２５】
電動レボルバ１０は、レボルバ用モータ１３により回転駆動されるレボルバ本体１２上に、倍率の異なる複数の対物レンズ１１ａ、１１ｂ、…を備えている。またレボルバ本体１２上には、対物レンズ１１ａ、１１ｂ、…のそれぞれの位置を検出するためのレボルバ穴（不図示）が設けられている。
レボルバ穴位置検出部１４は、例えば光センサなどの適宜のセンサにより、回転駆動されたレボルバ本体１２上のレボルバ穴の種類と位置を検出し、その検出信号をコントロール部１６に送出するものである。
レボルバ用モータ１３は、コントロール部１６に接続されたレボルバ用モータ駆動部１５に接続されている。
コントロール部１６は、制御信号をレボルバ用モータ駆動部１５に送出することにより、レシピに基づいて検査部位に応じた画像倍率の対物レンズ１１を観察光学系１０１の光路上にセットできるとともに、レボルバ穴位置検出部１４からの検出信号によりセットされたことが確認できるようになっている。
以下では、特に断らなければ、対物レンズ１１ａが観察光学系１０１の光軸上に配置されているものとして説明し、電動レボルバ１０の対物レンズ全体を指す場合は対物レンズ１１と称することにする。
【００２６】
電動レボルバ１０と観察部１０４との間の光路上には、観察光６０を透過させ、オートフォーカスに用いる検出光７０を光路外に反射する光分岐手段が設けられている。本実施形態では、観察光６０を可視光、検出光７０を可視外の赤外光（波長λ）とし光分岐手段としてダイクロイックミラー３３を採用している。
ダイクロイックミラー３３は、観察光学系１０１の光路に交差する方向から入射する赤外光を観察光６０の光軸に沿って入射させ、基板１からの光のうち、可視光を光軸に沿う方向に透過させ、赤外光のみを反射して観察光学系１０１の光路から分岐する構成とされている。
【００２７】
ダイクロイックミラー３３により分岐された光路上には、λ／４板３２、色補正手段１０３および合焦位置検出部１０２がこの順に設けられている。
λ／４板３２は、所定波長の直線偏光の光を透過させて円偏光とし、逆方向から入射された円偏光を偏光方向が９０°回転された直線偏光の光として取り出すための光学部材である。
色補正手段１０３は、ダイクロイックミラー３３により分岐された光を基準像面ｐ０に結像するための色補正レンズ群３１（補正光学素子）が光軸方向に可動に支持されたものである。色補正レンズ群３１の移動は、色補正レンズ用モータ駆動部２３に接続された色補正レンズ用モータ２４により行われる。
色補正レンズ用モータ駆動部２３は、コントロール部１６に接続され、コントロール部１６の制御信号に応じて色補正レンズ用モータ２４の移動量を制御するものである。
【００２８】
色補正レンズ群３１の光軸方向の位置は、検査の初期状態では、各対物レンズ１１の色収差に応じて、合焦時の検出光７０の像面が一定の基準像面ｐ０となるように配置される。それらの配置位置は、レシピとは関係なく、記憶部３に記憶されており画像検査装置１００の初期化時に呼び出されるようになっている。そして対物レンズ１１が切り替えられると、自動的に再配置されるようになっている。
【００２９】
また、色補正レンズ群３１は、コントロール部１６の制御信号に応じて移動されることにより、基板１からの光を基準像面ｐ０から適宜オフセットさせた補正像面ｐｍに結像することが可能となっている。
この場合、対物レンズ１１の切替により色補正レンズ群３１の位置を再配置する場合には、オフセットされた位置を基準として相対的に再配置され、補正像面ｐｍを一定に保つようになっている。
【００３０】
合焦位置検出部１０２は、赤外域の所定波長λを有する検出光７０を色補正手段１０３、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ１１ａを介して基板１に照射し、その反射光を受光することにより合焦位置を検出するためのもので、本実施形態ではいわゆるナイフエッジ法による検出機構を採用している。
合焦位置検出部１０２の概略構成は、集光レンズ群３０、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）２９、基準光源２２（検出用光源）、投光側ストッパ２８、受光側ストッパ３４、集光レンズ群３５、光検出器３６からなる。
【００３１】
集光レンズ群３０は、色補正レンズ群３１により結像された光を集光して略平行光にするとともに、入射された平行光を結像してから色補正レンズ群３１に入射するための光学素子である。
ＰＢＳ２９は、波長λの光の光路を偏光成分に応じて切り替えるための偏光ビームスプリッタである。例えばＰＢＳ２９のビームスプリッタ面に、ｐ偏光成分を略１００％透過させ、ｓ偏光成分を略１００％を反射する偏光コーティングが施されている。
基準光源２２は、波長λの検出光７０をＰＢＳ２９に向けて入射するための光源であり、例えば半導体レーザなどを採用することができる。直線偏光の偏光成分はｐ偏光成分（図１の紙面垂直方向の偏光成分）とされることで、ＰＢＳ２９における光量損失が生じないようになっている。
基準光源２２とＰＢＳ２９との間の光路には、基準光源２２の放射光を平行光にするためのコリメートレンズ２７と、その平行光を光軸に直交する断面において、一方の端部から光軸までを遮蔽して、光束の半分をカットする投光側ストッパ２８が設けられている。
【００３２】
受光側ストッパ３４は、投光側ストッパ２８によりカットされた検出光７０の領域に対応して、検出光７０以外の光を遮光するために設けた遮光部材である。
集光レンズ群３５は、基板１に照射された検出光７０のうち、対物レンズ１１ａ、ダイクロイックミラー３３、色補正レンズ群３１、集光レンズ群３０、ＰＢＳ２９を透過した光を集光するための光学素子である。
光検出器３６は、集光レンズ群３５により集光された光を光軸方向の所定位置で受光し、光軸に直交する方向の受光位置を検出するための受光センサである。
このような受光センサは、例えばＣＣＤやＰＳＤなどでもよいが、本実施形態では２分割ＰＤを採用している。すなわち、光検出器３６の受光面３６ａ（位置検出基準面）はＡ領域とＢ領域とに分割されており、各領域の光量に比例した検出出力Ａ、Ｂを比較することにより、２領域の境界線３６ｂ（図２参照）からの変位を算出することが可能となっている。
受光面３６ａの位置は、２領域の境界線３６ｂが、光軸上に配置され、深度方向には、基準像面ｐ０と共役となっている。すなわち、合焦位置では、検出光７０が２領域の境界線３６ｂ上に結像されるようになっている。
【００３３】
検出出力Ａ、Ｂはそれぞれ、増幅器３７に伝送されて増幅され、Ａ／Ｄ変換器３８に伝送されてデジタル信号に変換され、コントロール部１６に入力されるようになっている。コントロール部１６は、次式により、検出光７０の変位Δを算出する。
Δ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）                  ・・・（１）
【００３４】
次に、画像検査装置１００の動作について、検査部位での画像取得の際のオートフォーカス動作を中心に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ナイフエッジ法による合焦位置検出の原理について説明するための、前ピン位置、合焦位置、後ピン位置の光路および受光面上の光束の様子を示す模式説明図である。図３は、被検体に対する観察光、検出光の入出射の様子の一例について説明するための模式説明図である。
【００３５】
図１に示すように、基準光源２２から、光源駆動部２１により所定光量に設定された検出光７０が放射されると、コリメートレンズ２７により平行光束とされ、投光側ストッパ２８により光軸中心から半分がカットされてＰＢＳ２９に入射する。
基準光源２２は、検出光７０がｐ偏光成分となるように設定されているので、ＰＢＳ２９により略１００％反射されて、集光レンズ群３０に入射する。そして、集光レンズ群３０により集光され、基準像面ｐ０上に結像されてから発散光となって色補正レンズ群３１に入射する。
そして、検出光７０は、色補正レンズ群３１により集光され、λ／４板３２を透過する際に円偏光に変換されて、ダイクロイックミラー３３に入射する。
【００３６】
ダイクロイックミラー３３は、波長λの光を反射するので、検出光７０は、観察光学系１０１の光軸に沿う光路を進み、対物レンズ１１ａにより集光されて基板１上に集光される。
そして、基板１により反射されると、以上の光路を逆にたどって、対物レンズ１１ａにより集光され、ダイクロイックミラー３３により反射されて、λ／４板３２に入射する。
このとき、検出光７０は直線偏光に変換されるが、偏光方向は最初に入射したときの偏光方向に対して９０°回転される。すなわち、ｓ偏光成分に変換されて色補正レンズ群３１に入射する。
【００３７】
そして、色補正レンズ群３１により結像されてから発散し、集光レンズ群３０に入射する。集光レンズ群３０により集光されて略平行光となって、ＰＢＳ２９に入射する。
検出光７０は、ｓ偏光成分に変換されているため、ＰＢＳ２９を略１００％透過し、集光レンズ群３５に入射し、受光面３６ａ上に集光される。
【００３８】
従来のオートフォーカス動作は、以下の原理に基づいて実行される。
すなわち、対物レンズ１１ａにより基板１に照射される検出光７０の結像面が実際の反射面と一致していれば、検出光７０は入射時の光路を逆進して、基準像面ｐ０上に結像され、基準像面ｐ０と共役な受光面３６ａ上でも結像される。したがって、図２（ｂ）に示すように、境界線３６ｂ上に微小なスポットスポット５０ｂを結ぶ。
一方、照射された検出光７０がデフォーカスした位置で反射されると、基準像面ｐ０、受光面３６ａからもずれて結像される。そして、検出光７０が投光側ストッパ２８、受光側ストッパ３４で半分が遮光されているため、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、デフォーカス方向に応じて、前ピン（後ピン）の場合、主としてＡ（Ｂ）領域に比較的大きなスポット５０ａ（５０ｃ）が受光される。
そこで、式（１）に基づいて、変位Δを計算し、Δ＝０となるような目標合焦位置に向けて焦準用モータ１８を駆動する制御を行い、試料移動ステージ１７の上下方向の位置を合わせるオートフォーカスを行うことができる。
【００３９】
ところが、観察光６０と検出光７０とが同一の反射面により反射される場合には問題ないが、観察光６０、検出光７０の波長が異なるため、反射面が異なる場合がある。例えば、図３に示すように、基板１が、ベース基板４０上に凹凸のある層４１が形成され、最近の製造工程によりその上に層４２が形成されたとする。この場合、最近の製造工程の検査を行うためには層４２の上面４２ａにピントを合わせて観察するのが適切である。
しかし層４１、４２の材質によっては、可視光である観察光６０が層４２の上面４２ａで反射しやすく、赤外光である検出光７０が層４２を透過しやすく、層４１と層４２との境界面４１ａで反射しやすい、といった場合がある。この場合、上記のように検出光の光量に依存する検出原理によれば、Δ＝０により合焦するのは、検出光７０の光量の多くなる境界面４１ａである。すなわち、境界面４１ａが目標合焦位置（第１の目標合焦位置）となっており、上面４２ａの画像はぼけてしまうことになる。
【００４０】
本実施形態では、観察したい位置を目標合焦位置（第２の目標合焦位置）とするために、基板１のレシピに、合焦位置を補正するオフセット値Δｈ１を記憶しておく。
そして、基板１の検査を開始する際に、レシピに基づいて検査条件を設定するとともに、各検査部位におけるオフセット値Δｈ１をコントロール部１６の記憶部３に読み込む。
そして、オートフォーカス動作を開始する前に、コントロール部１６が、Δｈ１に応じて、色補正レンズ群３１を図１に破線３１ａで表したように光軸方向に移動し、基準像面ｐ０を補正像面ｐｍに移動させる。これにより、Δ＝０となる目標合焦位置が第２の目標合焦位置に設定される。すなわち、色補正手段１０３は、第２の目標合焦位置を設定する合焦位置補正手段を兼ねている。
そして、上記のオートフォーカス動作を行うようにする。検査終了後、色補正レンズ群３１を移動し、基準像面ｐ０の位置に戻しておく。
補正像面ｐｍの位置は、対物レンズ１１ａ、色補正レンズ群３１による光学系の倍率から、物体面の移動量Δｈ１に対応する移動量を算出して設定する。
なお、第１の目標合焦位置を観察したい場合には、Δｈ１＝０とすればよい。
【００４１】
第１の目標合焦位置は、合焦位置検出部１０２の検出方式と各層の光学特性とに依存するので、基板１の構成および製造工程の条件から予め特定することができる。必要であれば、レシピに記憶する検査条件を設定する際、手動検査を実施する場合などに実験的に特定してよい。
また、オフセット値Δｈ１も同様に予め設定してレシピに記憶することができる。
Δｈ１は、例えば、層４１上における層４２の層厚の設計値を基にして設定することができる。
【００４２】
この場合、コントロール部１６に、入力部４から基板１のＣＡＤデータなどの設計条件を入力し、その設計条件を解析し、必要な検査部位の層厚や各層の反射・透過率を算出する補正値演算部を設け、オフセット値を自動計算するとよい。ここでコントロール部１６は、設計条件参照手段と補正値演算部とを兼ねている。
設計条件の解析は、例えば、上記に説明したのと同様に、例えば上面４２ａと境界面４１ａとにおける観察光６０と検出光７０との反射率などを比較して第１の目標合焦位置を判定し、レシピに基づいて第２の目標合焦位置とすべき位置を算出し、第１の目標合焦位置と第２の目標合焦位置との高さの差を求めてオフセット値とすればよい。
このような構成によれば、オフセット値の計算や入力の手間を省くことができるという利点がある。
また、補正値演算部により、すべてを自動計算するのではなく、入力部４に入力された設計条件を、適宜、換算・整形して、出力部５に操作者に分かりやすい形で表示するとともに、操作者がそのデータに対して対話的に入力操作を行うことでオフセット値の設定を行うオフセット値入力支援手段を構成してもよい。
【００４３】
ただし、オフセット値Δｈ１は、上面４２ａが被写界深度内に入る値とすればよく、厳密に設計値に一致させる必要はない。
また光学特性のバラツキなどを含めるためには、オフセット値Δｈ１を実験的に決めてもよい。
【００４４】
また、第２の目標合焦位置は、各層の境界面に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、上面４２ａ上に、ゴミ４３が付着しやすい場合などに、ゴミ４３の画像を鮮明に取得して特徴抽出などを行い、ゴミの種類を判別する検査が必要となる場合がある。この場合、予想されるゴミ４３の高さをΔｈ１に加えたオフセット値Δｈ２を設定することによりゴミ４３の鮮明な画像を得ることができる。
また、ゴミ４３は、層４２の形成過程で境界面４１ａ上に付着する場合も考えられる。そのような場合には、Δｈ１に代えてゴミ４３の高さをオフセット値に設定すればよい。
【００４５】
このように本実施形態の画像検査装置１００によれば、レシピに記憶されたオフセット値に応じて、オートフォーカスの合焦位置を補正することができるので、被検体の種類や製造工程などが変わっても合焦位置を適切な位置に補正することができる。そのため検査部位のピント位置を手動補正することなく、必要な画像を迅速に取得することができ、検査効率を向上することができる。
本実施形態では、オートフォーカス動作の目標合焦位置を変更するので、合焦位置を補正するための時間が実質的にほとんどかからないため、迅速にオートフォーカスできるという利点がある。
また、色補正手段と合焦位置補正手段とを兼用するので、簡素な装置とすることができる。
【００４６】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
上記実施形態では、検査部位ごとにオフセット値を設定したが、本変形例では、第２の目標合焦位置を、検査部位の所定領域内では、共通とし、所定領域の座標範囲を記憶し検査部位の位置座標から検査部位がどの領域に属するか判定してそれに応じてオフセット値を設定する。
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例について説明するための被検体の平面視模式図である。
【００４７】
基板１が、例えば、図４（ａ）に示すように、円板状のウエハが矩形のダイ４４…に分割された半導体ウエハであるとする。各ダイ４４は、所定の大きさを有し、ノッチ１ａを位置基準とする座標、例えば（ｘ，ｙ）により領域の境界点を表すことにより、指定できる。
基板１では、所定領域として、例えば各ダイ４４の領域を採用することができる。
また、所定領域として、複数のダイ４４を含む領域を採用することもできる。例えば、図４（ａ）に示すように、基板１の中心を通る直線により全体を４分割してなる領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のような領域を採用することができる。また、図４（ｂ）に示すように、全体を同心円状に分割した領域Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２のような領域なども採用できる。いずれの場合も、製造上、層厚やゴミ付着率に偏りが生じることが分かっている場合などに好都合である。
このように所定領域を設けてオフセット値を変えると、オフセット値の記憶容量を削減し、演算時間などを低減できるから、効率的な検査を行うことができる。
【００４８】
なお、所定領域の大きさ、分割形状などは、上記に限ることなく自由に設定できる。例えば、液晶基板などのように、材料採りの関係などで、ベース基板上に回路パターンの配置方向を変えたり、異種基板を同時に製造したりする場合などにも好都合である。
【００４９】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
上記実施形態では、オフセット値を設計条件に基づいて設定する例で説明したが、本変形例では、オフセット値を被検体の層厚の実測に基づいて設定する。
図５は、本発明の第１の実施形態の第２変形例について説明するための被検体に対する観察光、検出光の入出射の様子の一例について説明するための模式説明図である。図６は、同じく第２変形例について説明するための被検体の平面視模式図である。
【００５０】
図５に示すように、基板１の層４２は、製造上、層厚が変動している。全体的な層厚ムラは、例えば図６に等厚線４５で示すように中心から外周に向けて薄くなっている。
本変形例では、画像検査に先立って、層４２の層厚を、例えば膜厚計などにより測定し、測定結果を層厚データ（測定値）として、入力部４に入力し、コントロール部１６にｙほり記憶部３に記憶させる。
そして、コントロール部１６には、層厚データと必要に応じてレシピを参照し、オフセット値を算出する補正値演算部を設けておく。そして、補正値演算部により、検査部位の座標（ｘ，ｙ）に対応したオフセット値の関数Δｈ（ｘ，ｙ）を算出し、レシピの一部として、記憶部３に記憶する。具体的な記憶形態は、検査部位に応じた数値テーブルとして記憶してもよいし、Δｈ（ｘ，ｙ）の関数形を表す係数群として記憶してもよい。ここで、コントロール部１６は、測定値参照手段と補正値演算部とを兼ねている。
このような層厚検査は、基板１ごとに全数検査してもよいし、製造工程が安定していれば、抜き取り検査のデータを用いてもよい。
【００５１】
本変形例によれば、被検体の製造上のバラツキを反映した正確なオフセット値が得られるから、観察を要する合焦位置に高精度に臥床させることができ、検査精度を向上することができる。
【００５２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像検査装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る画像検査装置の概略構成について説明するための模式説明図である。
【００５３】
本実施形態の画像検査装置１１０は、第１の実施形態の画像検査装置１００に、センサ用モータ６２およびセンサ用モータ駆動部６３を追加したものである。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００５４】
センサ用モータは、適宜の移動機構を介して光検出器３６を光軸方向に移動可能に保持するためのものである。
センサ用モータ駆動部６３は、コントロール部１６からの制御信号に基づいて、センサ用モータ６２を駆動するためのものである。
これらは、本実施形態は、これらを追加することにより、第１の実施形態で色補正手段１０３が兼ねていた合焦位置補正手段を構成している。
【００５５】
本実施形態では、色補正手段１０３は、本来の色補正手段として、対物レンズ１１が、色収差の異なる他の対物レンズ１１に変更されたときにも基準像面ｐ０を一定に保つために用いるものである。
そのため、例えば図３に示すように、第１の目標合焦位置が境界面４１ａにとなっている場合、レシピに記憶されたオフセット値Δｈ１に応じて、第２の目標合焦位置を上面４２ａに設定するには、センサ用モータ６２を駆動して、受光面３６ａを集光レンズ群３５から遠ざかる方向に、Δｈ１と光学的に等価な距離だけ移動する。
【００５６】
このように本実施形態は、第１の実施形態と異なる手段により、オートフォーカス動作の目標合焦位置を変更する実施形態となっている。
したがって、合焦位置補正手段の違いを除いては、第１の実施形態と同様の作用効果を有し、第１の実施形態と同様の変形が可能である。
【００５７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る画像検査装置について説明する。
本実施形態の画像検査装置は、第１の実施形態の画像検査装置１００と同様の構成を有するもので、合焦位置補正手段を色補正手段１０３に代えてコントロール部１６としたものである。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００５８】
本実施形態は、第１の目標合焦位置に向けて、オートフォーカス動作を行った後、コントロール部１６により焦準用モータ駆動部１９に対して、オフセット値Δｈ１だけ移動させる制御信号を送出することで、第２の目標合焦位置を設定するものである。
したがって、試料移動ステージ１７は、合焦位置検出部１０２が検出する第１の目標合焦位置に向けて移動された後、コントロール部１６により設定された第２の目標合焦位置に移動される。
【００５９】
本実施形態の画像検査装置によれば、レシピを記憶する記憶部３を有する装置であれば、合焦位置検出部１０２に可動部などを設けて目標合焦位置を変更することなく、オフセット値に基づく移動制御を付加するだけで、容易に本発明を実施することができるという利点がある。
【００６０】
なお、上記の説明では、レシピにオフセット値として、Δｈ１、Δｈ２などを記憶するとして説明したが、第１、第２の実施形態では、このような物体側のオフセット量を、合焦位置補正手段を駆動する際に、色補正レンズ群３１や光検出器３６などを実際に移動させるための像面側の移動量に変換して記憶してもよいことは言うまでもない。
【００６１】
また、上記の説明では、焦点位置移動機構として、観察光学系に対して載置台を移動する例で説明したが、載置台を固定して観察光学系を移動してもよい。
【００６２】
また、上記の説明では、観察光が可視光、検出光が赤外光の例で説明したが、観察の妨げにならないように、観察光学系から検出光が分岐できれば、それぞれがどのような波長であってもよい。
例えば、観察光として深紫外光（ＤＵＶ光）を用いてもよい。この場合、可視光に比べて被写界深度が狭くなるので、合焦位置を補正しないと画像のボケが甚だしくなる。その場合でも、本発明によれば、合焦位置を必要に応じてきめ細かく移動することができ、検査精度、検査効率を向上することができる。
【００６３】
また、上記の説明では、合焦位置検出機構として、いわゆるナイフエッジ法を用いた構成で説明したが、方式上、被検体や被検体の製造工程に応じて合焦位置（第１の目標合焦位置）が変化し、所定の条件下では、第１の目標合焦位置が一定となるオートフォーカス方式であれば、ナイフエッジ法に限定されない。
例えば、画像のコントラストが最大となるような位置を第１の目標合焦位置とするコントラスト法であってもよい。
この場合、方式上、第１の目標合焦位置が限定されやすいので、本発明により、層方向にわたって、自由に検査位置（第２の目標合焦位置）を設定できるという利点がある。
【００６４】
また、上記の説明では、いずれも色補正手段を備える例で説明したが、第２、第３の実施形態では、対物レンズの色収差のバラツキがない場合や、観察光と検出光に波長差がない場合などは、色補正手段を省略してもよい。
【００６５】
また、上記の説明では、画像検査装置は、単独の装置として説明したが、例えばマクロ検査装置、ミクロ検査装置の一部をなしていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像検査装置の概略構成について説明するための模式説明図である。
【図２】ナイフエッジ法による合焦位置検出の原理について説明するための、前ピン位置、合焦位置、後ピン位置の光路および受光面上の光束の様子を示す模式説明図である。
【図３】被検体に対する観察光、検出光の入出射の様子の一例について説明するための模式説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第１変形例について説明するための被検体の平面視模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の第２変形例について説明するための被検体に対する観察光、検出光の入出射の様子の一例について説明するための模式説明図である。
【図６】同じく第２変形例について説明するための被検体の平面視模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る画像検査装置の概略構成について説明するための模式説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  基板（被検体）
２  ＣＰＵ部
３  記憶部
４  入力部
１１、１１ａ、１１ｂ  対物レンズ
１６  コントロール部
１７  試料移動ステージ（載置台）
１８  焦準用モータ（合焦位置移動機構）
１９  焦準用モータ駆動部（駆動手段）
２２  基準光源（検出用光源）
２３  色補正レンズ用モータ駆動部
２４  色補正レンズ用モータ
２７  コリメートレンズ
２８  投光側ストッパ
３０、３５  集光レンズ群
３１  色補正レンズ群（補正光学素子）
３３  ダイクロイックミラー（光分岐手段）
３４  受光側ストッパ
３６  光検出器
３６ａ  受光面（位置検出基準面）
４１、４２  層
４１ａ  境界面
４２ａ  上面
４３  ゴミ
６０  観察光
７０  検出光
１００、１１０  画像検査装置
１０１  観察光学系
１０２  合焦位置検出部（合焦位置検出機構）
１０３  色補正手段（合焦位置補正手段）
ｐ０  基準像面
ｐｍ  補正像面
【図１】
2006184303.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006184303.tif 000008
【図７】
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