(57)【要約】【課題】暗視野光学式検査装置では、ＴＴＬにおけるリアルタイムでの合焦追従対応が困難である。また、斜め方向からの反射光の位置ズレを検出する方式では、撮像用レンズとの誤差や温度変化等の環境変化および合焦制御ユニットの経時変化によるズレ（オフセット）量を補完することが困難である。さらに検査時の環境等により合焦位置が変化してしまうため、ＴＴＬ開始時においてもある程度の合焦が保たれていなければ、高精度にするためには画像のサンプル数を増やしたりする必要があるため時間がかかってしまう。【解決手段】ＴＴＬとＳ字カーブ制御を同時積載し、合焦位置認識はＴＴＬ、合焦位置追従動作にはＰＳＤ（ＣＣＤ）方式というように用途を切替えることで、より高精度で短時間の検査を行うことができる。また、ＴＴＬ実行時に前回の合焦位置情報をフィードバックすることにより、ＴＴＬの時間を短縮することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の欠陥を検査する検査装置において
ＴＴＬ方式の光学系と、
ＰＳＤ方式の光学系と、
検査対象物を移動するステージと、
前記ステージの移動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、検査の際に、前記ＰＳＤ方式の光学系における合焦位置に、前記ＴＴＬ方式の光学系における焦点位置を反映した位置に、前記ステージを移動する検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記制御部は、
過去のオフセット量、又は任意の規定値を使用して、前記ステージを移動する検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検査装置において、
前記ＴＴＬ方式の光学系における合焦位置を探索する処理部を有し、
前記制御部は、
前記処理部が、前記ＴＴＬ方式の光学系における合焦位置を探索する前に、
過去のオフセット量、又は任意の規定値を使用して、前記ステージを移動する検査装置。
【請求項４】
検査対象物の欠陥を検査する検査方法において、
ＰＳＤ方式を使用してステージを移動し、
ＴＴＬ方式を使用して合焦位置を確認し、
前記ＴＴＬ方式における合焦位置を、前記ＰＳＤ方式の合焦位置に反映し、
前記ＴＴＬ方式における合焦位置を、前記ＰＳＤ方式の合焦位置に反映した位置において、検査を行う検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査装置に関するものである。例えば半導体ウエハの欠陥検査に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ等の基板の製造ラインにおいては、製造過程において基板に付着した欠陥や傷等（以下、欠陥と称す。）の検査が行われている。
【０００３】
上記のような欠陥を検査する装置が欠陥検査装置である。
【０００４】
半導体ウエハのパターンサイズが微細化されることに伴い、検出が要求される欠陥も微小となる。そのため検査装置の検出光学系はレンズの高性能化（ＮＡ向上），照明光の短波長化によって、焦点深度は理論上浅くなっていく。また、空気の屈折率は、光の波長，温度，気圧，二酸化炭素濃度により変化するため常に安定した合焦位置での制御が難しくなる。
【０００５】
半導体の露光装置の分野では、合焦位置の制御を特許文献１にあるように撮像用レンズを通った光でピント面を調整するＴＴＬ（Through The Lens）方式、撮像用レンズを通さずウエハ面に斜め方向から光束を入射させ、その反射光の位置ズレ量をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等から得られた信号から制御するもの（ＰＳＤ方式）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８４１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、欠陥検査装置のように常に像が変化する装置に対しては、ＴＴＬではリアルタイムでの合焦追従対応が困難であり、ＰＳＤやＣＣＤを用いて斜め方向からの反射光の位置ズレを検出する方式では、撮像用レンズとの誤差や温度変化等の環境変化および合焦制御ユニットの経時変化によるズレ（オフセット量）を補完することが困難である。
【０００８】
また、検査時の環境等により合焦位置が変化してしまうため、ＴＴＬ開始時においてもある程度の合焦が保たれていなければ、高精度にするために画像のサンプル数を増やしたりする必要があるため時間がかかってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、スピードを落とさずに環境変化による影響を低減して、高精度な検査を実施することができる欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、ＴＴＬ方式の光学系と、ＰＳＤ方式の光学系と、検査対象物を移動するステージと、前記ステージの移動を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、検査の際に、前記ＰＳＤ方式の光学系における合焦位置に、前記ＴＴＬ方式の光学系における焦点位置を反映した位置に、前記ステージを移動することを特徴とする。
【００１１】
本発明ではその他に、前記制御部は、過去のオフセット量、又は任意の規定値を使用して、前記ステージを移動することを特徴とする。
【００１２】
本発明ではその他に、前記ＴＴＬ方式の光学系における合焦位置を探索する処理部を有し、前記制御部は、前記処理部が、前記ＴＴＬ方式の光学系における合焦位置を探索する前に、過去のオフセット量、又は任意の規定値を使用して、前記ステージを移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、環境変化や経時変化があっても、スループットを維持しながら検出感度の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係わる欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】ステージを上下したときの表面高さ位置検出系の検出器６０ａ，６０ｂから得られた電気信号を処理したものの一例である。
【図３】本発明の実施例に係わる合焦動作の概略フローチャートである。
【図４】本発明の実施例に係わる毎葉ＴＴＬ選択画面の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例の装置は、検出光学系とは別に焦点制御系（焦点検出光学系＋焦点駆動系）を有し、ウエハスキャン時は焦点検出光学系で検出した焦点位置に焦点駆動系を制御して、検出光学系の焦点をウエハ面の凹凸に追従させる機能を有する。
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係わる欠陥検査装置の概略構成を示す図である。  
本実施例の欠陥検査装置は、欠陥検出系の照明手段１０，欠陥検出系の検出手段２０（受光手段２０ａ，結像手段２０ｂ），Ｘスケール３０，Ｙスケール４０，表面高さ位置検出系の照明装置５０，表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ），処理装置１００，ステージＺの制御装置２００、及び、画像表示装置３００を含んで構成されている。
【００１８】
照明手段１０は、検査光として所定の波長のレーザー光を発生し、その光ビームを被検査物であるウエハ１の表面へ照射する。
【００１９】
欠陥検出系の検出手段２０は、被検査物の表面から反射または散乱する光を受光して光強度を検出する。
【００２０】
表面にチップ２が形成されたウエハ１は、ウエハテーブル（ステージＺ９０）上に搭載されており、ステージＺがＹ方向及びＸ方向へ移動することによって、レーザー装置１０から照射された光ビームがウエハ１の表面を走査する。
【００２１】
つまり、ステージＺを縦横の水平方向に移動させてウエハ１の表面全体に検査光の走査を行うことができる。
【００２２】
結像手段２０ｂは、例えばＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサ，ＣＣＤセンサ，光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）等から成り、ウエハ１の表面で発生した散乱光を受光して、その強度を電気信号に変換し、画像信号として処理装置１００へ出力する。
【００２３】
Ｘスケール３０及びＹスケール４０は、例えばレーザースケール等から成り、ウエハ１のＸ方向位置及びＹ方向位置をそれぞれ検出して、その位置情報を処理装置１００へ出力する。
【００２４】
表面高さ位置検出系の照明装置５０は、被検査物に表面高さ位置検出の検出光を照射する。
【００２５】
表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ）は、被検査物の表面高さ位置を検出し、被検査物の上下方向に検出中心位置を異にする二つの検出器を有する。
【００２６】
像面観察手段７０は、ＴＴＬ方式であり、例えばＣＣＤセンサ等から成り、受光手段２０ａを通過した後のウエハ１の表面から反射・散乱した光を受光し、その強度を電気信号に変換し、画像信号として、画像処理装置８０へ出力する。
【００２７】
処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０，画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０、及び検査結果記憶装置１５０を含んで構成されている。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器１１０は、結像手段２０ｂから入力したアナログ信号の画像信号を、ディジタル信号の画像信号に変換して出力する。
【００２９】
画像処理装置１２０は、例えば遅延回路と差分検出回路とを含んで構成される。遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号を入力して遅延することにより、検査光の走査で現在光ビームが照射されているチップの１つ前の既に光ビームの照射が終了したチップの画像信号を出力する。
【００３０】
欠陥判定装置１３０は、光強度検出手段が検出した光強度データより被検査物に存在する欠陥の有無を検査ないし判定し、判定回路１３１及び係数テーブル１３２，１３３を含んで構成されている。係数テーブル１３２，１３３には、しきい値を変更するための係数が座標情報と対応付けて格納されている。
【００３１】
係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理装置１４０からの座標情報を入力して、その座標情報に対応付けて格納されている係数を、判定回路１３１へ出力する。
【００３２】
判定回路１３１には、画像処理装置１２０から隣接するチップ相互の画像信号の差分が入力され、係数テーブル１３２，１３３からしきい値を変更するための係数が入力される。
【００３３】
判定回路１３１は、予め定められた値に係数テーブル１３２，１３３から入力した係数を掛け算して、しきい値を作成する。
【００３４】
そして、画像信号の差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以上である場合に欠陥と判定して、検査結果を検査結果記憶装置１５０へ出力する。
【００３５】
判定回路１３１はまた、判定に用いたしきい値の情報を検査結果記憶装置１５０へ出力する。
【００３６】
座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力したウエハ１の位置情報に基づき、ウエハ１上の現在光ビームが照射されている位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を出力する。
【００３７】
検査結果記憶装置１５０は、欠陥判定装置１３０から入力した検査結果と、座標管理装置１４０から入力した座標情報とを対応付けて記憶する。
【００３８】
検査結果記憶装置１５０は、また、欠陥判定装置１３０から入力したしきい値の情報を、検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。
【００３９】
ステージＺ制御装置２００は、ステージを上下動させて被検査物の上下位置を可変する上下位置可変手段を制御する。
【００４０】
図２を用いて表面検出（表面高さ位置検出）系の焦点位置合わせについて説明する。
【００４１】
ウエハ１の表面に対して斜方から表面高さ位置検出系の照明装置５０のビーム照明を入射し、ウエハ１の表面で正反射したビームを表面高さ位置検出系の検出器で検出し電気信号を得る。この検出方法はＰＳＤ方式の一種であり、実際の検査時におけるウエハ１の表面の位置を検出する事が可能である。このＰＳＤ方式により、図２に示すＳ字カーブを得ることができる。なお、ＰＳＤ方式の構成は、Ｓ字カーブが取れるような構成であれば、本実施例の構成に限定されない。
【００４２】
図２はステージを上下したときの表面高さ位置検出系の検出器６０ａ，６０ｂから得られた電気信号を処理したものである。
【００４３】
検出器６０ａからの電気信号をＡ、検出器６０ｂからのそれをＢとし、横軸をステージ高さ、縦軸を（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）としている。図２では、ＰＳＤ方式での合焦位置は、横軸と縦軸との交点となる。
【００４４】
図３を用いてＴＴＬ方式とＰＳＤ方式とを用いた合焦制御ついて、以下説明する。  
表面高さ位置検出系の検出器６０により前回のオフセット量をフィードバックし、擬似チップでの合焦位置に合わせる。フィードバック有無は設定により変更することが可能であり、フィードバック無の場合は任意の規定値をオフセット量に反映させる。
【００４５】
照明手段１０によりドットパターンが形成された擬似チップへ、ビームが照明される。
そして、擬似チップからの光を表面高さ位置検出系の検出器６０を用いたＰＳＤ方式により検出する。
【００４６】
前回のオフセット量をフィードバックする場合は、ステージＺ制御装置は、ステージＺを、前回のオフセット量を反映した位置に移動する。
【００４７】
前回のオフセット量をフィードバックしない場合は、ステージＺ制御装置は、ステージＺを、任意の規定値（例えば図２の横軸と縦軸との交点等）の位置に移動する。
【００４８】
この動作により、あらかじめステージＺを合焦位置へ近づけることができるので、ＴＴＬ方式を用いて合焦位置を認識する時間を短縮することができる。
【００４９】
次にＴＴＬ方式を用いて、合焦位置を認識する。擬似チップから散乱されて光が受光手段２０ａを通過し、像面観察手段７０で電気信号に変換され、画像処理装置８０に入力される。
【００５０】
ステージＺを上下したときの画像を使用して画像処理装置８０は、ＴＴＬ方式での合焦位置を探索する。
【００５１】
ＴＴＬ方式での合焦位置とＳ字カーブにおける原点とを使用して、オフセット量を認識する。
【００５２】
このＳ字カーブの原点にオフセット量を反映したステージ位置が、ＰＳＤ方式の合焦位置に撮像用レンズとの誤差や温度変化等の環境変化および合焦制御ユニットの経時変化によるズレや温度変化等の環境変化および合焦制御ユニットの経時変化によるズレを反映したステージ位置となる。
【００５３】
ウエハ検査時は、このオフセット量を維持するようにステージＺ制御装置２００により常に合焦となるように制御される。
【００５４】
このようにＴＴＬ方式とＰＳＤ方式を積載し、合焦位置認識はＴＴＬ、合焦位置追従動作にはＰＳＤ方式というように用途を切替えることで、より高精度で短時間の検査を行うことができる。
【００５５】
また、可動部を持っているような表面高さ位置検出機構を積載している検査装置において、表面高さ位置検出機構の位置再現性が良くない場合でも、ＴＴＬで合焦位置を設定しＳ字カーブ制御で合焦維持を行うことにより検出感度の安定化が図れ、高精度の検査を実施することができる。
【実施例２】
【００５６】
本発明の一態様によれば像面観察手段７０は、受光手段２０ａを共用することもできる。共用することにより構成部品の簡略化を図ることができる。
【実施例３】
【００５７】
図２のＳ字カーブとＴＴＬ合焦位置をディスプレイ等に表示することにより、オフセット量を確認することもできる。
【実施例４】
【００５８】
毎葉検査におけるＴＴＬ実施の有無を、図４のように検査条件画面においてユーザが選択できるようにすることで、大きな環境変化を伴うほどの検査時間を有するものであっても、検査毎にＴＴＬ実施するため高精度を維持することもできる。
【符号の説明】
【００５９】
１  ウエハ
２  チップ
１０  照明手段
２０  検出手段（２０ａ  受光手段，２０ｂ  結像手段）
３０  Ｘスケール
４０  Ｙスケール
５０  表面高さ位置検出系の照明装置
６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ）  表面高さ位置検出系の検出器
７０  像面観察手段
８０  画像処理装置
９０  ステージＺ
１００  処理装置
１１０  Ａ／Ｄ変換器
１２０  画像処理装置
１２１  画像比較回路
１２２  しきい値演算回路
１２３  しきい値格納回路
１３０  欠陥判定装置
１３１  判定回路
１３２，１３３  係数テーブル
１４０  座標管理装置
１５０  検査結果記憶装置
２００  ステージＺ制御装置
３００  画像表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011069676.tif 000006