(57)【要約】【課題】物体面に対する焦点調節を自動的に行うオートフォーカス装置に関し、焦点調節を高精度に行うことができるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。【解決手段】開口部を有する照明絞りと、照明絞りを介して物体面に照明光を照射する照明手段と、照明光の照射によって物体面で反射された光束を２つに分割する分割手段と、分割手段によって分割された２つの光束を受光して、該２つの光束に対応する照明絞りの２つの像を形成する光電変換手段と、照明絞りの２つの像の相対関係に基づいて、焦点のずれを示すＡＦ誤差情報を検出し、該ＡＦ誤差情報に応じて物体面と結像光学系との相対的な位置を変えることにより、焦点調節を行う焦点調整手段とを備えたオートフォーカス装置において、照明絞りの開口部は、形状的な変調が加えられていることを特徴とする。【選択図】　　　図２
2004133011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する照野絞りと、
前記照野絞りを介して物体面に照明光を照射する照明手段と、
前記照明光の照射によって前記物体面で反射された光束を２つに分割する分割手段と、
前記分割手段によって分割された２つの光束を受光して、該２つの光束に対応する前記照野絞りの２つの像を形成する光電変換手段と、
前記照野絞りの２つの像の相対関係に基づいて、焦点のずれを示すＡＦ誤差情報を検出し、該ＡＦ誤差情報に応じて前記物体面と前記結像光学系との相対的な位置を変えることにより、焦点調節を行う焦点調整手段と
を備えたオートフォーカス装置であって、
前記照野絞りの開口部は、
形状的な変調が加えられている
ことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
請求項１に記載のオートフォーカス装置において、
前記焦点調整手段は、
前記照野絞りの開口部に加えられた形状的な変調に応じた２次元の相関関数に基づいて、前記ＡＦ誤差情報を検出する
ことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のオートフォーカス装置において、
前記照野絞りの開口部は、
２つの方向に対して形状的な変調が加えられている
ことを特徴とするオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体面に対する焦点調節を自動的に行うオートフォーカス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体ウエハや液晶表示パネル用基板等の検査装置には、検査対象の物体面に対する焦点調節を自動的に行うオートフォーカス装置が設けられている。
このようなオートフォーカス装置には、スリットを透過した照明光を物体面に照射し、物体面から反射した光束を２つの光束に分離し、その２つの光束に相当するスリット像のエッジ間の距離に基づいて焦点調節を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１４１５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した検査装置による検査対象の物体面には、直線状の回路パターンが形成されている場合が多く、スリットを透過した照明光のエッジが、回路パターンの直線状の部分に平行に掛かってしまう可能性が高い。そのため、このような検査装置に設けられているオートフォーカス装置では、物体面の回路パターンに影響されてスリット像のエッジを正確に検出することができず、焦点調節を高精度に行うことができない場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、物体面の状態に影響されることなく、その物体面の焦点調節を高精度に行うことができるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のオートフォーカス装置は、開口部を有する照野絞りと、前記照野絞りを介して物体面に照明光を照射する照明手段と、前記照明光の照射によって前記物体面で反射された光束を２つに分割する分割手段と、前記分割手段によって分割された２つの光束を受光して、該２つの光束に対応する前記照野絞りの２つの像を形成する光電変換手段と、前記照野絞りの２つの像の相対関係に基づいて、焦点のずれを示すＡＦ誤差情報を検出し、該ＡＦ誤差情報に応じて前記物体面と前記結像光学系との相対的な位置を変えることにより、焦点調節を行う焦点調整手段とを備えたオートフォーカス装置であって、前記照野絞りの開口部は、形状的な変調が加えられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載のオートフォーカス装置は、請求項１に記載のオートフォーカス装置において、前記焦点調整手段は、前記照野絞りの開口部に加えられた形状的な変調に応じた２次元の相関関数に基づいて、前記ＡＦ誤差情報を検出することを特徴とする。
請求項３に記載のオートフォーカス装置は、請求項１または請求項２に記載のオートフォーカス装置において、前記照野絞りの開口部は、２つの方向に対して形状的な変調が加えられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。ただし、以下では、本発明のオートフォーカス装置の機能を備えた半導体検査装置を用いて説明を行う。
図１は、本発明の実施形態に対応する半導体検査装置の構成を示す図である。
【０００９】
図１において、半導体検査装置１００は、光源１と、コンデンサレンズ２と、後述するように形状的な変調が加えられた開口部を有する照野絞り３とを備えており、照野絞り３では、光源１から照射されてコンデンサレンズ２によって集光された照明光から、オートフォーカス用の光束が形成される。このようにして形成されたオートフォーカス用の光束は、投影レンズ４を介して第１のハーフミラー５に導かれる。
【００１０】
第１のハーフミラー５の光源１からの光の反射光路上には、第１の対物レンズ６が設けられており、前述したオートフォーカス用の光束は、第１のハーフミラー５を反射し、第１の対物レンズ６を介して、把持部７に固定されている半導体ウエハ８の被検面を照明する。
半導体ウエハ８の被検面からの反射光は、第１の対物レンズ６を介して第１のハーフミラー５に導かれる。第１のハーフミラー５の透過光路上には、第２のハーフミラー９が設けられ、第２のハーフミラー９の反射光路上には、リレーレンズ１０の他、略瞳位置に配置された瞳分割プリズム１１が設けられ、第２のハーフミラー９を反射した光束は、瞳分割プリズム１１によって２つの光束に瞳分割され、結像レンズ１２を介して第１の２次元光電変換部１３に導かれる。
【００１１】
その結果、第１の２次元光電変換部１３では、計測方向に半導体ウエハ８の被検面と略共役で、かつ、非計測方向に略瞳共役なオートフォーカス用の２次元の２つの像が形成され、これらの２つの像に関する信号が生成されることになる。一方、第２のハーフミラー９の透過光路上には、第２の対物レンズ１４，結像レンズ１５が設けられ、半導体ウエハ８の被検面からの反射光は、第１のハーフミラー５および第２のハーフミラー９を透過し、第２の対物レンズ１４，結像レンズ１５を介して第２の２次元光電変換部１６に導かれる。
【００１２】
その結果、第２の２次元光電変換部１６では、半導体ウエハ８の被検面の拡大像が形成されることになる。
また、半導体検査装置１００は、前述した各部の他に、焦点位置検出部１７，フォーカス・アクチュエータ駆動部１８，画像処理部１９を備えている。
焦点位置検出部１７には、第１の２次元光電変換部１３によって生成されるオートフォーカス用の２次元の２つの像に関する信号が供給される。焦点位置検出部１７は、このような信号を照野絞り３の開口部における形状的な変調に応じて正規化し、正規化した信号により得られる２次元の自己相関関数に基づいて、焦点のずれを示すＡＦ誤差情報を検出し、フォーカス・アクチュエータ駆動部１８に通知する。
【００１３】
ただし、本実施形態では、第１の２次元光電変換部１３における計測方向の各ラインのうち、照野絞り３の開口部における形状的な変調に応じて選択したラインの信号強度を、計測方向に垂直な方向に積算して強度プロファイルを生成し、その強度プロファイルに基づいて、オートフォーカス用の各々の像に対するエッジの中点間の距離ＬをＡＦ誤差情報として検出する例を示す（詳細は後述する）。
【００１４】
フォーカス・アクチュエータ駆動部１８は、焦点位置検出部１７から通知されるＡＦ誤差情報に応じて把持部７を駆動し、半導体ウエハ８を移動させる。その結果、半導体ウエハ８の被検面に対する焦点調節が実現されることになる。なお、焦点調整の実現は、このような方法に限らず、例えば、第１の対物レンズ６等の光学系を移動する等、如何なる方法で行っても良い。
【００１５】
また、画像処理部１９には、第２の２次元光電変換部１６によって生成される半導体ウエハ８の拡大像に相当する画像が供給される。そして、画像処理部１９は、このような画像に所定の画像処理を施して半導体ウエハ８の検査を実現する。
図２は、本実施形態における照野絞り３の開口部の形状を示す図である。
図２において、（ａ）は、計測方向に垂直なエッジに沿った方向に対して、形状的な変調が加えられた場合の例を示しており、（ｂ）は、計測方向に垂直なエッジに沿った方向と、計測方向のエッジに沿った方向との２方向に対して、形状的な変調が加えられた場合の例を示している。すなわち、既存の半導体検査装置では、長方形の開口部に相当するスリットが設けられているのに対し、本実施形態における半導体検査装置１００では、図２（ａ），（ｂ）のように形状的な変調が開口部に加えられた照野絞り３が設けられていることになる。
【００１６】
ここで、開口部に形状的な変調が加えられている構成についてさらに詳しく説明する。従来の開口部のエッジの形状は、計測方向に垂直な方向および計測方向に沿った方向に平行な直線で形成されていた。これに対して、本実施形態では、開口部のエッジの形状が次のように形成されている。すなわち、計測方向に垂直な方向に沿ったエッジの形状が、計測方向に垂直な方向に対して平行でない部分を有するように構成されている。あるいは、計測方向に沿ったエッジの形状が、計測方向に沿った方向に対して平行でない部分を有するように構成されている。
【００１７】
図２（ａ）は、計測方向に垂直な方向に沿ったエッジの形状が、計測方向に垂直な方向に対して平行でない部分を有するように構成されている例（前者の例）である。そして、図２（ｂ）は、計測方向に垂直な方向に沿ったエッジの形状が、計測方向に垂直な方向に対して平行でない部分を有するように構成されており、かつ、計測方向に沿った開口部のエッジの形状が、計測方向に沿った方向に対して平行でない部分を有するように構成した例（前者と後者の両方の構成を含む例）である。
【００１８】
ここで、照野絞り３の開口部に形状的な変調が加えられていることによる効果を明確にするため、照野絞り３の開口部が、長方形である場合と図２（ａ）のような形状である場合とで、焦点位置検出部１８によって検出されるＡＦ誤差情報（前述した距離Ｌに相当する）の違いについて説明する。
まず、照野絞り３の開口部が長方形である場合について説明する。
【００１９】
このような場合、半導体ウエハ８の被検面に照明されるオートフォーカス用の光束が、その被検面に形成されている回路パターンに掛かっていない状態（図３（１）に相当する）では、第１の２次元光電変換部１３における計測方向の各ラインの信号強度を計測方向に垂直な方向に積算して得られる強度プロファイルは、図３（２）のような形状を示す。図３（２）において、強度プロファイルＬ，Ｒは、第１の２次元光電変換部１３によって生成されるオートフォーカス用の２つの像に対応し、これらの強度プロファイルＬ，Ｒのエッジは、半導体ウエハ８の被検面に形成されている回路パターンに影響されないため正確である。
【００２０】
したがって、焦点位置検出部１８は、このような強度プロファイルＬ，Ｒのエッジを検出して、各々のエッジの中点間の距離Ｌを検出することによって、ＡＦ誤差情報を高精度に検出することができる。
【００２１】
しかし、図４（１）のように、オートフォーカス用の光束が半導体ウエハ８の被検面に形成されている回路パターンの直線状の部分に平行に掛かっている状態では、強度プロファイルは、回路パターンの影響によって、図４（２）のような形状を示す。すなわち、オートフォーカス用の２つの像に対応する強度プロファイルＬ，Ｒの右側のエッジは、本来の形状からａ１，ａ２の部分が欠けた形状を示すことになる。また、このようなａ１，ａ２の部分の形状は、第１の２次元光電変換部１３等の不完全さによって、一致しない場合が多い。
【００２２】
したがって、焦点位置検出部１８は、図４（２）のような強度プロファイルＬ，Ｒのエッジの中点の距離Ｌを検出しても、ＡＦ誤差情報を高精度に検出することができない。
次に、照野絞り３の開口部が図２（ａ）のような形状であり、オートフォーカス用の光束が、図５（１）のように、半導体ウエハ８の被検面に形成されている回路パターンの直線状の部分に掛かっている場合について説明する。
【００２３】
このような場合、第１の２次元光電変換部１３における計測方向の各ラインのうち、回路パターンの直線状の部分が掛かっているライン（図５（１）のｎ１，ｎ３，ｎ５に相当する）では、その強度分布は、回路パターンの影響によって右側が暗くなり、本来の信号強度が得られない。そのため、焦点位置検出部１８における強度プロファイルの生成に際して、このようなラインの信号強度が積算されてしまうと、正確な強度プロファイルを生成することはできない。
【００２４】
しかしながら、本実施形態では、照野絞り３の開口部の形状が予め分かっており、第１の２次元光電変換部１３における計測方向の各ラインのうち、回路パターンの直線状の部分が掛かっているライン（図５（１）のｎ１，ｎ３，ｎ５に相当する）を認識することが可能である。そのため、焦点位置検出部１８では、回路パターンの直線状の部分が掛かっていないライン（図５（１）のｎ２，ｎ４，ｎ６に相当する）の信号強度のみを、計測方向に垂直な方向に積算することによって、回路パターンに影響されずに、正確な強度プロファイル（図５（２）に相当する）を生成することができる。
【００２５】
したがって、焦点位置検出部１８は、図５（２）のような強度プロファイルＬ，Ｒの所定の閾値におけるエッジの中点間の距離Ｌを検出することによって、ＡＦ誤差情報を高精度に検出することができる。
以上説明したように、図２（ａ）のように形状的な変調が加えられた開口部を有する照野絞り３によれば、開口部が長方形である場合に比べて、半導体ウエハ８の被検面に形成されている回路パターンの影響を受け難いＡＦ誤差情報を検出することができる。また、図２（ｂ）のように、２つの方向に対して形状的な変調が加えられた開口部を有する照野絞り３によれば、半導体ウエハ８の被検面に形成されている回路パターンによる影響を、更に受け難くすることができる。
【００２６】
その結果、本実施形態に対応する半導体検査装置１００では、既存の半導体検査装置に比べて、高精度に焦点調節を行うことができる。
なお、本実施形態では、照野絞り３の開口部を図２（ａ），（ｂ）のような形状にすることによって、照野絞り３の開口部における形状的な変調が実現されているが、照野絞り３の開口部は、図２（ａ），（ｂ）に限定されず、図６（ａ），（ｂ）のような形状であっても良い。特に、本実施形態では、照野絞り３の開口部に加えられる形状的な変調は、自己相関関数にピークをもつ関数（例えば、Ｍ系列）に応じて決定することが望ましく、このようにして決定される変調によれば、半導体ウエハ８における回路パターンの影響が確実に除去されたＡＦ誤差情報を検出することが可能となり、焦点調節の精度を更に高めることができる。
【００２７】
ところで、照野絞り３の開口部の形状が長方形であったとしても、第１の２次元光電変換部１３に対する露光の有無（光源１の点灯／消灯を含む）を切り換えることができれば、照野絞り３の開口部には、形状的な変調を時間的に加えることが可能である。また、このようにして加えられる変調によって生じる強度プロファイルの形状の変化を解析すれば、強度プロファイルにおける本来のエッジを検出することができる。そのため、本実施形態では、前述したような強度プロファイルの形状の変化の解析や、強度プロファイルにおける本来のエッジの検出を、焦点位置検出部１８で行わせることによって、高精度なＡＦ誤差情報の検出を実現させることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、照野絞りの開口部に形状的な変調を加えことによって、焦点調節を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に対応する半導体検査装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態における照野絞りの開口部の形状を示す図である。
【図３】照野絞りの開口部の状態に対応する強度プロファイルの例を示す図である。
【図４】照野絞りの開口部の状態に対応する強度プロファイルの例を示す図である。
【図５】照野絞りの開口部の状態に対応する強度プロファイルの例を示す図である。
【図６】照野絞りの開口部の形状の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１　光源
２　コンデンサレンズ
３　照野絞り
４　投影レンズ
５　第１のハーフミラー
６　第１の対物レンズ
７　把持部
８　半導体ウエハ
９　第２のハーフミラー
１０　リレーレンズ
１１　瞳分割プリズム
１２、１５　結像レンズ
１３　第１の２次元光電変換部
１４　第２の対物レンズ
１６　第２の２次元光電変換部
１７　焦点位置検出部
１８　フォーカス・アクチュエータ駆動部
１９　画像処理部
１００　半導体検査装置
【図１】
2004133011.tif 000003
【図２】
2004133011.tif 000004
【図３】
2004133011.tif 000005
【図４】
2004133011.tif 000006
【図５】
2004133011.tif 000007
【図６】
2004133011.tif 000008