(57)【要約】【課題】被測定物の画像に基づいて被測定物の測定を行う画像測定装置に関し、固定パターンノイズの補正を確実に行うことができる画像測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】撮像面に形成された被測定物の像を光電変換し、その画像を生成する撮像手段と、被測定物の像を撮像面に合焦させる焦点調節手段と、焦点調節手段により合焦された状態の焦点位置にオフセットをかけるオフセット手段と、オフセットがかけられた状態で撮像手段が生成した画像に対して、オフセットの量に応じた補正を行う補正手段と、補正手段により補正された画像に基づき被測定物の測定を行う測定手段とを有することを特徴とする。【選択図】　　　図３
2004102064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面に形成された被測定物の像を光電変換し、その画像を生成する撮像手段と、
被測定物の像を前記撮像面に合焦させる焦点調節手段と、
前記焦点調節手段により合焦された状態の焦点位置にオフセットをかけるオフセット手段と、
前記オフセットがかけられた状態で前記撮像手段が生成した画像に対して、前記オフセットの量に応じた補正を行う補正手段と、
前記補正手段により補正された画像に基づき被測定物の測定を行う測定手段とを有することを特徴とする画像測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記補正は、焦点位置に応じて変化する固定パターンノイズを除去するための補正であることを特徴とする画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の画像に基づいて被測定物の測定を行う画像測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像測定装置には、半導体ウエハや液晶表示パネル用基板等の検査装置のように、被検面上に形成された回路層やレジスト層等の拡大画像を撮像素子等を介して生成し、その拡大画像を測定する対象とするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この種の検査装置では、例えば、各層の位置ずれを検査する場合、被検面上に形成されたアライメントマークの拡大画像を撮像素子等を介して生成し、そのアライメントマークの拡大画像を画像処理することによって、位置ずれ量の計測が実現される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４０３２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、被検面上に形成される膜の厚さは、薄くなってきており、そのため、アライメントマークの段差も小さくなり、アライメントマークの画像のコントラストが低くなってしまう。
【０００６】
一方、この種の画像測定装置による画像は、固定パターンノイズの影響を受ける。固定パターンノイズとは、被検物に依存しないで存在するノイズであり、主に撮像素子と光学系に原因がある。前述のように、画像のコントラストが低くなると、この固定パターンノイズの影響を受けやすくなる。そのため、画像からアライメントマークのエッジ部分を精度良く検出することが困難になり、その結果高精度な測定が困難となってきている。そこで、固定パターンノイズの影響を除去するための補正を行うことが考えられる。
【０００７】
また、この種の装置は通常、オートフォーカス機能を有している。オートフォーカスは、光学系の焦点位置と被検面の位置とを一致させる（このことを「合焦させる」という）ことによって行われる。被検面上のアライメントマークは凹凸によって作られたマークであり、光学系の光軸方向に高さを持っている。このようなマークに対してオートフォーカスを行った場合、マークの高さ方向のいずれかの位置に焦点位置がきたときに合焦状態になったと判断される。どの位置で合焦状態になるかは、そのマークの形状や凹凸の状態によって変化する。さて、このように、オートフォーカスによれば、合焦状態とすることはできるのであるが、合焦状態となったときの焦点位置が、画像測定にとって必ずしも最良の位置であるとは限らない。これは、オートフォーカスによって合焦状態だと判断された焦点位置において得られた画像がコントラストが最も高いとは限らないからである。そこで、良好な画像を得るために焦点位置をずらす場合がある。すなわち、焦点位置にオフセットをかけ、その状態の画像で測定を行う。
【０００８】
しかしながら、このように焦点位置にオフセットをかけた場合、対物レンズからの被検物に対する光路長、および照明系に対する光路長が変化する。このため、光学的な条件が変化し、その結果、前述の固定パターンノイズも変化してしまう。
以上のように、固定パターンノイズの補正をしようとしても、焦点位置にオフセットをかけた場合は固定パターンノイズが変化してしまうため、正常に補正ができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、固定パターンノイズの補正を確実に行うことができる画像測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決のため本発明の請求項１に係る発明は、
撮像面に形成された被測定物の像を光電変換し、その画像を生成する撮像手段と、
被測定物の像を前記撮像面に合焦させる焦点調節手段と、
前記焦点調節手段により合焦された状態の焦点位置にオフセットをかけるオフセット手段と、
前記オフセットがかけられた状態で前記撮像手段が生成した画像に対して、前記オフセットの量に応じた補正を行う補正手段と、
前記補正手段により補正された画像に基づき被測定物の測定を行う測定手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１の画像測定装置において、
前記補正は、焦点位置に応じて変化する固定パターンノイズを除去するための補正であることを特徴とする。
【００１２】
【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、本発明の画像測定装置の一例として、オートフォーカス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。
【００１３】
図１において、半導体検査装置１００は、光源１と、光源１から射出される照明光を集光するコンデンサレンズ２と、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スリット状の光束を形成するＡＦ用スリット３とを備えており、ＡＦ用スリット３によって形成されたオートフォーカス用のスリット状の光束は、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。
【００１４】
第１のハーフミラー５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スリット状の光束は、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を照明する。
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，第２の対物レンズ１０，結像レンズ１１が設けられ、半導体ウエハ８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１０，結像レンズ１１を介して２次元光電変換部１２に導かれる。
【００１５】
その結果、２次元光電変換部１２では、半導体ウエハ８の拡大像が形成され、その拡大像に相当する画像（例えば、後述するアライメントマークの拡大画像）が生成されることになる。
第２のハーフミラー９の反射光路上には、リレーレンズ１３の他、略瞳位置に配置された瞳分割プリズム１４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１４によって２つに分割され、結像レンズ１５，シリンドリカルレンズ１６を介してＡＦ用光電変換部１７に導かれる。
【００１６】
その結果、ＡＦ用光電変換部１７では、計測方向に半導体ウエハ８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スリットの像が形成され、その像に関する信号が生成されることになる。ここで、計測方向とは、図１の矢印Ａの方向である。
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１８，フォーカス・アクチュエータ駆動部１９，補正部２０，画像処理部２１を備えている。
【００１７】
焦点位置検出部１８には、ＡＦ用光電変換部１７によって生成されるオートフォーカス用のスリットの像に関する信号が供給される。焦点位置検出部１８は、このような信号に基づいて焦点位置を検出し、フォーカス・アクチュエータ駆動部１９に焦点位置に対応した信号を送信する。
補正部２０には、２次元光電変換部１２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。補正部２０は、このような画像に対して固定パターンノイズを除去するための補正を行い、補正済みの画像を画像処理部２１に供給する。なお、補正部２０は、このような補正の過程で選択されるオフセット値をフォーカス・アクチュエータ駆動部１９に出力する。オフセット値は、前述したように、焦点位置にかけるオフセット量に関する値である。
【００１８】
フォーカス・アクチュエータ駆動部１９は、このようなオフセット値と前述した焦点位置とに基づき把持部７を駆動し、半導体ウエハ８を移動させる。
画像処理部２１は、補正部２０によって補正された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、補正部２０の構成を示す図である。
【００１９】
図２において、補正部２０は、複数の補正データが個別に格納されている複数の補正データメモリ５０１〜５０ｎ（ただし、ｎは正の整数）と、データ選択部５１と、乗算器または加算器から成る補正実行部５２とを備えている。ここで、補正データは、２次元光電変換部１２の持つ固定パターンノイズ、光源１から対物レンズ６に至るまでの照明光学系が持つ固定パターンノイズ、対物レンズ６から結像レンズ１１に至るまでの受光光学系が持つ固定パターンノイズのうち少なくとも１つを補正するためのデータである。データ選択部５１は、オフセット値を選択し、フォーカス・アクチュエータ駆動部１９に出力する。さらに、データ選択部５１は、補正データを補正データメモリ５０１〜５０ｎから選択し、補正実行部５２に出力する。補正実行部５２は、補正データに基づいて、２次元光電変換部１２からの画像を補正して出力する。
【００２０】
以下、上層と下層の位置ずれを検出する半導体検査装置１００の動作を、図３のフローチャートに基づき説明する。半導体ウエハ８には、各々のショット領域に対応付けて複数のアライメントマークが形成されている。
まず、補正部２０内のデータ選択部５１は、オペレータによって指示された位置ずれの検査対象のショット領域に対応するアライメントマークの識別情報と、位置ずれ量の計測対象となる層の処理工程を示す情報とを入力する（図３Ｓ１）。
【００２１】
ただし、検査対象の全ての半導体ウエハ８の各層に形成された回路パターンが同一である場合には、半導体ウエハ８の識別情報としての処理工程を示す情報を取得せずにアライメントマークの識別情報のみを取得しても良い。
データ選択部５１は、予め内部に格納された複数のオフセット値から、アライメントマークおよび位置ずれ量の計測対象となる層の処理工程を示す情報に応じたオフセット値を選択する（図３Ｓ２）。
【００２２】
本実施形態では、アライメントマークのコントラストを向上させるために、焦点位置検出部１７によって検出される焦点位置に、前述した段差に応じた分だけオフセットをかけて、アライメントマークにフォーカスさせることができる。
本実施形態では、このようなオフセットを実現させるためのオフセット値が予め設定され、前述した識別情報に対応付けられてデータ選択部５１内に格納されている。このオフセット値は、マークの形状の設計値に基づいて、シミュレーション等によって得ることができる。
【００２３】
データ選択部５１は、前述したようにしてオフセット値を選択すると、そのオフセット値をフォーカス・アクチュエータ駆動部１９に出力する（図３Ｓ３）。フォーカス・アクチュエータ駆動部１９は、データ選択部５１から出力されるオフセット値と、焦点位置検出部２０から出力される焦点位置との差分が０になるように、把持部７を駆動して、半導体ウエハ８を光軸方向に移動させる。その結果、半導体ウエハ８は、回路パターン面にオートフォーカスされた後に、所定のオフセット量だけ光軸方向へ移動されることになる。
【００２４】
このようにして、半導体ウエハ８の移動が完了すると、補正部２０内の補正実行部５２は、２次元光電変換部１２によって生成されるアライメントマークの拡大画像を取り込む（図３Ｓ４）。
このようにして取り込まれるアライメントマークの拡大画像は、２次元光電変換部１２による固定パターンノイズの影響によって画質が劣化している。そこで、この画像の劣化を補正するため、補正データメモリ５０１〜５０ｎの各々には、オフセット値に対応付けられた補正データが予め格納されている。
【００２５】
従って、データ選択部５１は、選択したオフセット値に応じた補正データを、複数の補正データメモリ５０１〜５０ｎから選択する（図３Ｓ５）
そして、補正実行部５２は、データ選択部５１によって選択された補正データに基づいてアライメントマークの拡大画像を補正し、補正済みのアライメントマークの拡大画像を画像処理装置２１へ供給する（図３Ｓ６）。
【００２６】
画像処理部２１は、補正実行部５２から供給される補正済みのアライメントマークの拡大画像に対して、所定の画像処理を施し、位置ずれ量を計測する。
以上説明したように本実施形態では、オフセット量によってアライメントマークの拡大画像に対する固定パターンノイズの影響が変化する場合であっても、その変化に対応してアライメントマークの拡大画像を補正することができる。したがって、本実施形態によれば、コントラストが良好で、かつ、固定パターンノイズの影響が除去された画像に基づいて位置ずれ量を計測することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、データ選択部５１によって選択され得る全ての補正データが複数の補正データメモリ５０１〜５０ｎの各々に格納されているが、補正データは、オフセット値が選択される度に外部から取得しても良く、このように取得した補正データを一時的に格納するためのメモリを、複数の補正データメモリ５０１〜５０ｎに代えて設けるようにしても良い。
【００２８】
また、本実施形態では、補正部２０内にデータ選択部５１と補正実行部５２とを設けることによって、ハードウエア的に補正が実現されているが、このような補正は、プログラムに基づいてソフトウエア的に実現しても良い。
さらに、本実施形態では、補正実行部５２によって利用可能な状態の補正データが複数の補正データメモリ５０１〜５０ｎの各々に格納されているが、補正データをオートフォーカスに依存する成分とオートフォーカスに依存しない成分とに分けて格納しておき、これらの成分を補正の際に合成して補正データとして用いても良い。このように２種類の成分に分けて補正データを格納すると、メモリ容量を削減することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、画像の明るさの補正については示していないが、２次元光電変換部１２に形成される半導体ウエハ８の拡大像の明るさが一定でない場合、画像の明るさを補正するための成分を補正データに盛り込むことによって、固定パターンノイズの影響を除去するための補正に併せて、画像の明るさの補正を行っても良い。
【００３０】
さらに、本実施形態では、半導体ウエハ８における各層の位置ずれを検査する場合の動作を示したが、本発明は、焦点位置にオフセットがかけられた状態で得られる画像に基づいて実現される検査であれば、如何なる検査に適用することが可能である。
【００３１】
また、本実施形態では、瞳分割プリズム１４を設けることによってオートフォーカス機能が実現されているが、オートフォーカスを実現するための構成は、例えば、ナイフエッジを設ける等、如何なる構成であっても良い。
さらに、本実施形態では、半導体ウエハ８を移動することによって焦点位置に対するオフセットが実現されているが、オフセットの実現は、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。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固定パターンノイズの補正を行うことができる。
【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】補正部の構成を示す図である。
【図３】補正部の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１　光源
２　コンデンサレンズ
３　ＡＦ用スリット
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　第２の対物レンズ
１１、１５　結像レンズ
１２　２次元光電変換部
１３　リレーレンズ
１４　瞳分割プリズム
１６　シリンドリカルレンズ
１７　ＡＦ用光電変換部
１８　焦点位置検出部
１９　フォーカス・アクチュエータ駆動部
２０　補正部
２１　画像処理部
５０１〜５０ｎ　補正データメモリ
５１　データ選択部
５２　補正実行部
１００　半導体検査装置
【図１】
2004102064.tif 000003
【図２】
2004102064.tif 000004
【図３】
2004102064.tif 000005