(57)【要約】【課題】半導体プロセスにおいて高精度な検査を実現しつつ、状況に応じて各光源を容易に選択或いは増設可能な検査装置を提供する。【解決手段】被検査物に対して可視光を照射する光学系１３２と、可視光を照射された被検査物の画像を撮像する可視光用ＣＣＤカメラ１３０とをユニット化し、また、被検査物に対して紫外光を照射する光学系２３２と紫外光を照射された被検査物の画像を撮像する紫外光用ＣＣＤカメラ２３０とをユニット化し、これらユニット化した光学系を少なくとも独立して着脱自在に取り付け可能なユニット支持板９６を設けて構成される。【選択図】　図７
2004045039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の画像を撮像し、この画像を処理して解析することにより被検査物の検査を行う検査装置において、
被検査物に対して対物レンズで集光した可視光を照射する可視光照射手段と、可視光を照射された上記被検査物の画像を撮像する可視光用撮像手段とを有する第１の光学ユニットと、
被検査物に対して対物レンズで集光した紫外光を照射する紫外光照射手段と、紫外光を照射された上記被検査物の画像を撮像する紫外光用撮像手段とを有する第２の光学ユニットと、
少なくとも上記第１の光学ユニット並びに上記第２の光学ユニットが夫々着脱自在に取り付けられるユニット支持板とを備えること
を特徴とする検査装置。
【請求項２】
被検査物に対して対物レンズで集光した光を照射する光照射手段と、上記光を照射された上記被検査物の画像を撮像する撮像手段とを有する第３の光学ユニットを備え、
上記ユニット支持板には、さらに上記第３の光学ユニットが着脱自在に取り付けられること
を特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
上記光照射手段は、被検査物に対して対物レンズで集光した短波長の紫外光を照射し、
上記撮像手段は、上記短波長の紫外光を照射された上記被検査物の画像を撮像すること
を特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
第２の光学ユニットにおける上記紫外光の波長は、２６６ｎｍ程度であり、
上記第３の光学ユニットにおける上記短波長の紫外光の波長は、１９６ｎｍ程度であること
を特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項５】
上記各光学ユニットは、上記ユニット支持板に圧接される固定板を備えること
を特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項６】
上記ユニット支持板に対する上記各光学ユニットの取り付け位置を誘導する位置決めピンを備え、
上記固定板及び上記ユニット支持板は、上記位置決めピンを挿通させるための挿通孔を夫々有すること
を特徴とする請求項５記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のデバイスパターンが形成された半導体ウェハ等の検査に用いられる検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは半導体ウェハ上に微細なデバイスパターンを形成することにより作製される。このようなデバイスパターンを形成するときに、半導体ウェハ上に塵埃等が付着したり、傷が付いたりして欠陥が生じることがある。このような欠陥が生じた半導体デバイスは、不良デバイスとなり、歩留まりを低下させる。
【０００３】
従って、製造ラインの歩留まりを高い水準で安定させるためには、塵埃や傷等によって発生する欠陥を早期に発見し、その原因を突き止め、製造設備や製造プロセスに対して有効な対策を講じることが好ましい。
【０００４】
そこで、欠陥が発見された場合には、検査装置を用いて、その欠陥が何であるかを調べて分類し、その欠陥の原因となった設備やプロセスを特定するようにしている。この従来における検査装置は、光学顕微鏡の如く欠陥を拡大して観測することにより、当該欠陥の詳細を識別するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体プロセスのデザインルールは、現在、線幅０．１８μｍが主流になり、さらに微細化が進み、０．１５μｍや０．１３μｍといったプロセスの導入も進んできている。このような半導体プロセスにおけるデザインルールの微細化の進展に伴い、これまでに無視できた微小欠陥も問題となり、検出すべき欠陥の寸法も小さくなってきている。
【０００６】
このようなデザインルールの微細化に対応するため、可視光光源を用いて欠陥を拡大して観測することに加え、高い分解能を得ることができ、より微細な欠陥を観察することができる波長２６６ｎｍの紫外光（ＵＶ）光源を用いて欠陥を拡大して観測する必要性があった。また半導体プロセスにおけるデザインルールの更なる微細化の要求に応えるため、波長１９６ｎｍのＵＶ光源を用いることにより、欠陥を大幅に拡大して観測することが求められていた。
しかしながら、従来の検査装置は、可視光源と、波長２６６ｎｍのＵＶ光源と、波長１９６ｎｍのＵＶ光源が同時に実装されていないため、微細な欠陥を観測することができず、半導体プロセスにおいてより高精度な検査を実現することができなかった。
また各光源を同一のユニットで構成する従来の検査装置は、状況に応じて用いる光源を選択する場合に、その都度検査装置全体の設計をし直さなければならず、生産・開発の効率を悪化させてしまう問題点があった。
更に、波長１９６ｎｍのＵＶ光源を現状においては必要とせずとも、将来的に増設を望むユーザも多数いることから、状況に応じて用いる光源をフレキシブルに選択することができる検査装置が従来より望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて提案されたものであり、半導体プロセスにおいて高精度な検査を実現しつつ、状況に応じて各光源を容易に選択或いは増設可能な検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る検査装置は、上述の課題を解決するために、被検査物の画像を撮像し、この画像を処理して解析することにより被検査物の検査を行う検査装置において、被検査物に対して対物レンズで集光した可視光を照射する可視光照射手段と可視光を照射された上記被検査物の画像を撮像する可視光用撮像手段とを有する第１の光学ユニットと、被検査物に対して対物レンズで集光した紫外光を照射する紫外光照射手段と紫外光を照射された上記被検査物の画像を撮像する紫外光用撮像手段とを有する第２の光学ユニットと、少なくとも上記第１の光学ユニット並びに上記第２の光学ユニットが夫々着脱自在に取り付けられるユニット支持板とを備えることを特徴とする。
この検査装置は、被検査物に対して可視光を照射する可視光照射手段と可視光を照射された被検査物の画像を撮像する可視光用撮像手段とをユニット化し、また、被検査物に対して紫外光を照射する紫外光照射手段と紫外光を照射された被検査物の画像を撮像する紫外光用撮像手段とをユニット化し、これらユニット化した光学系を少なくとも独立して着脱自在に取り付け可能なユニット支持板を設けて構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
本発明を適用した検査装置の外観を図１に示す。この検査装置１は、所定のデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行うためのものであり、半導体ウェハに形成されたデバイスパターンに欠陥が発見された場合に、その欠陥が何であるかを調べて分類分けを行うものである。
【００１１】
図１に示すように、この検査装置１は、半導体ウェハの検査を行う環境をクリーンに保つためのクリーンユニット２を備えている。このクリーンユニット２は、ステンレス鋼板等が折り曲げ加工され、中空の箱状に形成されてなるクリーンボックス３と、このクリーンボックス３の上部に一体に設けられたクリーンエアユニット４とを備えている。
【００１２】
クリーンボックス３には、所定の箇所に窓部３ａが設けられており、検査員がこの窓部３ａからクリーンボックス３の内部を視認できるようになされている。
【００１３】
クリーンエアユニット４は、クリーンボックス３内に清浄な空気を供給するためのものであり、クリーンボックス３の上部の異なる位置にそれぞれ配設された２つの送風機５ａ，５ｂと、これら送風機５ａ，５ｂとクリーンボックス３との間に配設された図示しないエアフィルタとを備えている。エアフィルタは、例えば、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ａｉｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）やＵＬＰＡフィルタ（Ｕｌｔｒａ　Ｌｏｗ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　Ａｉｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）等の高性能エアフィルタである。そして、このクリーンエアユニット４は、送風機５ａ，５ｂにより送風される空気中の塵埃等を高性能エアフィルタによって除去し、清浄な空気として、クリーンボックス３の内部に供給するように構成されている。
【００１４】
本発明を適用した検査装置１では、このクリーンエアユニット４からクリーンボックス３内に供給される清浄な空気の風量を、２つの送風機５ａ，５ｂ毎に個別に制御することによって、クリーンボックス３内の気流を適切にコントロールすることができる。ここでは、クリーンエアユニット４が２つの送風機５ａ，５ｂを備える例を説明するが、送風機の数はクリーンボックス３の大きさや形状に合わせて決定すればよく、３つ以上の送風機を備える構成とされていてもよい。この場合には、クリーンエアユニット４からクリーンボックス３内に供給される清浄な空気の風量が、各送風機毎に個別に制御されることになる。
【００１５】
クリーンボックス３は、支持脚６によって床板上に支持されており、その下端部が開放された構造となっている。そして、クリーンエアユニット４からクリーンボックス３内に供給された空気は、主にこのクリーンボックス３の下端部からクリーンボックス３の外部に排出されるように構成されている。
【００１６】
クリーンユニット２は、以上のように、クリーンボックス３内にクリーンエアユニット４からの清浄な空気を常時供給し、クリーンボックス３内を気流となって循環した空気をクリーンボックス３の外部に排出させる。これによって、クリーンボックス３内にて発生した塵埃等をこの空気と共にクリーンボックス３の外部に排出させ、クリーンボックス３の内部環境を、例えばクラス１程度の非常に高いクリーン度に保つようにしている。
【００１７】
また、クリーンボックス３は、外部から塵埃等を含んだ空気が内部に進入する事を防止するために、内部の気圧が常に陽圧に保たれている。
【００１８】
そしてこの検査装置１は、図２に示すように、クリーンボックス３の内部に装置本体１０が収容され、クリーンボックス３の中で、この装置本体１０によって、所定のデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査が行われるように構成されている。ここで被検査物となる半導体ウェハは、所定の密閉式の容器７に入れて搬送され、この容器７を介してクリーンボックス３の内部に移送される。なお図２は、クリーンボックス３の内部を図１中矢印Ａ１方向から見た様子を示している。
【００１９】
容器７は、底部７ａと、この底部７ａに固定されたカセット７ｂと、底部７ａに着脱可能に係合されてカセット７ｂを覆うカバー７ｃとを有している。被検査物となる半導体ウェハは、複数枚が所定間隔を存して重ね合わされるようにカセット７ｂに装着され、底部７ａとカバー７ｃとで密閉される。
【００２０】
そして、半導体ウェハの検査を行う際は、先ず、半導体ウェハが入れられた容器７がクリーンボックス３の所定の位置に設けられた容器設置スペース８に設置される。この容器設置スペース８には、後述するエレベータ２２の昇降台２２ａ上面がクリーンボックス３の外部に臨むように配されており、容器７は、その底部７ａがこのエレベータ２２の昇降台２２ａ上に位置するように、容器設置スペース８に設置される。
【００２１】
容器７が容器設置スペース８に設置されると、容器７の底部７ａとカバー７ｃとの係合が解除される。そしてエレベータ２２の昇降台２２ａが図２中矢印Ｂ方向に下降操作されることによって、容器７の底部７ａ及びカセット７ｂが、カバー７ｃから分離してクリーンボックス３の内部に移動する。これにより、被検査物である半導体ウェハが、外気に晒されることなくクリーンボックス３の内部に移送されることになる。
【００２２】
半導体ウェハがクリーンボックス３内に移送されると、後述する搬送用ロボット２３により、検査対象の半導体ウェハがカセット７ｂから取り出されて検査が行われる。
【００２３】
検査装置１は、以上のように高いクリーン度に保たれたクリーンボックス３の内部で半導体ウェハの検査を行うようにしているので、検査時に半導体ウェハに塵埃等が付着して適切な検査が阻害されるといった不都合を有効に回避することができる。
【００２４】
このように必要な場所のクリーン度だけを局所的に高めるようにすることで、高いクリーン度を実現しつつ、且つ、クリーン環境を実現するためのコストを大幅に抑えることができる。なお、密閉式の容器７とクリーンボックス３との機械的なインターフェースとしては、いわゆるＳＭＩＦ（ｓｔａｎｄａｒｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が好適であり、その場合、密閉式の容器７としては、いわゆるＳＭＩＦ−ＰＯＤが用いられる。
【００２５】
また、この検査装置１は、図１に示すように、装置本体１０を操作するためのコンピュータ等が配される外部ユニット５０を備えている。この外部ユニット５０は、クリーンボックス３の外部に設置されている。この外部ユニット５０には、半導体ウェハを撮像した画像等を表示するための表示装置５１や、検査時の各種条件等を表示するための表示装置５２、装置本体１０への指示入力等を行うための入力装置５３等も配されている。そして、半導体ウェハの検査を行う検査員は、外部ユニット５０に配された表示装置５１，５２を見ながら、外部ユニット５０に配された入力装置５３から必要な指示を入力して半導体ウェハの検査を行う。
【００２６】
次に、クリーンボックス３の内部に配設された装置本体１０について、詳細に説明する。
【００２７】
装置本体１０は、図２に示すように、支持台１１を備えている。この支持台１１は、装置本体１０の各機構を支持するための台である。この支持台１１の底部には支持脚１２が取り付けられており、支持台１１及び支持台１１上に設けられた各機構は、この支持脚１２によってクリーンボックス３とは独立に床板上に支持される構造となっている。
【００２８】
支持台１１上には、除振台１３を介して、被検査物となる半導体ウェハが載置される検査用ステージ１４が設けられている。
【００２９】
除振台１３は、床からの振動や、検査用ステージ１４を移動操作した際に生じる振動等を抑制するためのものであり、検査用ステージ１４が設置される石定盤１３ａと、この石定盤１３ａを支える複数の可動脚部１３ｂとを備えている。そして、この除振台１３は、振動が生じたときにその振動を検知して可動脚部１３ｂを駆動し、石定盤１３ａ及びこの石定盤１３ａ上に設置された検査用ステージ１４の振動を速やかに打ち消すようにしている。
【００３０】
この検査装置１では、微細なデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行うため、僅かな振動でも検査の障害となる場合がある。特に、この検査装置１では、紫外光を用いて高分解能での検査を行うため、振動の影響が大きく現れやすい。そこで、この検査装置１では、除振台１３上に検査用ステージ１４を設置することによって、検査用ステージ１４に僅かな振動が生じた場合であっても、この振動を速やかに打ち消し、振動の影響を抑えて、紫外光を用いて高分解能での検査を行う際の検査能力を向上させるようにしている。
【００３１】
なお、除振台１３上に検査用ステージ１４を安定的に設置するには、除振台１３の重心がある程度低い位置にあることが望ましい。そこで、この検査装置１においては、石定盤１３ａの下端部に切り欠き部１３ｃを設け、可動脚部１３ｂがこの切り欠き部１３ｃにて石定盤１３ａを支えるようにして、除振台１３の重心を下げるようにしている。
【００３２】
なお、検査用ステージ１４を移動操作した際に生じる振動等は、事前にある程度予測することができる。このような振動を事前に予測して除振台１３を動作させるようにすれば、検査用ステージ１４に生じる振動を未然に防止することが可能である。したがって、検査装置１は、検査用ステージ１４を移動操作した際に生じる振動等を事前に予測して除振台１３を動作させるように構成されていることが望ましい。
【００３３】
検査用ステージ１４は、被検査物となる半導体ウェハを支持するためのステージである。この検査用ステージ１４は、被検査物となる半導体ウェハを支持するとともに、この半導体ウェハを所定の検査対象位置へと移動させる機能も備えている。
【００３４】
具体的には、検査用ステージ１４は、除振台１３上に設置されたＸステージ１５と、Ｘステージ１５上に設置されたＹステージ１６と、Ｙステージ１６上に設置されたθステージ１７と、θステージ１７上に設置されたＺステージ１８と、Ｚステージ１８上に設置された吸着プレート１９とを備えている。
【００３５】
Ｘステージ１５及びＹステージ１６は、水平方向に移動するステージであり、Ｘステージ１５とＹステージ１６とで、被検査物となる半導体ウェハを互いに直交する方向に移動させ、検査対象のデバイスパターンを所定の検査位置へと導くようにしている。
【００３６】
θステージ１７は、いわゆる回転ステージであり、半導体ウェハを回転させるためのものである。半導体ウェハの検査時には、θステージ１７により、例えば、半導体ウェハ上のデバイスパターンが画面に対して水平又は垂直となるように、半導体ウェハを回転させる。
【００３７】
Ｚステージ１８は、鉛直方向に移動するステージであり、ステージの高さを調整するためのものである。半導体ウェハの検査時には、Ｚステージ１８により、半導体ウェハの検査面が適切な高さとなるように、ステージの高さを調整する。
【００３８】
吸着プレート１９は、検査対象の半導体ウェハを吸着して固定するためのものである。半導体ウェハの検査時に、検査対象の半導体ウェハは、この吸着プレート１９上に載置され、この吸着プレート１８により吸着されて、不要な動きが抑制される。
【００３９】
また、除振台１３上には、検査用ステージ１４上に位置するように支持部材２０によって支持された光学ユニット２１が配されている。この光学ユニット２１は、半導体ウェハの検査時に、半導体ウェハの画像を撮像するためのものである。この光学ユニット２１の詳細については後述する。
【００４０】
また、支持台１１上には、図２及び図３に示すように、被検査物となる半導体ウェハが装着されたカセット７ｂを容器７から取り出してクリーンボックス３内に移動させるエレベータ２２が設けられている。さらに、支持台１１上には、図３に示すように、半導体ウェハを搬送するための搬送用ロボット２３と、半導体ウェハを検査用ステージ１４上に載置する前にそのセンター出しと位相出しとを行うプリアライナ２４とが設けられている。なお、図３は装置本体１０を上側から見た様子を模式的に示す平面図である。
【００４１】
エレベータ２２は、上昇及び下降動作される昇降台２２ａを有しており、容器７がクリーンボックス３の容器設置スペース８に設置されて容器７の底部７ａとカバー７ｃとの係合が解除されたときに、昇降台２２ａが下降操作されることによって、容器７の底部７ａ及びこれに固定されたカセット７ｂをクリーンボックス３の内部に移動させる。
【００４２】
搬送用ロボット２３は、先端部に吸着機構２３ａが設けられた操作アーム２３ｂを有しており、この操作アーム２３ｂを移動操作して、その先端部に設けられた吸着機構２３ａにより半導体ウェハを吸着し、クリーンボックス３内における半導体ウェハの搬送を行うようになされている。
【００４３】
プリアライナ２４は、半導体ウェハに予め形成されているオリエンテーションフラット及びノッチを基準として、半導体ウェハの位相出し及びセンター出しを行うものである。検査装置１は、半導体ウェハを検査用ステージ１４上に載置する前に、プリアライナ２４によってその位相出し等を行うことにより、検査の効率を向上させるように構成されている。
【００４４】
半導体ウェハを検査用ステージ１４上に設置する際は、先ず、エレベータ２２により容器７の底部７ａ及びカセット７ｂがクリーンボックス３の内部に移動される。そして、カセット７ｂに装着された複数枚の半導体ウェハの中から検査対象の半導体ウェハが選択され、選択された半導体ウェハが搬送用ロボット２３によりカセット７ｂから取り出される。
【００４５】
カセット７ｂから取り出された半導体ウェハは、搬送用ロボット２３によりプリアライナ２４へと搬送される。プリアライナ２４へ搬送された半導体ウェハは、このプリアライナ２４によって位相出しやセンター出しが行われる。そして、位相出しやセンター出しが行われた半導体ウェハが、搬送用ロボット２３により検査用ステージ１４へと搬送され、吸着プレート１９上に載置されて検査が行われる。
【００４６】
検査対象の半導体ウェハが検査用ステージ１４へと搬送されると、搬送用ロボット２３によって次に検査する半導体ウェハがカセット７ｂから取り出され、プリアライナ２４へと搬送される。そして、先に検査用ステージ１４へと搬送された半導体ウェハの検査が行われている間に、次に検査する半導体ウェハの位相出しやセンター出しが行われる。そして、先に検査用ステージ１４へと搬送された半導体ウェハの検査が終了すると、次に検査する半導体ウェハが検査用ステージ１４へと速やかに搬送される。
【００４７】
検査装置１は、以上のように、検査対象の半導体ウェハを検査用ステージ１４へ搬送する前に、予めプリアライナ２４により位相出しやセンター出しを行っておくことにより、検査用ステージ１４による半導体ウェハの位置決めに要する時間を短縮することができる。また、検査装置１は、先に検査用ステージ１４へと搬送された半導体ウェハの検査が行われている時間を利用して、次に検査する半導体ウェハをカセット７ｂから取り出し、プリアライナ２４による位相出しやセンター出しを行うことにより、全体での時間の短縮を図ることができ、効率よく検査を行うことができる。
【００４８】
ところで、この検査装置１において、エレベータ２２と、搬送用ロボット２３と、プリアライナ２４とは、図３に示すように、それぞれが直線上に並ぶように支持台１１上に設置されている。そして、エレベータ２２と搬送用ロボット２３との間の距離Ｌ１と、搬送用ロボット２３とプリアライナ２４との間の距離Ｌ２とが略等しい距離となるように、それぞれの設置位置が決定されている。さらに、搬送用ロボット２３から見て、エレベータ２２やプリアライナ２４が並ぶ方向と略直交する方向に、検査用ステージ１４が位置するような配置とされている。
【００４９】
検査装置１は、各機構が以上のような配置とされていることにより、被検査物である半導体ウェハの搬送を迅速且つ正確に行うことができる。
【００５０】
すなわち、この検査装置１では、エレベータ２２と搬送用ロボット２３との間の距離Ｌ１と、搬送用ロボット２３とプリアライナ２４との間の距離Ｌ２とが略等しい距離となっているので、搬送用ロボット２３のアーム２３ｂの長さを変えることなく、カセット７ｂから取り出した半導体ウェハをプリアライナ２４に搬送することができる。したがって、この検査装置１では、搬送用ロボット２３のアーム２３ｂの長さを変えたときに生じる誤差等が問題とならないので、半導体ウェハをプリアライナ２４へと搬送する動作を正確に行うことができる。また、エレベータ２２と搬送用ロボット２３とプリアライナ２４とが直線上に並んでいるので、搬送用ロボット２３は直線的な動きのみにより、カセット７ｂから取り出した半導体ウェハをプリアライナ２４に搬送することができる。したがって、この検査装置１では、半導体ウェハをプリアライナ２４へと搬送する動作を極めて正確に且つ迅速に行うことができる。
【００５１】
さらに、この検査装置１では、搬送用ロボット２３から見て、エレベータ２２やプリアライナ２４が並ぶ方向と略直交する方向に、検査用ステージ１４が位置するような配置とされているので、搬送用ロボット２３が直線的な動きをすることで、半導体ウェハを検査用ステージ１４へ搬送することができる。したがって、この検査装置１では、半導体ウェハを検査用ステージ１４へと搬送する動作を極めて正確に且つ迅速に行うことができる。特に、この検査装置１では、微細なデバイスパターンが形成された半導体ウェハの検査を行うため、被検査物である半導体ウェハの搬送及び位置決めを極めて正確に行う必要があるので、以上のような配置が非常に有効である。
【００５２】
次に上述した支持部材２０及び光学ユニット２１の詳細について図４及び図５を用いて説明をする。
【００５３】
図４は、図２に示される支持部材２０及び光学ユニット２１を拡大表示した図である。光学ユニット２１は、可視光により照明した半導体ウェハの画像を撮像する可視光用光学ユニット１００と、波長２６６ｎｍ程度の紫外光（以下、長波長紫外光と称する）により照明した半導体ウェハの画像を撮像する長波長紫外光用光学ユニット２００と、波長１９６ｎｍ程度の紫外光（以下、短波長紫外光と称する）により照明した半導体ウェハの画像を撮像する短波長紫外光用光学ユニット３００とから構成される。すなわちこの検査装置１は、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を可視光を用いて低分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を長波長紫外光を用いて高分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を短波長紫外光を用いてさらに高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００５４】
支持部材２０は、最上部に支持板９６が配設されている。各光学ユニット２１（１００、２００、３００）は、この支持板９６上に夫々着脱自在に取り付けられる。
【００５５】
図５は、支持部材２０及び光学ユニット２１を図４中矢印Ａ２方向から見た様子を示している。この図５において、支持板９６上に各光学ユニット２１（１００、２００、３００）が載置されている。各光学ユニット２１は、底部に固定板１０１、２０１、３０１が夫々配設されている。また各光学ユニット２１における固定板１０１、２０１、３０１には、後述する位置決めピンを挿通させるための挿通孔１０２、２０２、３０２が設けられている。
【００５６】
また、各光学ユニット２１において黒丸で示される観測点１１０、２１０、３１０は、被検査物である半導体ウェハに対して光を照射し、或いは半導体ウェハの画像を撮像する点である。この観測点１１０、２１０、３１０は三角形を構成しており、各光学ユニット２１の配置位置を必要に応じて設定することにより、構成される三角形の形状や大きさを自由に決めることができる。
【００５７】
特に本発明を適用した検査装置１における各光学ユニット２１は、各固定板１０１、２０１、３０１における挿通孔１０２、２０２、３０２の位置と比較して、各観測点１１０、２１０、３１０を端部にずらして構成されている。このため、検査装置１は、観測点１１０、２１０、３１０を、図５に示すように支持板９６中央に集めることも可能となり、各観測点１１０〜３１０により構成される三角形を正三角形に近づけ、またかかる三角形の大きさを小さくすることができる。これにより、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７の移動量を少なく抑えることができ、所望の分解能を随時選択しつつ、より迅速な観測を実現することが可能となる。
【００５８】
図６は、上述した支持板９６のみを図４中矢印Ａ２方向から見た様子を示している。この支持板９６には、各光学ユニット２１から半導体ウェハへ光を入出射するために吹出口９７が配されている。またこの支持板９６には、位置決めピンを挿通させるための挿通孔９８ａ、９８ｂ、９８ｃが設けられている。
【００５９】
ちなみに、これら各挿通孔９８ａ、９８ｂ、９８ｃの位置は、載置される各光学ユニット２１の固定位置に応じて決定されるものである。また、この挿通孔９８ａは、載置される可視光用光学ユニット１００における挿通孔１０２と合致する。また、挿通孔９８ｂは、載置される長波長紫外光用光学ユニット２００における挿通孔２０２と合致する。また挿通孔９８ｂは、載置される短波長紫外光用光学ユニット３００における挿通孔３０２と合致する。
【００６０】
各光学ユニット２１（１００、２００、３００）を取り付ける際には、固定板１０１、２０１、３０１に設けられた挿通孔１０２、２０２、３０２を、夫々支持板９６における挿通孔９８ａ、９８ｂ、９８ｃに合わせ、位置決めピン１０３、２０３、３０３を挿通させる。これにより、各光学ユニット２１は、上述した所定の固定位置において精度良く取り付けられることができる。また、位置決めピン１０３をネジとし、また各挿通孔９８、１０２、２０２、３０２をネジ穴として構成することにより、固定板１０１、２０１、３０１と支持板９６とをより強固に固定することが可能となり、観測時の精度を向上させることができ、経時的に生じる機械的なズレを少なくすることができる。また各挿通孔９８、１０２〜３０２同士を合致させて位置決めピンを挿通させれば足りるため、検査装置１を購入したユーザ自らが比較的簡単な操作で、各光学ユニットを置換・増設することも可能となる。
【００６１】
なお、図４，５では、各光学ユニット２１（１００、２００、３００）が全て載置された構成に基づき説明をしたが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、可視光用光学ユニット１００のみ、或いは長波長紫外光用光学ユニット２００のみ、或いは短波長紫外光用光学ユニットのみ載置した構成としても良い。また各光学ユニット２１（１００、２００、３００）のうち、任意の２ユニットを載置した構成としても良い。例えば、先ず可視光用光学ユニット１００と長波長紫外光用光学ユニット２００を支持板９６上に載置し、状況に応じて、短波長紫外光光学ユニット３００を増設することも可能となる。これにより、本発明に係る検査装置１は、波長１９６ｎｍのＵＶ光源を現状においては必要とせずとも、将来的に増設を望むユーザに対して、コストパフォーマンス等の観点から優れたサービスを提供することが可能となる。
【００６２】
また長波長紫外光用光学ユニット２００において取り扱う紫外線の波長は、２６６ｎｍ程度に限定されるものではなく、あらゆる紫外線の波長を取り扱って良い。また紫外線以外の光線を取り扱う構成としても良い。同様に、短波長紫外光用光学ユニット３００において取り扱う紫外線の波長は、１９６ｎｍ程度に限定されるものではなく、あらゆる紫外線の波長を取り扱って良い。また紫外線以外の光線を取り扱う構成としても良い。すなわち、本発明を適用した検査装置１は、紫外光を用いた欠陥の観測のみならず、他の様々な観測を行うことも可能となる。
【００６３】
次に、上記検査装置１について、図７のブロック図を参照して更に詳細に説明する。
【００６４】
図７に示すように、検査装置１の外部ユニット５０には、表示装置５１及び入力装置５３ａが接続された画像処理用コンピュータ６０と、表示装置５２及び入力装置５３ｂが接続された制御用コンピュータ６１とが配されている。なお、前掲した図１では、画像処理用コンピュータ６０に接続された入力装置５３ａと、制御用コンピュータ６１に接続された入力装置５３ｂとをまとめて、入力装置５３として図示している。
【００６５】
画像処理用コンピュータ６０は、半導体ウェハを検査するときに、光学ユニット２１の内部に設置されたＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１３０，２３０により半導体ウェハを撮像した画像を取り込んで処理するコンピュータである。すなわち、この検査装置１は、光学ユニット２１の内部に設置されたＣＣＤカメラ１３０，２３０，３３０により撮像した半導体ウェハの画像を、画像処理用コンピュータ６０により処理して解析することにより、半導体ウェハの検査を行う。
【００６６】
なお、画像処理用コンピュータ６０に接続された入力装置５３ａは、ＣＣＤカメラ１３０，２３０，３３０から取り込んだ画像の解析等に必要な指示を、画像処理用コンピュータ６０に対して入力するためのものであり、例えば、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等からなる。また、画像処理用コンピュータ６０に接続された表示装置５１は、ＣＣＤカメラ１３０，２３０，３３０から取り込んだ画像の解析結果等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。
【００６７】
制御用コンピュータ６１は、半導体ウェハを検査するときに、検査用ステージ１４、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４、並びに光学ユニット２１の内部の各機器等を制御するためのコンピュータである。すなわち、この検査装置１は、半導体ウェハの検査を行う際に、検査対象の半導体ウェハの画像が、光学ユニット２１の内部に設置されたＣＣＤカメラ１３０，２３０，３３０により撮像されるように、制御用コンピュータ６１により、検査用ステージ１４、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４、並びに光学ユニット２１の内部の各機器等を制御する。
【００６８】
また、制御用コンピュータ６１は、クリーンエアユニット４の送風機５ａ，５ｂを制御する機能を有する。すなわち、この検査装置１は、クリーンエアユニット４の送風機５ａ，５ｂを制御用コンピュータ６１が制御することによって、半導体ウェハの検査を行う際に、クリーンボックス３内に清浄な空気を常時供給し、また、クリーンボックス３内の気流をコントロールできるようにしている。
【００６９】
なお、制御用コンピュータ６１に接続された入力装置５３ｂは、検査用ステージ１４、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４、光学ユニット２１の内部の各機器、並びにクリーンエアユニット４の送風機５ａ，５ｂ等を制御するのに必要な指示を、制御用コンピュータ６１に対して入力するためのものであり、例えば、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等からなる。また、制御用コンピュータ６１に接続された表示装置５２は、半導体ウェハの検査時の各種条件等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。
【００７０】
また、画像処理用コンピュータ６０と制御用コンピュータ６１とは、メモリリンク機構により、互いにデータのやり取りが可能とされている。すなわち、画像処理用コンピュータ６０と制御用コンピュータ６１は、それぞれに設けられたメモリリンクインターフェース６０ａ，６１ａを介して互いに接続されており、画像処理用コンピュータ６０と制御用コンピュータ５１との間で、互いにデータのやり取りが可能となっている。
【００７１】
一方、検査装置１のクリーンボックス３の内部には、密閉式の容器７に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを、この容器７のカセット７ｂから取り出して検査用ステージ１４に設置する機構として、上述したように、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４が配されている。これらは、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、ロボット制御インターフェース６１ｂを介して接続されている。そして、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４には、制御用コンピュータ６１からロボット制御インターフェース６１ｂを介して、制御信号が送られる。
【００７２】
すなわち、密閉式の容器７に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを、この容器７のカセット７ｂから取り出して検査用ステージ１４に設置する際は、制御用コンピュータ６１からロボット制御インターフェース６１ｂを介して、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４に制御信号が送出される。そして、エレベータ２２、搬送用ロボット２３及びプリアライナ２４がこの制御信号に基づいて動作し、上述したように、密閉式の容器７に入れられて搬送されてきた半導体ウェハを、この容器７のカセット７ｂから取り出して、プリアライナ２５による位相出し及びセンター出しを行い、検査用ステージ１４に設置する。
【００７３】
また、検査装置１のクリーンボックス３の内部には除振台１３が配されており、この除振台１３上に、上述したように、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７、Ｚステージ１８及び吸着プレート１９を備えた検査用ステージ１４が設置されている。
【００７４】
ここで、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７、Ｚステージ１８及び吸着プレート１９は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、ステージ制御インターフェース６１ｃを介して接続されている。そして、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７、Ｚステージ１８及び吸着プレート１９には、制御用コンピュータ６１からステージ制御インターフェース６１ｃを介して、制御信号が送られる。
すなわち、半導体ウェハの検査を行う際は、制御用コンピュータ６１からステージ制御インターフェース６１ｃを介して、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７、Ｚステージ１８及び吸着プレート１９に制御信号が送出される。そして、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７、Ｚステージ１８及び吸着プレート１９が、この制御信号に基づいて動作し、吸着プレート１９により検査対象の半導体ウェハを吸着して固定するとともに、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、θステージ１７及びＺステージ１８により、半導体ウェハを所定の位置、角度及び高さとなるように移動する。
【００７５】
また、除振台１３上には、上述したように、光学ユニット２１も載置されている。この光学ユニット２１は、半導体ウェハの検査時に半導体ウェハの画像を撮像するためのものであり、上述したように、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を可視光を用いて低分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を長波長の紫外光を用いて高分解能にて行う機能と、検査対象の半導体ウェハの画像の撮像を短波長紫外光を用いてさらに高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００７６】
この光学ユニット２１の内部には、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する可視光用光学ユニット１００として、可視光用ＣＣＤカメラ１３０と、ハロゲンランプ１３１と、可視光用光学系１３２と、可視光用対物レンズ１３３と、可視光用オートフォーカス制御部１３４とが配されている。
【００７７】
そして、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、ハロゲンランプ１３１を点灯させる。ここで、ハロゲンランプ１３１の駆動源は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、光源制御インターフェース６１ｄを介して接続されている。そして、ハロゲンランプ１３１の駆動源には、制御用コンピュータ６１から光源制御インターフェース６１ｄを介して制御信号が送られる。ハロゲンランプ１３１の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００７８】
そして、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、ハロゲンランプ１３１を点灯させ、このハロゲンランプ１３１からの可視光を、可視光用光学系１３２及び可視光用対物レンズ１３３を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、可視光により照明された半導体ウェハの像を可視光用対物レンズ１３３により拡大し、その拡大像を可視光用ＣＣＤカメラ１３０により撮像する。
【００７９】
ここで、可視光用ＣＣＤカメラ１３０は、外部ユニット５０に配された画像処理用コンピュータ６０に、画像取込インターフェース６０ｂを介して接続されている。そして、可視光用ＣＣＤカメラ１３０により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース６０ｂを介して画像処理用コンピュータ６０に取り込まれる。
【００８０】
また、上述のように可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、可視光用オートフォーカス制御部１３４により、自動焦点位置合わせを行う。すなわち、可視光用オートフォーカス制御部１３４により、可視光用対物レンズ１３３と半導体ウェハの間隔が可視光用対物レンズ１３３の焦点距離に一致しているか否かを検出し、一致していない場合には、可視光用対物レンズ１３３又はＺステージ１８を動かして、半導体ウェハの検査対象面が可視光用対物レンズ１３３の焦点面に一致するようにする。
【００８１】
ここで、可視光用オートフォーカス制御部１３４は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、オートフォーカス制御インターフェース６１ｅを介して接続されている。そして、可視光用オートフォーカス制御部１３４には、制御用コンピュータ６１からオートフォーカス制御インターフェース６１ｅを介して制御信号が送られる。可視光用オートフォーカス制御部１３４による可視光用対物レンズ１３３の自動焦点位置合わせは、この制御信号に基づいて行われる。
【００８２】
また、光学ユニット２１の内部には、長波長紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する長波長紫外光用光学ユニットとして、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０と、長波長紫外光レーザ光源２３１と、長波長紫外光用光学系２３２と、長波長紫外光用対物レンズ２３３と、紫外光用オートフォーカス制御部２３４とが配されている。
【００８３】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、長波長紫外光レーザ光源２３１を点灯させる。ここで、長波長紫外光レーザ光源２３１の駆動源は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、光源制御インターフェース６１ｄを介して接続されている。そして、長波長紫外光レーザ光源２３１の駆動源には、制御用コンピュータ６１から光源制御インターフェース６１ｄを介して制御信号が送られる。長波長紫外光レーザ光源２３１の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００８４】
長波長紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、長波長紫外光レーザ光源２３１を点灯させ、この長波長紫外光レーザ光源２３１からの長波長紫外光を、長波長紫外光用光学系２３２及び長波長紫外光用対物レンズ２３３を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、長波長紫外光により照明された半導体ウェハの像を長波長紫外光用対物レンズ２３３により拡大し、その拡大像を長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０により撮像する。
【００８５】
ここで、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０は、外部ユニット５０に配された画像処理用コンピュータ６０に、画像取込インターフェース６０ｃを介して接続されている。そして、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース６０ｃを介して画像処理用コンピュータ６０に取り込まれる。
【００８６】
また、上述のように紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光用オートフォーカス制御部２３４により、自動焦点位置合わせを行う。すなわち、紫外光用オートフォーカス制御部２３４により、長波長紫外光用対物レンズ２３３と半導体ウェハの間隔が長波長紫外光用対物レンズ２３３の焦点距離に一致しているか否かを検出し、一致していない場合には、長波長紫外光用対物レンズ２３３又はＺステージ１８を動かして、半導体ウェハの検査対象面が長波長紫外光用対物レンズ２３３の焦点面に一致するようにする。
【００８７】
ここで、紫外光用オートフォーカス制御部２３４は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、オートフォーカス制御インターフェース６１ｅを介して接続されている。そして、紫外光用オートフォーカス制御部２３４には、制御用コンピュータ６１からオートフォーカス制御インターフェース６１ｅを介して制御信号が送られる。紫外光用オートフォーカス制御部２３４による長波長紫外光用対物レンズ２３３の自動焦点位置合わせは、この制御信号に基づいて行われる。
【００８８】
また、光学ユニット２１の内部には、短波長紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する短波長紫外光用光学ユニット３００として、短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０と、短波長紫外光レーザ光源３３１と、短波長紫外光用光学系３３２と、短波長紫外光用対物レンズ３３３と、紫外光用オートフォーカス制御部３３４とが配されている。
【００８９】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、短波長紫外光レーザ光源３３１を点灯させる。ここで、短波長紫外光レーザ光源３３１の駆動源は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、光源制御インターフェース６１ｄを介して接続されている。そして、短波長紫外光レーザ光源３３１の駆動源には、制御用コンピュータ６１から光源制御インターフェース６１ｄを介して制御信号が送られる。短波長紫外光レーザ光源３３１の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００９０】
短波長紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、短波長紫外光レーザ光源３３１を点灯させ、この短波長紫外光レーザ光源３３１からの短波長紫外光を、短波長紫外光用光学系３３２及び短波長紫外光用対物レンズ３３３を介して半導体ウェハにあてて、半導体ウェハを照明する。そして、短波長紫外光により照明された半導体ウェハの像を短波長紫外光用対物レンズ３３３により拡大し、その拡大像を短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０により撮像する。
【００９１】
ここで、短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０は、外部ユニット５０に配された画像処理用コンピュータ６０に、画像取込インターフェース６０ｄを介して接続されている。そして、短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０により撮像された半導体ウェハの画像は、画像取込インターフェース６０ｄを介して画像処理用コンピュータ６０に取り込まれる。
【００９２】
また、上述のように紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光用オートフォーカス制御部３３４により、自動焦点位置合わせを行う。すなわち、紫外光用オートフォーカス制御部３３４により、短波長紫外光用対物レンズ３３３と半導体ウェハの間隔が短波長紫外光用対物レンズ３３３の焦点距離に一致しているか否かを検出し、一致していない場合には、短波長紫外光用対物レンズ３３３又はＺステージ１８を動かして、半導体ウェハの検査対象面が短波長紫外光用対物レンズ３３３の焦点面に一致するようにする。
【００９３】
ここで、紫外光用オートフォーカス制御部３３４は、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、オートフォーカス制御インターフェース６１ｅを介して接続されている。そして、紫外光用オートフォーカス制御部３３４には、制御用コンピュータ６１からオートフォーカス制御インターフェース６１ｅを介して制御信号が送られる。紫外光用オートフォーカス制御部３３４による短波長紫外光用対物レンズ３３３の自動焦点位置合わせは、この制御信号に基づいて行われる。
【００９４】
上述の如く、各光学ユニット２１（１００，２００，３００）は、夫々独立した光源１３１，２３１，３３１が配設され、また夫々独立したオートフォーカス制御部１３４，２３４，３３４を備えている。これにより、各光学ユニット２１（１００，２００，３００）は、一の光源をメンテナンスする場合でも検査装置全体を休止させる必要がなくなり、またメンテナンスした結果、故障等が確認された光学ユニット２１のみを容易に取り換えることができる。
【００９５】
クリーンエアユニット４には、上述したように、２つの送風機５ａ，５ｂが設けられている。これらの送風機５ａ，５ｂは、外部ユニット５０に配された制御用コンピュータ６１に、風量制御インターフェース６１ｆを介して接続されている。そして、クリーンエアユニット４の送風機５ａ，５ｂには、制御用コンピュータ６１から風量制御インターフェース６１ｆを介して、制御信号が送られる。送風機５ａ，５ｂの回転数の制御やオン／オフの切り替え等は、この制御信号に基づいて行われる。
【００９６】
次に、上記検査装置１における各光学ユニット２１（１００、２００、３００）の光学系について、更に詳細に説明する。
【００９７】
図８は、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像する可視光用光学ユニット１００の光学系を示している。この図８に示すように、可視光用光学ユニット１００は、可視光用ＣＣＤカメラ１３０と、ハロゲンランプ１３１と、可視光用光学系１３２と、可視光用対物レンズ１３３と、オートフォーカス制御部１３４とを備えている。
【００９８】
ハロゲンランプ１３１から出射された可視光は、光ファイバ１４１によって可視光用光学系１３２へと導かれる。可視光用光学系１３２へと導かれた可視光は、例えばステッピングモータ等を駆動源とする図示しない制御機構により制御される開口絞り部１４２により、その光量を制御され、リレーレンズ１４３を透過してハーフミラー１４４へ入射される。そしてハーフミラー１４４へ入射された可視光は、ハーフミラー１４４により可視光用対物レンズ１３３へ向けて反射され、可視光用対物レンズ１３３を介して半導体ウェハに入射される。これにより、半導体ウェハが可視光により照明されることとなる。なお、この可視光用対物レンズ１３３の倍率は、レボルバー１４５を回転させることにより変更自在となるように構成されている。
【００９９】
可視光により照明された半導体ウェハの像は、可視光用対物レンズ１３３により拡大され、ハーフミラー１４４及びハーフミラー１４６を透過して、撮像用レンズ１４７により像変換され、可視光用ＣＣＤカメラ１３０により撮像される。すなわち、可視光により照明された半導体ウェハからの反射光が、可視光用対物レンズ１３３、ハーフミラー１４４、１４６及び撮像用レンズ１４７を介して可視光用ＣＣＤカメラ１３０に入射し、これにより半導体ウェハの拡大像が可視光用ＣＣＤカメラ１３０によって撮像される。そして、可視光用ＣＣＤカメラ１３０によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、可視画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ６０へと送られる。
【０１００】
また、自動焦点位置合わせを行う場合には、可視光用オートフォーカス制御部１３４から出射された光を、ハーフミラー１４６及びハーフミラー１４４を透過させ、可視光用対物レンズ１３３を介して半導体ウェハ上へ照射させる。そして半導体ウェハを反射した光を再び可視光用対物レンズ１３３を介してハーフミラー１４４、１４６を透過させて可視光用オートフォーカス制御部１３４へ入射させ、可視光用対物レンズ１３３と半導体ウェハの間隔が可視光用対物レンズ１３３の焦点距離に一致しているか否か検出する。ちなみに、この可視光用オートフォーカス制御部１３４内部には、光を発生させる図示しないレーザダイオードや、光を受光する図示しない受光素子が配設されている。
【０１０１】
図９は、長波長紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する長波長紫外光用光学ユニット２００の光学系を示している。この図９に示すように、長波長紫外光用光学ユニット２００は、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０と、長波長紫外光用レーザ光源２３１と、長波長紫外光用光学系２３２と、長波長紫外光用対物レンズ２３３と、紫外光用オートフォーカス制御部２３４とを備えている。
【０１０２】
長波長紫外光レーザ光源２３１から出射された長波長紫外光は、光ファイバ２４１によって長波長紫外光用光学系２３２へと導かれる。長波長紫外光用光学系２３２へと導かれた長波長紫外光は、微小なレンズを集合させて構成したアレイレンズ２４２や開口絞り部２４３、更には視野絞り部２４５によりその光量を制限される。ちなみにこの視野絞り部２４５は、長波長紫外光を透過させるリレーレンズ２４４の間に配設される。リレーレンズ２４４を出射された長波長紫外光は、偏向ビームスプリッタ２４６により反射され、１／４波長板２４８により偏向軸の方向を制御された後、長波長紫外光用対物レンズ２３３を介して半導体ウェハに入射される。これにより半導体ウェハが長波長紫外光により照明されることとなる。
【０１０３】
長波長紫外光により照明された半導体ウェハの像は、長波長紫外光用対物レンズ２３３により拡大され、１／４波長板２４８並びに偏向ビームスプリッタ２４６、更にはハーフミラー２４７を透過して、撮像用レンズ２５０により像変換され、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０により撮像される。すなわち、長波長紫外光により照明された半導体ウェハからの反射光が、長波長紫外光用対物レンズ２３３、ハーフミラー２４７等を介して長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０に入射し、これにより半導体ウェハの拡大像が長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０によって撮像される。そして、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、長波長紫外画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ６０へと送られる。
【０１０４】
また、自動焦点位置合わせを行う場合には、紫外光用オートフォーカス制御部２３４から出射された光を、ハーフミラー２４７、偏向ビームスプリッタ２４６、１／４波長板２４８を透過させて、長波長紫外光用対物レンズ２３３を介して半導体ウェハ上へ照射させる。そして半導体ウェハを反射した光を再び長波長紫外光用対物レンズ２３３を介して偏向ビームスプリッタ２４６等を透過させて紫外光用オートフォーカス制御部２３４へ入射させ、長波長紫外光用対物レンズ２３３と半導体ウェハの間隔が長波長紫外光用対物レンズ２３３の焦点距離に一致しているか否か検出する。ちなみに、このオートフォーカス制御部２３４内部には、光を発生させる図示しないレーザダイオードや、光を受光する図示しない受光素子が配設されている。
【０１０５】
なお、長波長紫外光用光学系２３２における撮像用レンズ２５０は、レボルバー２４９により支持されており、このレボルバー２４９を回転させることにより任意の倍率に変更することが可能となる。
【０１０６】
図１０は、短波長紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する短波長紫外光用光学ユニット３００の光学系を示している。この図１０に示すように、短波長紫外光用光学ユニット３００は、短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０と、短波長紫外光用レーザ光源３３１と、短波長紫外光用光学系３３２と、短波長紫外光用対物レンズ３３３とを備えている。なお、この図１０に示す短波長紫外光用光学ユニット３００における紫外光用オートフォーカス制御部３３４は、図９に示すオートフォーカス制御部２３４の説明を引用し、説明を省略する。
【０１０７】
短波長紫外光レーザ光源３３１から出射された短波長紫外光は、光ファイバ３４１によって短波長紫外光用光学系３３２へと導かれる。短波長紫外光用光学系３３２へと導かれた短波長紫外光は、微小なレンズを集合させて構成したアレイレンズ３４２や開口絞り部３４４、更には視野絞り部３４５によりその光量を制限される。ちなみにこの開口絞り部３４４並びに視野絞り部３４５は、短波長紫外光を透過させるリレーレンズ３４３の間に配設される。リレーレンズ３４３を出射された短波長紫外光は、偏向ビームスプリッタ３４６により反射され、１／４波長板３４７により偏向軸の方向を制御された後、短波長紫外光用対物レンズ３３３を介して半導体ウェハに入射される。これにより半導体ウェハが短波長紫外光により照明されることとなる。
【０１０８】
短波長紫外光により照明された半導体ウェハの像は、短波長紫外光用対物レンズ３３３により拡大され、１／４波長板３４７並びに偏向ビームスプリッタ３４６を透過して撮像用レンズ３４８により像変換され、短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０により撮像される。すなわち、短波長紫外光により照明された半導体ウェハからの反射光が、短波長紫外光用対物レンズ３３３等を介して短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０に入射し、これにより半導体ウェハの拡大像が短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０によって撮像される。そして、短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０によって撮像された半導体ウェハの画像（以下、短波長紫外画像と称する。）は、画像処理用コンピュータ６０へと送られる。
【０１０９】
なお、短波長紫外光用光学系３３２における撮像用レンズ３４８は、レボルバー３４９により支持されており、このレボルバー３４９を回転させることにより任意の倍率に変更することが可能となる。
【０１１０】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した検査装置１では、可視光に加えて紫外光により、半導体ウェハの画像を撮像して検査することができるので、可視光を用いて欠陥の検出や分類分けを行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出や分類分けを行うことができる。また、用いる紫外光も、例えば波長２６６ｎｍ程度の長波長紫外光に加え、波長１９６ｎｍ程度の短波長紫外光も用いることができるため、さらに微細な欠陥についても検出や分類分けを行うことができる。また、上記検査装置１では、可視光用の光学系と長波長紫外光用の光学系と短波長紫外光用の光学系とを兼ね備えており、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査と、長波長紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査と、短波長紫外光を用いたさらなる光分解能での半導体ウェハの検査を行うことができる。したがって、上記検査装置１では、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査により、大きい欠陥の検出や分類分けを行い、且つ、長波長紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査により、小さい欠陥の検出や分類分けを行うといったことも可能である。そして、長波長紫外光を用いた検査でも検出することができない超微細な欠陥の検出や分類分けについて短波長紫外光を用いて行うことも可能である。
【０１１１】
また、本発明に係る検査装置１は、各光学ユニット２１に夫々独立した光源１３１，２３１，３３１が配設され、更に夫々独立した光学系が実装化される。これにより、状況に応じて用いる光源をフレキシブルに選択しなければならない場合においても、光学系全体の設計をし直す必要はなく、光学ユニット２１そのものを自由に選択して載置すれば足りるため、生産・開発の効率を改善することができ、コストを大幅に削減することも可能となる。
【０１１２】
また、一の光学ユニット２１をメンテナンスする場合でも検査装置１全体を休止させる必要がなくなり、またメンテナンスした結果、故障等が確認された光学ユニット２１のみを容易に取り換えることができ、メンテナンス面からも優れたサービスを提供することが可能となる。
【０１１３】
次に、上記検査装置１で半導体ウェハを検査するときの手順の一例を、図１１、１２のフローチャートを参照して説明する。なお、図１１、１２のフローチャートでは、検査対象の半導体ウェハが検査用ステージ１４に設置された状態以降の処理の手順を示している。また、図１１、１２に示すフローチャートは、半導体ウェハ上の欠陥の位置が予め分かっている場合に、その欠陥を上記検査装置１により検査して分類分けを行うときの手順の一例を示している。また、ここでは、半導体ウェハ上に同様なデバイスパターンが多数形成されているものとし、欠陥の検出や分類分けは、欠陥がある領域の画像（欠陥画像）と、その他の領域の画像（参照画像）とを撮像し、それらを比較することで行うものとする。
【０１１４】
先ず、ステップＳ１−１に示すように、制御用コンピュータ６１に欠陥位置座標ファイルを読み込む。ここで、欠陥位置座標ファイルは、半導体ウェハ上の欠陥の位置に関する情報が記述されたファイルであり、欠陥検出装置等により、半導体ウェハ上の欠陥の位置を予め計測して作成しておく。そして、ここでは、その欠陥位置座標ファイルを制御用コンピュータ６１に読み込む。
【０１１５】
次に、ステップＳ１−２において、制御用コンピュータ６１によりＸステージ１５及びＹステージ１６を駆動させ、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標へ半導体ウェハを移動させ、半導体ウェハの検査対象領域が可視光用光学ユニット１００における可視光用対物レンズ１３３の視野内に入るようにする。
【０１１６】
次に、ステップＳ１−３において、制御用コンピュータ６１により可視光用オートフォーカス制御部１３４を駆動させ、可視光用対物レンズ１３３の自動焦点位置合わせを行う。
【０１１７】
次に、ステップＳ１−４において、可視光用ＣＣＤカメラ１３０により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した可視画像を画像処理用コンピュータ６０に送る。なお、ここで撮像される可視画像は、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標における画像、すなわち、欠陥があるとされる領域の画像（以下、欠陥画像と称する。）である。
【０１１８】
次に、ステップＳ１−５において、制御用コンピュータ６１によりＸステージ１５及びＹステージ１６を駆動させ、参照位置座標へ半導体ウェハを移動させて、半導体ウェハの参照領域が可視光用対物レンズ１３３の視野内に入るようにする。ここで、参照領域は、半導体ウェハの検査対象領域以外の領域であって、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域である。
【０１１９】
次に、ステップＳ１−６において、制御用コンピュータ６１により可視光用オートフォーカス制御部１３４を駆動させ、可視光用対物レンズ１３３の自動焦点位置合わせを行う。
【０１２０】
次に、ステップＳ１−７において、可視光用ＣＣＤカメラ１３０により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した可視画像を画像処理用コンピュータ６０に送る。なお、ここで撮像される可視画像は、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域の画像（以下、参照画像と称する。）である。
【０１２１】
次に、ステップＳ１−８において、画像処理用コンピュータ６０により、ステップＳ１−４で取り込んだ欠陥画像と、ステップＳ１−７で取り込んだ参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−９へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、ステップＳ１−１１へ進む。
【０１２２】
ステップＳ１−９では、画像処理用コンピュータ６０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、Ａを介して図１２のステップＳ１−１０へ進み、欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１１へ進む。
【０１２３】
ステップＳ１−１０では、欠陥の分類結果を保存する。ここで、欠陥の分類結果は、例えば、画像処理用コンピュータ６０や制御用コンピュータ６１に接続された記憶装置に保存する。なお、欠陥の分類結果は、画像処理用コンピュータ６０や制御用コンピュータ６１にネットワークを介して接続された他のコンピュータに転送して保存するようにしてもよい。
【０１２４】
ステップＳ１−１０での処理が完了したら、半導体ウェハの欠陥の分類分けが完了したこととなるので、これで処理を終了する。ただし、半導体ウェハ上に複数の欠陥がある場合には、ステップＳ１−２へ戻って、他の欠陥の検出及び分類分けを行うようにしてもよい。
【０１２５】
一方、ステップＳ１−８で欠陥検出ができなかった場合や、ステップＳ１−９で欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−１１以降へ進み、長波長紫外光を用いて高分解能での撮像を行って欠陥の検出や分類分けを行う。
【０１２６】
その場合は、先ず、ステップＳ１−１１において、制御用コンピュータ６１によりＸステージ１５及びＹステージ１６を駆動させ、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標へ半導体ウェハを移動させて、半導体ウェハの検査対象領域が長波長紫外光用光学ユニット２００における長波長紫外光用対物レンズ２３３の視野内に入るようにする。
【０１２７】
次に、ステップＳ１−１２において、制御用コンピュータ６１により紫外光用オートフォーカス制御部２３４を駆動させ、長波長紫外光用対物レンズ２３３の自動焦点位置合わせを行う。
【０１２８】
次に、ステップＳ１−１３において、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した長波長紫外画像を画像処理用コンピュータ６０に送る。なお、ここで撮像される長波長紫外画像は、欠陥位置座標ファイルが示す欠陥位置座標における画像、すなわち欠陥画像である。また、ここでの欠陥画像の撮像は、可視光よりも短波長の光である紫外光を用いて、可視光を用いた場合の撮像よりも高分解能にて行う。
【０１２９】
次に、ステップＳ１−１４において、制御用コンピュータ６１によりＸステージ１５及びＹステージ１６を駆動させ、参照位置座標へ半導体ウェハを移動させて、半導体ウェハの参照領域が長波長紫外光用対物レンズ２３３の視野内に入るようにする。ここで、参照領域は、半導体ウェハの検査対象領域以外の領域であって、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域である。
【０１３０】
次に、ステップＳ１−１５において、制御用コンピュータ６１により紫外光用オートフォーカス制御部２３４を駆動させ、長波長紫外光用対物レンズ２３３の自動焦点位置合わせを行う。
【０１３１】
次に、ステップＳ１−１６において、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０により半導体ウェハの画像を撮像し、撮像した長波長紫外画像を画像処理用コンピュータ６０に送る。なお、ここで撮像される長波長紫外画像は、半導体ウェハの検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている領域の画像、すなわち参照画像である。また、ここでの参照画像の撮像は、可視光よりも短波長の光である紫外光を用いて、可視光を用いた場合よりも高分解能にて行う。
【０１３２】
次に、ステップＳ１−１７において、画像処理用コンピュータ６０により、ステップＳ１−１３で取り込んだ欠陥画像と、ステップＳ１−１６で取り込んだ参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−１８へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、Ｂを介して図１２のステップＳ１−１９へ進む。
【０１３３】
ステップＳ１−１８では、画像処理用コンピュータ６０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、Ａを介して図１２のステップＳ１−１０へ進み、上述したように、欠陥の分類結果を保存する。一方、欠陥の分類分けができなかった場合には、Ｂを介して図１２のステップＳ１−１９へ進む。
【０１３４】
ステップＳ１−１９では、短波長紫外光を用いて更に光分解能での撮像を行い、欠陥の検出や分類分けを行う。このステップＳ１−１９における短波長紫外光用光学ユニットの動作は、ステップＳ１−１１〜Ｓ１−１６における長波長紫外光用光学ユニット２００の動作と同様であるため、かかる説明を引用する。
【０１３５】
次に、ステップＳ１−２０において、画像処理用コンピュータ６０により、取り込んだ欠陥画像と参照画像とを比較し、欠陥画像から欠陥を検出する。そして、欠陥が検出できた場合には、ステップＳ１−２１へ進み、欠陥が検出できなかった場合には、ステップＳ１−２２へ進む。
【０１３６】
ステップＳ１−２１では、画像処理用コンピュータ６０により、検出された欠陥が何であるかを調べて分類分けを行う。そして、欠陥の分類分けができた場合には、ステップＳ１−１０へ進み、上述したように、欠陥の分類結果を保存する。一方、欠陥の分類分けができなかった場合には、ステップＳ１−２２へ進む。
【０１３７】
ステップＳ１−２２では、欠陥の分類分けができなかったことを示す情報を保存する。ここで、欠陥の分類分けができなかったことを示す情報は、例えば、画像処理用コンピュータ６０や制御用コンピュータ６１に接続された記憶装置に保存する。なお、この情報は、画像処理用コンピュータ６０や制御用コンピュータ６１にネットワークを介して接続された他のコンピュータに転送して保存するようにしてもよい。
【０１３８】
以上のような手順により、先ず、可視光用ＣＣＤカメラ１３０により撮像された画像を処理して解析することで低分解能にて半導体ウェハの検査を行い、可視光での欠陥の検出や分類分けができなかった場合に、長波長紫外光用ＣＣＤカメラ２３０により撮像された画像を処理して解析することで高分解能にて半導体ウェハの検査を行う。また長波長紫外光での欠陥の検出や分類分けができなかった場合には、更に短波長紫外光用ＣＣＤカメラ３３０により撮像された画像を処理して解析することでさらに高分解能にて半導体ウェハの検査を行う。
【０１３９】
なお、本発明に係る検査装置１で半導体ウェハを検査するときの手順は、上述した図１１及び図１２に示すフローチャートに限定されるものではない。例えば短波長紫外光用光学ユニット３００を取り付けていない場合、或いは一度取り付けた短波長紫外光用光学ユニットを取り外した場合には、ステップＳ１−１８において欠陥分類できなかったときに、ステップＳ１−２２へ移行させても良い。
【０１４０】
次に、ＣＣＤカメラ１３０，２３０，３３０によって撮像された参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出する手法について、図１３を参照して説明する。
【０１４１】
図１３（ａ）は、検査対象領域におけるデバイスパターンと同様なデバイスパターンが形成されている参照領域の画像、すなわち参照画像の一例を示している。また、図１３（ｂ）は、欠陥があるとされる検査対象領域の画像、すなわち欠陥画像の一例を示している。
【０１４２】
このような参照画像及び欠陥画像から欠陥を検出する際は、参照画像から色情報や濃淡情報などに基づいて、図１３（ｃ）に示すようにデバイスパターンを抽出する。また、参照画像と欠陥画像から差の画像を求め、差の大きな部分を図１３（ｄ）に示すように欠陥として抽出する。
【０１４３】
そして、図１３（ｅ）に示すように、図１３（ｃ）に示したデバイスパターン抽出結果の画像と、図１３（ｄ）に示した欠陥抽出結果の画像とを重ね合わせた画像を得て、欠陥がデバイスパターンに存在する割合などを、欠陥に関する特徴量として抽出する。
【０１４４】
以上のような手法により、各ＣＣＤカメラ１３０，２３０，３３０によって撮像された参照画像及び欠陥画像を画像処理用コンピュータ６０で処理し解析することで欠陥を検出し、半導体ウェハの検査を行うことができる。
【０１４５】
なお以上の説明では、本発明を適用した検査装置１を、半導体ウェハの欠陥が何であるかを調べるために用いるものとしてきた。しかし、本発明に係る検査装置１の用途は、半導体ウェハの欠陥識別以外の用途にも使用可能である。すなわち、本発明に係る検査装置１は、例えば、半導体ウェハ上に形成したデバイスパターンが、所望するパターン通りに適切な形状に形成されているか否かを検査するのに用いることもできる。更に、本発明に係る検査装置１の用途は、半導体ウェハの検査に限定されるものでもなく、本発明に係る検査装置１は、微細パターンの検査に対して広く適用可能であり、例えば、微細なパターンが形成されたフラットパネルディスプレイの検査などにも有効である。
【０１４６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る検査装置では、可視光に加えて紫外光により半導体ウェハの画像を撮像して検査することができるので、可視光を用いて欠陥の検出や分類分けを行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出や分類分けを行うことができる。また、用いる紫外光も、例えば波長２６６ｎｍ程度の長波長紫外光に加え、波長１９６ｎｍ程度の短波長紫外光も用いることができるため、さらに微細な欠陥についても検出や分類分けを行うことができる。
また本発明に係る検査装置は、各光学ユニットに夫々独立した光源が配設され、
更に夫々独立した光学系が実装化される。これにより、状況に応じて用いる光源をフレキシブルに選択しなければならない場合においても、光学系全体の設計をし直す必要はなく、光学ユニットそのものを自由に選択して載置すれば足りるため、生産・開発の効率を改善することができ、コストを大幅に削減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した検査装置の外観を示す斜視図である。
【図２】上記検査装置のクリーンボックスの内部に配設された装置本体を図１中矢印Ａ１方向から見た様子を示す図である。
【図３】上記検査装置の装置本体を上側から見た様子を模式的に示す平面図である。
【図４】図２に示される支持部材２０及び光学ユニット２１を拡大表示した図である。
【図５】支持部材及び光学ユニットを図４中矢印Ａ２方向から見た様子を示した図である。
【図６】支持部材のみを図４中矢印Ａ２方向から見た様子を示した図である。
【図７】上記検査装置の一構成例を示すブロック図である。
【図８】可視光用光学ユニットの光学系を示した図である。
【図９】長波長紫外光用光学ユニットの光学系を示した図である。
【図１０】短波長紫外光用光学ユニットの光学系を示した図である。
【図１１】検査装置で半導体ウェハの検査を行うときの手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】検査装置で半導体ウェハの検査を行うときの手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】参照画像と欠陥画像とから欠陥を検出する手法を説明するための図である。
【符号の説明】
１　検査装置、２　クリーンユニット、３　クリーンボックス、４　クリーンエアユニット、５ａ，５ｂ　送風機、１０　装置本体、１４　検査用ステージ、２０　支持部材、２１　光学ユニット、２２　エレベータ、２３　搬送用ロボット、２４　プリアライナ、９６　支持板、１００　可視光用光学ユニット、１３０　可視光用ＣＣＤカメラ、１３１　ハロゲンランプ、１３２　可視光用光学系、１３３　可視光用対物レンズ、１３４　可視光用オートフォーカス制御部、２３０　長波長紫外光用ＣＣＤカメラ、２３１　長波長紫外光レーザ光源、２３２長波長紫外光用光学系、２３３　長波長紫外光用対物レンズ、２３４　紫外光用オートフォーカス制御部、３３０　短波長紫外光用ＣＣＤカメラ、３３１　短波長紫外光レーザ光源、３３２　短波長紫外光用光学系、３３３　短波長紫外光用対物レンズ、３３４　紫外光用オートフォーカス制御部
【図１】
2004045039.tif 000003
【図２】
2004045039.tif 000004
【図３】
2004045039.tif 000005
【図４】
2004045039.tif 000006
【図５】
2004045039.tif 000007
【図６】
2004045039.tif 000008
【図７】
2004045039.tif 000009
【図８】
2004045039.tif 000010
【図９】
2004045039.tif 000011
【図１０】
2004045039.tif 000012
【図１１】
2004045039.tif 000013
【図１２】
2004045039.tif 000014
【図１３】
2004045039.tif 000015