(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
上記基台上に設けられ、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移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構と、
上記半導体ウェハを、上記被検査物支持機構により上記半導体ウェハが移動操作される移動平面に垂直な線を軸として回動操作し、該被検査物支持機構に支持させる搬送機構と、
上記基台上に該基台に対して移動可能に設けられ、上記移動平面の外から、上記被検査物支持機構により支持された半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と該半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットと、
上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を移動操作する撮像手段移動機構と、
上記被検査物支持機構、上記搬送機構及び上記撮像手段移動機構の動作を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記基台を基準としたメカニカル座標系と、上記被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、上記半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、
上記メカニカル座標系の原点をＯＭ（０，０）とし、このメカニカル座標系における上記被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をＯＳとし、該メカニカル座標系における上記可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をＯＡとし、上記ステージ座標系における上記半導体ウェハの中心の座標をＯＷとして、
上記半導体ウェハ上の任意の点Ｐについて、上記メカニカル座標系における座標をＰＭとし、上記カメラ座標系における座標をＰＡとし、上記ステージ座標系における座標をＰＳとし、上記被検査物座標系における座標をＰＷとし、
上記メカニカル座標系から上記カメラ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＡとし、上記ステージ座標系から上記被検査物座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＲとし、上記搬送機構による上記半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をＲＴとして、
ＰＭ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ
により、上記カメラ座標系と上記メカニカル座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−ＯＳ
により、上記カメラ座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝ＲＰＷ＋ＯＷ
により、上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
ＰＳ＝ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ
により、上記搬送機構の動作も含めて上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
ＯＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−（ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ）
により、上記カメラ座標系と上記被検査物座標系との対応付けを行うことにより、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Ｐを撮像する位置に移動操作し、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Ｐを上記可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、可視光を用いた低分解能での該半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での該半導体ウェハの検査との両方を行い、
上記可視光用及び上記紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するＣＣＤカメラと、該対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、該オートフォーカス制御部は、該対物レンズと上記半導体ウェハとの間隔が該対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、上記被検査物支持機構を上記所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、該対物レンズの焦点位置合わせを行う検査装置。
【請求項２】
上記被検査物上における所定の方向及び距離の移動ベクトルを、上記被検査物座標系においてＤＷと定義し、
ＯＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−（ＲＲＴ（ＰＷ＋ＤＷ）＋ＯＷ）
により、上記被検査物座標系において点Ｐから所定の方向及び距離にある点を上記可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像する請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
基台上に設けられ半導体ウェハを支持してこの半導体ウェハを所定の移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構に対して、搬送機構を用いて、該半導体ウェハを該移動平面に垂直な線を軸として回動操作して支持させ、該基台上に該基台に対して移動可能に設けられ、該半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と該半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットの該可視光用の撮像手段及び該紫外光用の撮像手段を用いて、該移動平面の外から該半導体ウェハを撮像するにあたって、
上記基台を基準としたメカニカル座標系と、上記被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、上記半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、
上記メカニカル座標系の原点をＯＭ（０，０）とし、このメカニカル座標系における上記被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をＯＳとし、該メカニカル座標系における上記可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をＯＡとし、上記ステージ座標系における上記半導体ウェハの中心の座標をＯＷとして、
上記半導体ウェハ上の任意の点Ｐについて、上記メカニカル座標系における座標をＰＭとし、上記カメラ座標系における座標をＰＡとし、上記ステージ座標系における座標をＰＳとし、上記被検査物座標系における座標をＰＷとし、
上記メカニカル座標系から上記カメラ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＡとし、上記ステージ座標系から上記被検査物座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＲとし、上記搬送機構による上記半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をＲＴとして、
ＰＭ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ
により、上記カメラ座標系と上記メカニカル座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−ＯＳ
により、上記カメラ座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝ＲＰＷ＋ＯＷ
により、上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
ＰＳ＝ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ
により、上記搬送機構の動作も含めて上記被検査物座標系と上記ステージ座標系との対応付けを行い、
ＯＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−（ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ）
により、上記カメラ座標系と上記被検査物座標系との対応付けを行うことにより、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Ｐを撮像する位置に移動操作し、該被検査物座標系における上記半導体ウェハ上の任意の点Ｐを上記可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、可視光を用いた低分解能での該半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での該半導体ウェハの検査との両方を行い、
上記可視光用及び上記紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するＣＣＤカメラと、該対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、該オートフォーカス制御部は、該対物レンズと上記半導体ウェハとの間隔が該対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、上記被検査物支持機構を上記所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、該対物レンズの焦点位置合わせを行う検査方法。
【請求項４】
上記被検査物上における所定の方向及び距離の移動ベクトルを、上記被検査物座標系においてＤＷと定義し、
ＯＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−（ＲＲＴ（ＰＷ＋ＤＷ）＋ＯＷ）
により、上記可視光用及び紫外光用の撮像手段を、上記被検査物座標系における点Ｐから所定の方向及び距離にある点を撮像する位置に移動操作する請求項３記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウェハのように、微細なパターンの形状や大きさなどを検査するための検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路を作製するにあたっては、半導体ウェハと呼ばれる半導体基板上に、多数の同一のデバイスパターン（回路パターン）を形成し、後でこれらを各一のデバイスパターン部分に分割することが行われている。半導体集積回路においては、近年、集積化が益々進んでおり、これを構成するデバイスパターンは、例えば、幅が０．１８μｍや０．１３μｍの線状のパターンといったように、非常に微細なものとなっている。そして、このデバイスパターンについては、半導体ウェハの状態で、光学的に検査することが行われており、従来、このような検査を行うための検査装置及び検査方法が提案されている。
【０００３】
このような検査装置は、基台と、この基台上に設けられた被検査物支持機構と、該基台上に移動操作可能に設けられた撮像手段とを備えて構成されている。被検査物支持機構は、いわゆる「検査用ステージ」であって、半導体ウェハなどの被検査物を支持するとともに、この被検査物を所定の移動平面内において移動操作することができるようになされている。撮像手段は、いわゆる「ＣＣＤカメラ」であって、被検査物の移動平面の外から、この被検査物を撮像する。
【０００４】
撮像手段は、被検査物の表面部を高倍率に拡大して撮像し、この被検査物上のデバイスパターン等の微細パターンの映像を提供する。そして、この映像に基づいて、被検査物上の欠陥の探索や、または、微細パターンの大きさ（幅）の測定などを行うことができる。
【０００５】
ここで、被検査物支持機構が被検査物を移動させるための座標系、撮像手段が移動する座標系、及び被検査物上において定義された座標系が相互にずれを生じていると、被検査物上の座標系によって撮像すべき箇所が指示されても、その箇所を撮像素子の撮像範囲（視野）内に導入することが非常に困難となる。そして、これら各座標系を、機械精度によって一致させることは困難である。そこで、本件出願人は、このような検査装置において、これら各座標系間の対応付けを行い、この対応付けに基づく座標変換処理を行うことによって、撮像すべき箇所を撮像素子の撮像範囲内に迅速に導入することができるようにする検査方法を、特願平１１−３４８０７９号において、すでに提案している。
【０００６】
ところで、被検査物に対して精密な検査を行う場合においては、その検査装置が固有に持っている誤差、例えば、撮像手段における画像の歪みなどが問題になることがある。この誤差のことを「ＴＩＳ」（Tool Induced Shift）と呼んでいる。この「ＴＩＳ」を定量的に測定する方法としては、被検査物を異なった方向（向き）にして検査装置内に搬入したうえで同様の検査を行い、その結果の分布を調べるということが提案されている。
【０００７】
このようにして「ＴＩＳ」を測定する場合、被検査物が検査装置に搬入される方向は、通常は２方向、多くても、４方向といった程度であった。そのため、従来は、これら被検査物の方向毎に、独立した座標変換処理を行うことで対処していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような検査装置における「ＴＩＳ」の測定においては、被検査物を検査装置に搬入する際の該被検査物の方向を、例えば、４方向より多くした場合や、それまでとは異なる方向とした場合等においては、座標変換処理が煩雑となり、また、被検査物の方向ごとに独立的に座標変換処理を行うことによって、新たな誤差を生じさせてしまう虞れがあり、正確な測定ができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、検査装置が固有に持っている誤差の測定などのために、被検査物が複数の異なる方向となされて搬入される場合においても、この検査装置上の複数の座標系間の座標変換処理が容易であり、正確な誤差の測定が行えるようになされた検査装置及び検査方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る検査装置は、基台と、基台上に設けられ、半導体ウェハを支持するとともに、半導体ウェハを所定の移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構と、半導体ウェハを、被検査物支持機構により半導体ウェハが移動操作される移動平面に垂直な線を軸として回動操作し、被検査物支持機構に支持させる搬送機構と、基台上に基台に対して移動可能に設けられ、移動平面の外から、被検査物支持機構により支持された半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットと、可視光用及び紫外光用の撮像手段を移動操作する撮像手段移動機構と、被検査物支持機構、搬送機構及び撮像手段移動機構の動作を制御する制御手段とを備えて構成されている。
【００１１】
そして、制御手段は、基台を基準としたメカニカル座標系と、被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、メカニカル座標系の原点をＯＭ（０，０）とし、このメカニカル座標系における被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をＯＳとし、メカニカル座標系における可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をＯＡとし、ステージ座標系における半導体ウェハの中心の座標をＯＷとする。
【００１２】
そして、制御手段は、半導体ウェハ上の任意の点Ｐについて、メカニカル座標系における座標をＰＭとし、カメラ座標系における座標をＰＡとし、ステージ座標系における座標をＰＳとし、被検査物座標系における座標をＰＷとし、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＡとし、ステージ座標系から被検査物座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＲとし、搬送機構による半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をＲＴとして、以下のようにして、各座標系間の対応付けを行う。すなわち、
ＰＭ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ
により、カメラ座標系とメカニカル座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−ＯＳ
により、カメラ座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝ＲＰＷ＋ＯＷ
により、被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
ＰＳ＝ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ
により、搬送機構の動作も含めて被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
ＯＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−（ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ）
により、カメラ座標系と被検査物座標系との対応付けを行う。
【００１３】
この検査装置は、上述のような座標系間の対応付けを行うことにより、可視光用及び紫外光用の撮像手段を、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Ｐを撮像する位置に移動操作し、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Ｐを可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査との両方を行い、可視光用及び紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するＣＣＤカメラと、対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、オートフォーカス制御部は、対物レンズと半導体ウェハとの間隔が対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、被検査物支持機構を所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、対物レンズの焦点位置合わせを行うことを特徴とするものである。
【００１４】
そして、本発明に係る検査方法は、基台上に設けられ半導体ウェハを支持してこの半導体ウェハを所定の移動平面内及び該移動平面に垂直な方向に移動操作する被検査物支持機構に対して、搬送機構を用いて、半導体ウェハを移動平面に垂直な線を軸として回動操作して支持させ、基台上に基台に対して移動可能に設けられ、半導体ウェハを可視光にて撮像する可視光用の撮像手段と半導体ウェハを紫外光にて撮像する紫外光用の撮像手段とを併有する光学ユニットの可視光用の撮像手段及び紫外光用の撮像手段を用いて、移動平面の外から半導体ウェハを撮像するにあたって、基台を基準としたメカニカル座標系と、被検査物支持機構の移動部上の基準点を原点とするステージ座標系と、可視光用及び紫外光用の撮像手段における撮像範囲を基準としたカメラ座標系と、半導体ウェハの中心を原点とした被検査物座標系とを定義し、メカニカル座標系の原点をＯＭ（０，０）とし、このメカニカル座標系における被検査物支持機構の移動部上の基準点の座標をＯＳとし、メカニカル座標系における可視光用及び紫外光用の撮像手段による撮像範囲の基準点の座標をＯＡとし、ステージ座標系における半導体ウェハの中心の座標をＯＷとする。
【００１５】
そして、半導体ウェハ上の任意の点Ｐについて、メカニカル座標系における座標をＰＭとし、カメラ座標系における座標をＰＡとし、ステージ座標系における座標をＰＳとし、被検査物座標系における座標をＰＷとし、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＡとし、ステージ座標系から被検査物座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列をＲとし、搬送機構による半導体ウェハの回動に相当する一次変換行列をＲＴとして、以下のようにして、各座標系間の対応付けを行う。すなわち、
ＰＭ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ
により、カメラ座標系とメカニカル座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−ＯＳ
により、カメラ座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
ＰＳ＝ＲＰＷ＋ＯＷ
により、被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、さらに、
ＰＳ＝ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ
により、搬送機構の動作も含めて被検査物座標系とステージ座標系との対応付けを行い、
ＯＳ＝Ａ−１ＰＡ＋ＯＡ−（ＲＲＴＰＷ＋ＯＷ）
により、カメラ座標系と被検査物座標系との対応付けを行う。
【００１６】
この検査方法は、上述のような座標系間の対応付けを行うことにより、可視光用及び紫外光用の撮像手段を、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Ｐを撮像する位置に移動操作し、被検査物座標系における半導体ウェハ上の任意の点Ｐを可視光用及び紫外光用の撮像手段によって撮像し、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハの検査と、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハの検査との両方を行い、可視光用及び紫外光用の撮像手段は、それぞれ、対物レンズにより拡大された半導体ウェハの像を撮像するＣＣＤカメラと、対物レンズの焦点位置合わせを行うオートフォーカス制御部とを有し、オートフォーカス制御部は、対物レンズと半導体ウェハとの間隔が対物レンズの焦点距離に一致しているか否かを検出し、被検査物支持機構を所定の移動平面に垂直な方向に移動することによって、対物レンズの焦点位置合わせを行うことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
この実施の形態は、本発明に係る検査装置を、所定のデバイスパターンが複数形成された半導体ウェハにおいて、デバイスパターンの線幅の検査をするための検査装置として構成したものである。また、本発明に係る検査方法は、この検査装置において実施されるものであって、この実施の形態においては、所定のデバイスパターンが複数形成された半導体ウェハにおいて、デバイスパターンの線幅の検査をするための検査方法として説明する。
【００１９】
〔検査装置の構成〕
この検査装置は、図１に示すように、基台１と、この基台１上に設けられ、被検査物となる半導体ウェハ１０１が載置されてこの半導体ウェハ１０１を支持するとともに、この半導体ウェハ１０１を所定の移動平面（水平面）内において移動操作する被検査物支持機構となる検査用ステージ（ＸＹθステージ）２を備えて構成されている。この検査用ステージ２は、制御手段となる制御回路５に制御されて駆動し、支持している半導体ウェハ１０１を、移動平面内におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向に平行移動させるとともに、この検査用ステージ２の基準点を通る移動平面に対する垂直な軸回りに回動操作する。
【００２０】
また、この検査装置は、半導体ウェハ１０１を、検査用ステージ２による半導体ウェハ１０１の移動平面に垂直な線を軸として回動操作し、検査用ステージ２に支持させる搬送機構となる搬送用ロボット６を備えている。すなわち、この搬送用ロボット６は、カセット７ｂ内に積層されて収納された複数の半導体ウェハから、１枚の半導体ウェハ１０１を取り出し、所定の方向としたうえで、検査用ステージ２上に載置させる。この搬送用ロボット６も、制御回路５による制御にしたがって駆動する。
【００２１】
そして、この検査装置は、基台１上にこの基台１に対して移動可能に設けられた撮像手段となるＣＣＤカメラ４を備えている。このＣＣＤカメラ４は、顕微鏡８を介して、半導体ウェハ１０１の移動平面の外から、検査用ステージ２により支持された半導体ウェハ１０１を撮像する。このＣＣＤカメラ４は、撮像手段移動機構となるカメラ移動機構９により、制御回路５による制御にしたがって、移動操作される。
【００２２】
この検査装置について、外観も含めてさらに詳細に説明する。この検査装置は、図２に示すように、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１０を備えている。このクリーンユニット１０は、ステンレス鋼板等が折り曲げ加工されて構成され、中空の箱状に形成されたクリーンボックス１１と、このクリーンボックス１１の上部に一体的に設けられたクリーンエアユニット１２とを有している。
【００２３】
クリーンボックス１１には、所定の箇所に窓部１１ａが設けられており、検査作業者がこの窓部１１ａからクリーンボックス１１の内部を視認できるようになされている。
【００２４】
クリーンエアユニット１２は、クリーンボックス１１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１１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１３ａ，１３ｂと、これら送風機１３ａ，１３ｂとクリーンボックス１１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１２は、送風機１３ａ，１３ｂ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１１の内部に供給するようになされている。
【００２５】
クリーンボックス１１は、支持脚１４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１２からクリーンボックス１１内に供給された空気は、主にこのクリーンボックス１１の下端部からクリーンボックス１１の外部に排出されるようになされている。また、クリーンボックス１１の側面部には、所定の箇所に開口領域が設けられており、クリーンエアユニット１２からクリーンボックス１１内に供給された空気が、このクリーンボックス１１の側面部に設けられた開口領域からも外部に排出されるようになされている。
【００２６】
クリーンユニット１０は、以上のように、クリーンボックス１１内にクリーンエアユニット１２からの清浄な空気を常時供給し、クリーンボックス１１内を気流となって循環した空気をクリーンボックス１１の外部に排出させる。これによって、クリーンボックス１１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１１の外部に排出させ、クリーンボックス１１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。なお、クリーンボックス１１は、外部から塵埃等を含んだ空気が内部に進入することを防止するために、内部の気圧が常に陽圧に保たれている。
【００２７】
そして、この検査装置は、図３に示すように、クリーンボックス１１の内部に装置本体１５が収容され、クリーンボックス１１の中で、この装置本体１５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１０１の検査が行われるようになされている。ここで、被検査物となる半導体ウェハ１０１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１１の内部に移送される。なお、図３は、クリーンボックス１１の内部を図２中矢印Ａ１方向から見た様子を示している。
【００２８】
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１０１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。
【００２９】
そして、半導体ウェハ１０１の検査を行う際には、まず、半導体ウェハ１０１を収納した容器７がクリーンボックス１１の所定の位置に設けられた容器設置スペース１６に設置される。この容器設置スペース１６には、エレベータ１７の昇降台１７ａ上面がクリーンボックス１１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１７の昇降台１７ａ上に位置するように、容器設置スペース１６に設置される。
【００３０】
容器７が容器設置スペース１６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１７の昇降台１７ａが、図３中矢印Ｂで示す下方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１１の内部に移動する。これにより、半導体ウェハ１０１は、外気に晒されることなく、クリーンボックス１１の内部に移送されることになる。
【００３１】
半導体ウェハ１０１がクリーンボックス１１内に移送されると、搬送用ロボット６により、検査対象の半導体ウェハ１０１がカセット７ｂから取り出されて検査が行われる。
【００３２】
また、この検査装置は、図２に示すように、装置本体１５を操作するための制御回路（コンピュータ）５等が収納された外部ユニット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１１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１０１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１５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１０１の検査を行う検査者は、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。
【００３３】
次に、クリーンボックス１１の内部に配設された装置本体１５について、さらに詳細に説明する。この装置本体１５は、図３に示すように、基台１を備えている。この基台１は、装置本体１５の各機構を支持するための台である。この基台１の底部には支持脚１８が取り付けられており、基台１及び基台１上に設けられた各機構は、この支持脚１８によってクリーンボックス１１とは独立に床板上に支持される構造となっている。
【００３４】
基台１上には、除振台１９を介して、半導体ウェハ１０１が載置される検査用ステージ２が設けられている。除振台１９は、床からの振動や、検査用ステージ２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２が設置される石定盤１９ａと、この石定盤１９ａを支える複数の可動脚部１９ｂとを備えている。そして、この除振台１９は、振動が生じたときにその振動を検知して可動脚部１９ｂを駆動し、石定盤１９ａ及びこの石定盤１９ａ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。
【００３５】
なお、除振台１９上に検査用ステージ２を安定的に設置するには、除振台１９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、この検査装置においては、石定盤１９ａの下端部に切り欠き部１９ｃを設け、可動脚部１９ｂがこの切り欠き部１９ｃにて石定盤１９ａを支えるようにして、除振台１９の重心を下げるようにしている。
【００３６】
検査用ステージ２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１９を動作させるようにすれば、検査用ステージ２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、検査装置は、検査用ステージ２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１９を動作させるようになされていることが望ましい。
【００３７】
検査用ステージ２は、半導体ウェハ１０１を支持するためのステージである。
この検査用ステージ２は、半導体ウェハ１０１を支持するとともに、この半導体ウェハ１０１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。
【００３８】
すなわち、検査用ステージ２は、除振台１９上に設置されたＸステージ２０と、Ｘステージ２０上に設置されたＹステージ２１と、Ｙステージ２１上に設置されたθステージ２２と、θステージ２２上に設置されたＺステージ２３と、Ｚステージ２３上に設置された吸着プレート２４とを備えている。
【００３９】
Ｘステージ２０及びＹステージ２１は、水平方向に移動するステージであり、Ｘステージ２０とＹステージ２１とで、半導体ウェハ１０１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。
【００４０】
θステージ２２は、いわゆる回転ステージであり、半導体ウェハ１０１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２２により、例えば、半導体ウェハ１０１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１０１を回転させる。
【００４１】
Ｚステージ２３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１０１の検査時には、Ｚステージ２３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。
【００４２】
吸着プレート２４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２４上に載置され、この吸着プレート２４により吸着されて、不要な動きが抑制される。
【００４３】
また、除振台１９上には、検査用ステージ２上に位置するように支持部材２５によって支持された光学ユニット２６が配されている。この光学ユニット２６は、ＣＣＤカメラを有し、半導体ウェハ１０１の検査時に、半導体ウェハ１０１の画像を撮像するためのものである。すなわち、この光学ユニット２６は、半導体ウェハ１０１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、半導体ウェハ１０１の画像の撮像を紫外光を用いて高分解能にて行う機能とを兼ね備えている。
【００４４】
また、基台１上には、図３及び図４に示すように、上述したエレベータ１７が設けられている。さらに、基台１上には、図４に示すように、半導体ウェハ１０１を搬送するための搬送用ロボット６と、半導体ウェハ１０１を検査用ステージ２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２７とが設けられている。エレベータ１７は、上述したように、カセット７ｂをクリーンボックス１１の内部に移動させる。
【００４５】
搬送用ロボット６は、先端部に吸着機構６ａが設けられた操作アーム６ｂを有しており、この操作アーム６ｂを移動操作して、その先端部に設けられた吸着機構６ａにより半導体ウェハを吸着し、クリーンボックス１１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。
【００４６】
プリアライナ２７は、半導体ウェハ１０１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。検査装置は、半導体ウェハを検査用ステージ２上に載置する前に、プリアライナ２７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なされている。
【００４７】
半導体ウェハを検査用ステージ２上に設置する際は、まず、エレベータ１７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１１の内部に移動される。そして、カセット７ｂに収納された複数枚の半導体ウェハ１０１の中から検査対象の半導体ウェハ１０１が選択され、選択された半導体ウェハ１０１が搬送用ロボット６によりカセット７ｂから取り出される。
【００４８】
カセット７ｂから取り出された半導体ウェハ１０１は、搬送用ロボット６により、プリアライナ２７へと搬送される。プリアライナ２７へ搬送された半導体ウェハ１０１は、このプリアライナ２７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１０１が、搬送用ロボット６により検査用ステージ２へと搬送され、吸着プレート２４上に載置されて検査が行われる。
【００４９】
検査対象の半導体ウェハ１０１が検査用ステージ２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１０１がカセット７ｂから取り出され、プリアライナ２７へと搬送される。そして、先に検査用ステージ２へと搬送された半導体ウェハ１０１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２へと搬送された半導体ウェハ１０１の検査が終了すると、次に検査する半導体ウェハ１０１が検査用ステージ２へと速やかに搬送される。
【００５０】
この検査装置は、以上のように、検査対象の半導体ウェハ１０１を検査用ステージ２へ搬送する前に、予めプリアライナ２７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２による半導体ウェハ１０１の位置決めに要する時間を短縮することができる。また、この検査装置は、先に検査用ステージ２へと搬送された半導体ウェハ１０１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１０１をカセット７ｂから取り出し、プリアライナ２７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。
【００５１】
ところで、この検査装置において、エレベータ１７と、搬送用ロボット６と、プリアライナ２７とは、図４に示すように、それぞれが直線上に並ぶように基台１上に設置されている。そして、エレベータ１７と搬送用ロボット６との間の距離Ｌ１と、搬送用ロボット６とプリアライナ２７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６から見て、エレベータ１７やプリアライナ２７が並ぶ方向と略直交する方向に、検査用ステージ２が位置するような配置とされている。
【００５２】
この検査装置は、各機構が以上のような配置とされていることにより、半導体ウェハ１０１の搬送を迅速且つ正確に行うことができる。すなわち、この検査装置では、エレベータ１７と搬送用ロボット６との間の距離Ｌ１と、搬送用ロボット６とプリアライナ２７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６のアーム６ｂ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１０１をプリアライナ２７に搬送することがでる。したがって、この検査装置では、搬送用ロボット６のアーム６ｂ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１０１をプリアライナ２７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１７と搬送用ロボット６とプリアライナ２７とが直線上に並んでいるので、搬送用ロボット６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２７に搬送することがでる。したがって、この検査装置では、半導体ウェハ１０１をプリアライナ２７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。
【００５３】
さらに、この検査装置では、搬送用ロボット６から見て、エレベータ１７やプリアライナ２７が並ぶ方向と略直交する方向に、検査用ステージ２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６が直線的な動きをすることで、半導体ウェハ１０１を検査用ステージ２へ搬送することができる。したがって、この検査装置では、半導体ウェハ１０１を検査用ステージ２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１０１の検査を行うため、半導体ウェハ１０１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。
【００５４】
次に、この検査装置について、図５のブロック図を参照して、さらに詳細に説明する。図５に示すように、検査装置の外部ユニット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が接続された制御回路（制御用コンピュータ）５とが配されている。なお、上述した図２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、制御回路５に接続された入力装置５３ｂとをまとめて、入力装５３として図示している。
【００５５】
画像処理用コンピュータ６０は、半導体ウェハ１０１を検査するときに、光学ユニット２６の内部に設置されたＣＣＤ（charge-coupled device）カメラ４により半導体ウェハ１０１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、この検査装置は、光学ユニット２６の内部に設置されたＣＣＤカメラ４により撮像した半導体ウェハ１０１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１０１の検査を行う。
【００５６】
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４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４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。
【００５７】
制御回路５は、半導体ウェハ１０１を検査するときに、検査用ステージ２、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７、並びに光学ユニット２６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、この検査装置は、半導体ウェハ１０１の検査を行う際に、検査対象の半導体ウェハ１０１の画像が、光学ユニット２６の内部に設置されたＣＣＤカメラ４により撮像されるように、制御回路５により、検査用ステージ２、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７、並びに光学ユニット２６の内部の各機器等を制御する。
【００５８】
また、制御回路５は、クリーンエアユニット１２の送風機１３ａ，１３ｂを制御する機能を有する。すなわち、この検査装置においては、制御回路５がクリーンエアユニット１２の送風機１３ａ，１３ｂを制御することによって、半導体ウェハ１０１の検査を行う際に、クリーンボックス１１内に清浄な空気が常時供給され、また、クリーンボックス１１内の気流がコントロールされるようにしている。
【００５９】
なお、制御回路５に接続された入力装置５３ｂは、検査用ステージ２、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７、光学ユニット２６の内部の各機器、並びにクリーンエアユニット１２の送風機１３ａ，１３ｂ等を制御するのに必要な指示を、制御回路５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、制御回路５に接続された表示装置５２は、半導体ウェハ１０１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。
【００６０】
また、画像処理用コンピュータ６０と制御回路５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と制御回路５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，５ａ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と制御回路５との間で、互いにデータのやり取りが可能となっている。
【００６１】
一方、検査装置のクリーンボックス１１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１０１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２に設置する機構として、上述したように、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７が配されている。これらは、外部ユニット５０に配された制御回路５に、ロボット制御インターフェース５ｂを介して接続されている。そして、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７には、制御回路５からロボット制御インターフェース５ｂを介して、制御信号が送られる。
【００６２】
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１０１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２に設置する際は、制御回路５からロボット制御インターフェース５ｂを介して、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７に制御信号が送出される。そして、エレベータ１７、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７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１０１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２７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２に設置する。
【００６３】
また、Ｘステージ２０、Ｙステージ２１、θステージ２２、Ｚステージ２３及び吸着プレート２４は、外部ユニット５０に配された制御回路５に、ステージ制御インターフェース５ｃを介して接続されている。そして、Ｘステージ２０、Ｙステージ２１、θステージ２２、Ｚステージ２３及び吸着プレート２４には、制御回路５からステージ制御インターフェース５ｃ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、制御回路５からステージ制御インターフェース５ｃを介して、Ｘステージ２０、Ｙステージ２１、θステージ２２、Ｚステージ２３及び吸着プレート２４に制御信号が送出される。そして、Ｘステージ２０、Ｙステージ２１、θステージ２２、Ｚステージ２３及び吸着プレート２４が、この制御信号に基づいて動作し、吸着プレート２４により検査対象の半導体ウェハ１０１を吸着して固定するとともに、Ｘステージ２０、Ｙステージ２１、θステージ２２及びＺステージ２３により、半導体ウェハ１０１を所定の位置、角度及び高さとなるように移動する。
【００６４】
光学ユニット２６の内部に設けられたＣＣＤカメラ４としては、可視光用ＣＣＤカメラ４ａと紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂとが設置されている。可視光にて半導体ウェハ１０１の画像を撮像するための機構として、可視光用ＣＣＤカメラ４ａと、ハロゲンランプ３２と、可視光用光学系３３と、可視光用対物レンズ３４と、可視光用オートフォーカス制御部３５とが配されている。なお、可視光用光学系３３及び可視光用対物レンズ３４は、顕微鏡８を構成するものである。
【００６５】
そして、可視光にて半導体ウェハ１０１の画像を撮像する際は、ハロゲンランプ３２を点灯させる。ここで、ハロゲンランプ３２の駆動源は、外部ユニット５０に配された制御回路５に、光源制御インターフェース５ｄを介して接続されている。そして、ハロゲンランプ３２の駆動源には、制御回路５から光源制御インターフェース５ｄを介して制御信号が送られる。ハロゲンランプ３２の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。そして、このハロゲンランプ３２からの可視光を、可視光用光学系３３及び可視光用対物レンズ３４を介して半導体ウェハ１０１にあてて、半導体ウェハ１０１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１０１の像を可視光用対物レンズ３４により拡大し、その拡大像を可視光用ＣＣＤカメラ４ａにより撮像する。
【００６６】
ここで、可視光用ＣＣＤカメラ４ａ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４ａにより撮像された半導体ウェハ１０１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。
【００６７】
また、上述のように可視光にて半導体ウェハ１０１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３５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３５により、可視光用対物レンズ３４と半導体ウェハ１０１の間隔が可視光用対物レンズ３４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３４又はＺステージ２３を動かして、半導体ウェハ１０１の検査対象面が可視光用対物レンズ３４の焦点面に一致するようにする。
【００６８】
ここで、可視光用オートフォーカス制御部３５は、外部ユニット５０に配された制御回路５に、オートフォーカス制御インターフェース５ｅ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３５には、制御回路５からオートフォーカス制御インターフェース５ｅ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３５による可視光用対物レンズ３４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。
【００６９】
また、光学ユニット２６の内部には、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像するための機構として、紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂと、紫外光レーザ光源３６と、紫外光用光学系３７と、紫外光用対物レンズ３８と、紫外光用オートフォーカス制御部３９とが配されている。なお、紫外光用光学系３７及び紫外光用対物レンズ３８は、顕微鏡８を構成するものである。
【００７０】
そして、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源３６を点灯させる。ここで、紫外光レーザ光源３６の駆動源は、外部ユニット５０に配された制御回路５に、光源制御インターフェース５ｄを介して接続されている。そして、紫外光レーザ光源３６の駆動源には、制御回路５から光源制御インターフェース５ｄを介して制御信号が送られる。紫外光レーザ光源３６の点灯／消灯は、この制御信号に基づいて行われる。
【００７１】
なお、紫外光レーザ光源３６には、波長が２６６ｎｍ程度の紫外光レーザを出射するものを用いることが好ましい。波長が２６６ｎｍ程度の紫外光レーザは、ＹＡＧレーザの第４高調波として得られる。また、レーザ光源としては、発振波長が１６６ｎｍ程度のものも開発されており、そのようなレーザ光源を紫外光レーザ光源３６として用いてもよい。
【００７２】
紫外光にて半導体ウェハ１０１の画像を撮像する際は、紫外光レーザ光源３６を点灯させ、この紫外光レーザ光源３６からの紫外光を、紫外光用光学系３７及び紫外光用対物レンズ３８を介して半導体ウェハ１０１にあてて、半導体ウェハ１０１を照明する。そして、紫外光により照明された半導体ウェハ１０１の像を紫外光用対物レンズ３８により拡大し、その拡大像を紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂにより撮像する。
【００７３】
ここで、紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂ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、紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂ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。
【００７４】
また、上述のように紫外光にて半導体ウェハ１０１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３９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３９により、紫外光用対物レンズ３８と半導体ウェハ１０１の間隔が紫外光用対物レンズ３８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、紫外光用対物レンズ３８又はＺステージ２３を動かして、半導体ウェハ１０１の検査対象面が紫外光用対物レンズ３８の焦点面に一致するようにする。
【００７５】
ここで、紫外光用オートフォーカス制御部３９は、外部ユニット５０に配された制御回路５に、オートフォーカス制御インターフェース５ｅ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３９には、制御回路５からオートフォーカス制御インターフェース５ｅ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３９による紫外光用対物レンズ３８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。
【００７６】
また、クリーンエアユニット１２には、上述したように、２つの送風機１３ａ，１３ｂが設けられている。これらの送風機１３ａ，１３ｂは、外部ユニット５０に配された制御回路５に、風量制御インターフェース５ｆを介して接続されている。そして、クリーンエアユニット１２の送風機１３ａ，１３ｂには、制御回路５から風量制御インターフェース５ｆを介して、制御信号が送られる。送風機１３ａ，１３ｂ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。
【００７７】
次に、この検査装置の光学ユニット２６の光学系について、図６を参照して、さらに詳細に説明する。なお、ここでは、オートフォーカス制御部３５，３９についての説明は省略し、検査対象の半導体ウェハ１０１を照明する光学系と、検査対象の半導体ウェハ１０１を撮像する光学系とについて説明する。
【００７８】
図６に示すように、光学ユニット２６は、可視光にて半導体ウェハの画像を撮像するための光学系として、ハロゲンランプ３２と、可視光用光学系３３と、可視光用対物レンズ３４とを備えている。ハロゲンランプ３２からの可視光は、光ファイバ４０によって可視光用光学系３３へと導かれる。可視光用光学系３３へと導かれた可視光は、まず、２つのレンズ４１，４２を透過してハーフミラー４３に入射する。そして、ハーフミラー４３に入射した可視光は、ハーフミラー４３によって可視光用対物レンズ３４へ向けて反射され、可視光用対物レンズ３４を介して半導体ウェハ１０１に入射する。これにより、半導体ウェハ１０１が可視光により照明される。
【００７９】
そして、可視光により照明された半導体ウェハ１０１の像は、可視光用対物レンズ３４により拡大され、ハーフミラー４３及び撮像用レンズ４４を透過して、可視光用ＣＣＤカメラ４ａ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１０１からの反射光が、可視光用対物レンズ３４、ハーフミラー４３及び撮像用レンズ４４を介して可視光用ＣＣＤカメラ４ａに入射し、これにより、半導体ウェハ１０１の拡大像が可視光用ＣＣＤカメラ４ａによって撮像される。そして、可視光用ＣＣＤカメラ４ａによって撮像された半導体ウェハ１０１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。
【００８０】
また、光学ユニット２６は、紫外光にて半導体ウェハの画像を撮像するための光学系として、紫外光レーザ光源３６と、紫外光用光学系３７と、紫外光用対物レンズ３８とを備えている。紫外光レーザ光源３６からの紫外光は、光ファイバ４５によって紫外光用光学系３７へ導かれる。紫外光用光学系３７へと導かれた紫外光は、先ず、２つのレンズ４６，４７を透過してハーフミラー４８に入射する。そして、ハーフミラー４８に入射した可視光は、ハーフミラー４８によって紫外光用対物レンズ３８へ向けて反射され、紫外光用対物レンズ３８を介して半導体ウェハ１０１に入射する。これにより、半導体ウェハ１０１が紫外光により照明される。
【００８１】
そして、紫外光により照明された半導体ウェハ１０１の像は、紫外光用対物レンズ３８により拡大され、ハーフミラー４８及び撮像用レンズ４９を透過して、紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂにより撮像される。すなわち、紫外光により照明された半導体ウェハ１０１からの反射光が、紫外光用対物レンズ３８、ハーフミラー４８及び撮像用レンズ４９を介して紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂに入射し、これにより、半導体ウェハ１０１の拡大像が紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂによって撮像される。そして、紫外光用ＣＣＤカメラ４ｂによって撮像された半導体ウェハ１０１の画像（以下、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。
【００８２】
以上のような検査装置では、可視光よりも短波長の光である紫外光により、半導体ウェハ１０１の画像を撮像して検査することができるので、可視光を用いて線幅の測定や欠陥の検出を行う場合に比べて、より正確な線幅測定やより微細な欠陥の検出を行うことができる。
【００８３】
しかも、この検査装置では、可視光用の光学系と紫外光用の光学系とを併有しており、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハ１０１の検査と、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハ１０１の検査との両方を行うことができる。したがって、この検査装置では、可視光を用いた低分解能での半導体ウェハ１０１の検査により、幅の広い線幅の測定や大きい欠陥の検出を行い、かつ、紫外光を用いた高分解能での半導体ウェハ１０１の検査により、幅の狭い線幅の測定や小さい欠陥の検出を行うといったことも可能である。
【００８４】
なお、この査装置において、紫外光用対物レンズ３８の開口数（ＮＡ）は、大きい方が好ましく、例えば０．９以上とする。このように、紫外光用対物レンズ３８として、開口数（ＮＡ）の大きなレンズを用いることで、より狭い幅の線幅の測定や、より微細な欠陥の検出が可能となる。
【００８５】
〔キャリブレーション〕
ところで、検査装置においては、検査対象となる半導体ウェハ１０１のデバイスパターンの線の幅は、例えば、０．１３μｍ乃至０．１８μｍ程度と極めて微細なものである。この検査装置では、デバイスパターンの線の幅を、ＣＣＤカメラ４による撮像で得られる画像に基づいて測定するのであるが、その精度は、３σで３ｎｍ以内と、非常に高いことが要求される。
【００８６】
このような精度を実現するためには、光学ユニット２６により撮像した画像において識別した所定のパターンの位置と、このパターンの実際の半導体ウェハ１０１上における位置とを高精度に対応させることが重要となり、さらに、例えば、ＣＣＤカメラ４における画像の歪みなど、検査装置が固有に持っている誤差、すなわち、「ＴＩＳ」（Tool Induced Shift）の測定が重要となる。
【００８７】
この検査装置において、「ＴＩＳ」を定量的に測定する方法としては、被検査物を異なった方向（向き）にして検査装置内に搬入したうえで半導体ウェハ１０１上の同一箇所についての同様の検査を行い、その結果の分布を調べるということを採用する。半導体ウェハ１０１の方向は、この半導体ウェハ１０１が検査用ステージ２上に置かれたときに、この半導体ウェハ１０１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」をどちらの方向に向けるかということで識別し、１カセット毎に指定する。
【００８８】
そこで、まず、この検査装置では、実際の測定や検査に先だって、以下で述べるようにして、キャリブレーションを行うことにより、検査用ステージ２及び光学ユニット２６が設けられた基台１の座標系（以下、メカニカル座標系という。）と、光学ユニット２６により撮像した画像内の座標系（以下、カメラ座標系という。）との対応づけを行う。
【００８９】
すなわち、この検査装置においては、制御回路５において、基台１を基準とした座標系をメカニカル座標系と定義し、検査用ステージ２の基準点を原点とする座標系をステージ座標系と定義し、ＣＣＤカメラ４の撮像範囲（視野）を基準とした座標系をカメラ座標系と定義する。メカニカル座標系とステージ座標系とは、Ｘ軸同士及びＹ軸同士が平行であり、スケールも同一である。
【００９０】
そして、この検査装置においては、図７に示すように、メカニカル座標系の原点をＯM（０，０）としたとき、メカニカル座標系における検査用ステージ２の基準点の座標、すなわち、ベクトルＯM→ＯSをＯSとし、メカニカル座標系におけるＣＣＤカメラ２による撮像範囲の基準点の座標、すなわち、ベクトルＯM→ＯAをＯAとする。
【００９１】
なお、以下で説明するキャリブレーションのアルゴリズムにおいては、基準点ＯSが必ずしもθステージ２２の回転中心と一致している必要はなく、θステージ２２の回転中心からの位置が明らかな固定点であればよい。
【００９２】
また、線幅の測定は、半導体ウェハ１０１上の、予め決められた場所において行う。半導体ウェハ１０１に形成されているデバイスパターンは、ダイ（Ｄｉｅ）と呼ばれる四角形の領域が並列されたもの、すなわち、繰返しパターンである。このため、半導体ウェハ１０１上における位置の特定は、ダイ座標とダイ内座標の二つの座標系を用いて行うことができる。すべてのダイにおいて、ダイ内座標が等しい点に形成されているデバイスパターンは同一である。
【００９３】
これらの二つの座標系を組み合わせて、半導体ウェハ１０１の中心を原点とする被検査物座標系として、ウェハ座標系を定義する。そして、ステージ座標系における半導体ウェハ１０１の中心の座標、すなわち、ベクトルＯS→ＯWをＯWとする。
【００９４】
このように定義されたウェハ座標系上の任意の点Ｐを検査するためには、まず、ウェハ座標系からステージ座標系への変換を行う必要がある。ステージ座標系は、上述したように、半導体ウェハ１０１を支持し半導体ウェハ１０１を平行に移動させる検査用ステージ２上の座標系である。半導体ウェハ１０１が、その「オリエンテーションフラット」、あるいは、「ノッチ」を標準の方向にして検査用ステージ２上に理想的に置かれたとき、ステージ座標系とウェハ座標系とは、完全に一致する。ただし、実際には、半導体ウェハ１０１は、搬送機構の動作精度によって、理想位置から、１００μｍ以内の誤差を伴って検査用ステージ２上に置かれるため、ステージ座標系とウェハ座標系とは、一致しない。このような不一致を補正する目的で行われる、ウェハ座標系からステージ座標系への変換をファインアライメントと呼ぶ。
【００９５】
すなわち、この検査装置においては、半導体ウェハ１０１上の任意の点Ｐについて、メカニカル座標系における座標、すなわち、ベクトルＯM→ＰをＰMとし、カメラ座標系における座標、すなわち、ベクトルＯA→ＰをＰAとし、ステージ座標系における座標、すなわち、ベクトルＯS→ＰをＰSとし、ウェハ座標系における座標、すなわち、ベクトルＯW→ＰをＰWとする。
【００９６】
ここで、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列を行列Ａとする。すると、
ＰM＝Ａ-1ＰA＋ＯA  ・・・・・・・式１
により、カメラ座標系とメカニカル座標系との対応付けを行うことができ、
ＰS＝Ａ-1ＰA＋ＯA−ＯS  ・・・・式２
により、カメラ座標系とステージ座標系との対応付けを行うことができる。
【００９７】
一次変換行列Ａには、メカニカル座標系とカメラ座標系との傾きや直交性の変換も含まれる。そして、これら一次変換行列Ａ及びカメラ座標系の原点座標ＯAは、光学ユニット２６における各受光レンズ、すなわち、可視光用対物レンズ３４や紫外光用対物レンズ３８毎に固有な行列である。したがって、以下で説明するキャリブレーションにおいては、これら一次変換行列Ａ及びカメラ座標系の原点座標ＯAを求めることを意味する。
【００９８】
以下では、まず、検査装置において、可視光用対物レンズ３４を用いて撮像した画像について、キャリブレーションを行う場合について説明する。
【００９９】
〔一次変換行列Ａ〕
以下では、まず、上述した式１における一次変換行列Ａを求める場合における画像変換装置１の動作について説明する。
【０１００】
先ず、検査用ステージ２上に固定支持された半導体ウェハ１０１において、任意の点Ｐを選び、この点Ｐが可視光用対物レンズ３４の視野に収まるように、Ｘステージ２０及びＹステージ２１を移動させる。点Ｐとしては、例えば、図８に示すように、半導体ウェハ１０１上に形成されているアライメントマークを、画像処理用コンピュータ６０により識別し、このアライメントマーク上の１点を点Ｐとすればよい。なお、図８中においては、アライメントマークが文字「Ｋ」として形成されている場合を示している。
【０１０１】
次に、可視光用対物レンズ３４の視野内で、Ｘステージ２０及びＹステージ２１により、点Ｐの位置を平行移動させる。そして、画像処理用コンピュータ６０により、この点Ｐの座標を３点、それぞれメカニカル座標系とカメラ座標系とで取得する。このとき、メカニカル座標系における３点の座標をＰM1，ＰM2，ＰM3、カメラ座標系における３点の座標をＰA1，ＰA2，ＰA3とする。
【０１０２】
すると、上述した式１を用いて、以下の式３乃至式５のように表すことができる。
【０１０３】
【数１】
0004560898.tif 000002
【０１０４】
そして、式４及び式５からそれぞれ式３を除算すると、以下の式６及び式７となる。
【０１０５】
【数２】
0004560898.tif 000003
【０１０６】
これら式６及び式７を変形すると、以下の式８及び式９となる。
【０１０７】
【数３】
0004560898.tif 000004
【０１０８】
ここで、以下のように定義をする。
【０１０９】
【数４】
0004560898.tif 000005
【０１１０】
このように定義して一次変換行列Ａについて解くと、以下の式１０となる。このように一次変換行列Ａは、３点の座標から求めることができる。
【０１１１】
【数５】
0004560898.tif 000006
【０１１２】
また、上述した式７の代わりに、以下の式１１を用いるとする。
【０１１３】
【数６】
0004560898.tif 000007
【０１１４】
この場合には、以下のように定義を行い、一次変換行列Ａについて解くと、式１０と同じ結果を得ることができる。
【０１１５】
【数７】
0004560898.tif 000008
【０１１６】
〔カメラ座標系の原点座標ＯA〕
つぎに、上述した式１におけるカメラ座標系の原点座標ＯAを求める場合の、検査装置の動作について説明する。原点座標ＯAの求め方としては、２つの方法がある。
【０１１７】
第１の方法は、メカニカル座標系における検査用ステージ２の中心座標ＯSが、この検査用ステージ２に備えられた冶具により識別できる場合に適用することができる。この場合には、先ず、この検査用ステージ２の中心座標ＯSが可視光用対物レンズ３４の視野に収まるように、Ｘステージ２０及びＹステージ２１を移動させる。そして、検査用ステージ２の中心座標を、カメラ座標系で取得し、この座標をＰAとする。すると、上述した式１を用いて、以下の式１２と表すことができる。
【０１１８】
【数８】
0004560898.tif 000009
【０１１９】
そして、画像処理用コンピュータ６０により、式１２を解くことによって、メカニカル座標系におけるカメラ座標系の原点座標ＯAを求めることができる。
【０１２０】
第２の方法は、検査用ステージ２に、メカニカル座標系における中心座標を示す冶具が備えられていない場合に適用することができる。この場合には、θステージ２２により、点Ｐを、可視光用対物レンズ３４の視野内で回転移動させる。このとき、画像処理用コンピュータ６０は、回転移動の前後における点Ｐの座標を、それぞれメカニカル座標系及びカメラ座標系で、ＰM1，ＰM2及びＰA1，ＰA2として取得する。また、図９に示すように、メカニカル座標系における検査用ステージ２の原点座標ＯSからの点Ｐの位置ベクトルＰSを、回転移動の前後において、それぞれＰS1，ＰS2とする。このとき、これらＰS1とＰS2とには、以下の式１３のような関係が成立する。
【０１２１】
【数９】
0004560898.tif 000010
【０１２２】
そこで、ＰM1とＰM2とは、上述した式１と式１３とを用いて、以下の式１４及び式１５のように表すことができる。
【０１２３】
【数１０】
0004560898.tif 000011
【０１２４】
次に、式１４及び式１５からＰS1を消去して、ＯAについて解くと、以下の式１６のようになる。
【０１２５】
【数１１】
0004560898.tif 000012
【０１２６】
このように、メカニカル座標系におけるカメラ座標系の原点座標ＯAを半導体ウェハ１０１上の点を２点取得することにより求めることができる。すなわち、画像処理用コンピュータ６０により、式１６を解くことによって、原点座標ＯAを求めることができる。
【０１２７】
ところで、上述したようにして原点座標ＯAを求める場合には、点Ｐを画像内で回転移動させることから、回転角度θを大きくすることが困難である。しかしながら、原点座標ＯAの精度は、回転角度θに大きく依存する。このため、原点座標ＯAを高精度に求めるためには、点Ｐの位置を画像の範囲外まで大きく回転移動させることが有効となる。このように、点Ｐの位置を画像の範囲外まで回転移動させた場合には、以下で説明する方法により、原点座標ＯAを求めることができる。
【０１２８】
この場合には、θステージ２２により、点Ｐを、可視光用対物レンズ３４の視野の範囲外まで回転移動させた後に、画像の範囲外に移動した点Ｐが再び画像の範囲内に収まるように、Ｘステージ２０及びＹステージ２１を平行移動させる。
【０１２９】
このとき、画像処理用コンピュータ６０は、移動の前後における点Ｐの座標を、それぞれメカニカル座標系及びカメラ座標系で、ＰM1，ＰM2及びＰA1，ＰA2として取得する。また、図１０に示すように、メカニカル座標系における検査用ステージ２の原点座標ＯSからの点Ｐの位置ベクトルＰSを、移動の前後において、それぞれＰS1，ＰS2とする。さらに、移動後のメカニカル座標系における検査用ステージ２の回転中心の座標をＯS2として取得する。すると、上述した式１５は、以下の式１７のように表すことができる。
【０１３０】
【数１２】
0004560898.tif 000013
【０１３１】
そこで、上述した式１４及び式１７からＰS1を消去して、ＯAについて解くと、以下の式１８のようになる。
【０１３２】
【数１３】
0004560898.tif 000014
【０１３３】
そして、画像処理用コンピュータ６０により、この式１８を解くことによって、原点座標ＯAを求めることができる。したがって、点Ｐの位置を画像の範囲外まで大きく回転移動させて、高精度に原点座標ＯAを求めることができる。
【０１３４】
以上で説明したようにして、メカニカル座標系からカメラ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列Ａを求め、上述した式１を用いてメカニカル座標系とカメラ座標系とを対応させることにより、装置の機械的・光学的な位置精度に依らず、メカニカル座標系とカメラ座標系とを高精度に且つ簡便に対応させることができる。
【０１３５】
〔レンズ間における補正〕
さらに、検査装置において、複数のレンズ間でキャリブレーションを行う方法について説明する。
【０１３６】
検査装置は、可視光用対物レンズ３４と、紫外光用対物レンズ３８とを備えている。また、各レンズ３４，３８には、それぞれ倍率の異なる対物レンズが交換可能に配設自在とされていてもよい。検査装置においてキャリブレーションを行う場合には、一次変換行列Ａ及びカメラ座標系の原点座標ＯAが、光学ユニット２６における各レンズ３４，３８毎に固有な行列であることから、複数設けられた各レンズに対して、それぞれ、一次変換行列Ａと原点座標ＯAとを求めることが必要となる。
【０１３７】
このとき、上述した操作を各レンズ３４，３８毎に対して行うことにより、一次変換行列Ａと原点座標ＯAを求めてもよいが、以下で説明する方法により、すでに求めた所定のレンズ（以下、第１のレンズという。）における一次変換行列をＡ1、原点座標をＯA1として、これら一次変換行列Ａ1及び原点座標ＯA1に基づいて、他のレンズ（以下、第２のレンズという。）の一次変換行列Ａ2及び原点座標ＯA2を求めるとしてもよい。これにより、キャリブレーションに必要となる時間の短縮や、キャリブレーション精度の向上を図ることができる。
【０１３８】
〔レンズ間における一次変換行列の補正〕
例えば、同一の撮像カメラを用いて使用する対物レンズだけを切り換えるとする場合には、レンズの倍率精度が５％程度と比較的低いが、各レンズ間における倍率以外の成分、すなわち、回転方向成分や直交性などは全て等しい。したがって、上述した一次変換行列Ａ1，Ａ2には、以下の式１９に表すような関係が成立する。
【０１３９】
【数１４】
0004560898.tif 000015
【０１４０】
ただし、この式１９において、ｋは、定数である。
【０１４１】
そこで、先ず、光学ユニット２６において、第１のレンズを用いて点Ｐを識別することにより、この第１のレンズにおける一次変換行列Ａ1を、上述したような方法により求める。
【０１４２】
次に、光学ユニット２６で用いるレンズを第２のレンズに交換する。そして、この第２のレンズを用いて撮像する画像の範囲内で点Ｐの座標を平行移動させることにより、この点Ｐの座標を２点、画像処理用コンピュータ６０により、それぞれメカニカル座標系とカメラ座標系とで取得する。このとき、メカニカル座標系における２点の座標をＰM1，ＰM2、カメラ座標系における２点の座標をＰA1，ＰA2とし、以下のように定義する。
【０１４３】
【数１５】
0004560898.tif 000016
【０１４４】
すると、上述した式８から、一次変換行列Ａ1を以下の式２０のように表すことができる。
【０１４５】
【数１６】
0004560898.tif 000017
【０１４６】
したがって、この式２０を解いて定数ｋを求め、上述した式１９を用いることにより、一次変換行列Ａ1に基づいて、一次変換行列Ａ2を求めることができる。
【０１４７】
検査装置は、画像処理用コンピュータ６０によって、以上で説明した方法により一次変換行列Ａ2を求めることにより、所定のレンズにおける一次変換行列Ａ1に基づいて、他のレンズにおける一次変換行列Ａ2を点Ｐの座標を２点取得するだけで、求めることができ、キャリブレーションに必要となる時間の短縮や、キャリブレーション精度の向上を図ることができる。
【０１４８】
〔レンズ間における原点座標の補正〕
つぎに、複数のレンズ間において、すでに求めた第１のレンズにおける原点座標をＯA1として、この原点座標ＯA1に基づいて、第２のレンズにおける原点座標ＯA2を求める場合について説明する。
【０１４９】
この検査装置においては、各レンズにおける原点座標ＯAの精度があまり高くない場合に、この原点座標ＯAを各レンズ毎に求めると、レンズを切り換えた際に、撮像した画像における半導体ウェハ１０１上での位置が著しくずれてしまう虞れが生じる。したがって、すでに求めた第１のレンズにおける原点座標ＯA1を基準として、第２のレンズにおける原点座標ＯA2を求めることが望ましい。これにより、各レンズ間での原点座標の相対位置精度が、各レンズにおける原点座標の絶対位置精度に依存しなくなる。また、検査装置においては、検査用ステージ２上に載置される半導体ウェハの位置には、必ず誤差が含まれることから、各レンズ毎における原点座標の絶対位置精度よりも、レンズ間での原点座標の相対位置精度の方が重要となる。
【０１５０】
そこで、先ず、光学ユニット２６において、第１のレンズを用いて点Ｐを識別することにより、この第１のレンズにおける原点座標ＯA1を、上述したような方法により求める。このとき、この第１のレンズで撮像した画像においては、図１１に示すように、一次変換行列がＡ1であり、原点座標がＯA1であるとする。また、第１のレンズにおけるカメラ座標系における点Ｐの座標がＰA1であるとする。
【０１５１】
次に、光学ユニット２６で用いるレンズを第２のレンズに交換する。このとき、図１１に示すように、この第２のレンズで撮像した画像において、一次変換行列がＡ2であり、この第２のレンズにおけるカメラ座標系における点Ｐの座標がＰA2であるとして、この点Ｐのメカニカル座標系における座標がＰMであるとすると、上述した式１から、以下の式２１、式２２のように表すことができる。
【０１５２】
【数１７】
0004560898.tif 000018
【０１５３】
そこで、式２１及び式２２によりＰMを消去すると、以下の式２３のように、ＯA1に基づいて、ＯA2を求めることができる。
【０１５４】
【数１８】
0004560898.tif 000019
【０１５５】
ところで、光学ユニット２６で用いるレンズを第２のレンズに交換した際に、この第２のレンズで撮像した画像内に点Ｐが存在しない場合が考えられる。この場合には、図１２に示すように、第２のレンズに交換後に、点Ｐが画像内に収まるように、検査用ステージ２を平行移動させる。このとき、移動前における点Ｐのメカニカル座標系での座標をＰM1とし、移動後における点Ｐのメカニカル座標系での座標をＰM2とすると、以下の式２４のように、ＯA1に基づいて、ＯA2を求めることができる。
【０１５６】
【数１９】
0004560898.tif 000020
【０１５７】
以上で説明したように、検査装置においては、複数のレンズを備える場
合であっても、すでに求めた所定のレンズにおける一次変換行列Ａ1、原点座標ＯA1に基づいて、他のレンズの一次変換行列Ａ2及び原点座標ＯA2を求めることにより、キャリブレーションに必要となる時間の短縮や、キャリブレーション精度の向上を図ることができる。
【０１５８】
〔ステージ座標系とウェハ座標系との関連付け〕
次に、ステージ座標系からウェハ座標系への点Ｐの移動量の一次変換行列を行列Ｒとする。すると、
ＰS＝ＲＰW＋ＯW                      ・・・・式２５
により、ウェハ座標系とステージ座標系との対応付けを行うことができる。ここで、行列Ｒは、半導体ウェハ１０１の検査用ステージ２に対する回転方向のずれを表す。そして、
ＰM＝Ａ-1ＰA＋ＯA＝ＯS＋ＰS          ・・・・式２６
であることから、
ＯS＝Ａ-1ＰA＋ＯA−ＰS              ・・・・式２７
ＯS＝Ａ-1ＰA＋ＯA−（ＲＰW＋ＯW）    ・・・・式２８
となり、カメラ座標系とウェハ座標系との対応付けが行われる。すなわち、半導体ウェハ１０１上の任意の点Ｐについて、ウェハ座標系における座標ＰWが与えられれば、これを上式に代入して、得られる結果の座標にＣＣＤカメラ４を移動させ、点ＰをＣＣＤカメラ４によって撮像することができる。ただし、これは、搬送機構が半導体ウェハ１０１を回動させずに検査用ステージ２に載置させた場合、すなわち、半導体ウェハ１０１が「標準の方向」となされて検査用ステージ２に支持されている場合である。
【０１５９】
〔「ＴＩＳ」測定に対応した座標変換〕
そして、この検査装置においては、「ＴＩＳ」の測定のため、図１３に示すように、「標準の方向」から、図１４に示すように、回転させて半導体ウェハを検査用ステージ２上に搬入したときに、その任意の角度に対しウェハ座標系からステージ座標系への変換をも実現するものである。
【０１６０】
すなわち、搬送機構による半導体ウェハ１０１の回動に相当する一次変換行列を行列ＲTとして、
ＰR＝ＲTＰW                         ・・・・式２９
とする。ここで、行列ＲTは、以下の式３０に示すものとなる。
【０１６１】
【数２０】
0004560898.tif 000021
【０１６２】
あるいは、より一般的に、「標準の方向」を基準とした回転角度θ（rad）を用いると、行列ＲTは、以下の式３１に示すものとなる。
【０１６３】
【数２１】
0004560898.tif 000022
【０１６４】
最終的な半導体ウェハ１０１の方向は、プリアライナ２７に対して指定する角度で決定されるが、この値は、オリエンテーションフラットの標準の方向（オリエンテーションマークロケーション）をどのように決めるかで変わる。ここでは、「（ＤＯＷＮ）」をオリエンテーションフラットの標準の方向と定めており、このときのプリアライメント角度は１８０°である。「（ＲＩＧＨＴ）」では、プリアライメント角度は９０°である。これを一般化すると、上記式３１における回転角度θに対して、プリアライナ２７に対する指定角度θA（rad）は、以下の式３２で表される。
【０１６５】
θA＝π−θ                       ・・・・式３２
そして、この行列ＲTを上述のファインアライメントの結果に導入すると、上述の式２５及び式２８より、以下の式３３及び式３４に示すように、搬送用ロボット６及びプリアライナ２７の動作も含めて、ウェハ座標系とステージ座標系との対応付けができる。
【０１６６】
ＰS＝ＲＰR＋ＯW＝ＲＲTＰW＋ＯW        ・・・・式３３
ＯS＝Ａ-1ＰA＋ＯA−（ＲＲTＰW＋ＯW）  ・・・・式３４
このように、カメラ座標系とウェハ座標系との対応付けを行うことにより、ウェハ座標系における半導体ウェハ１０１上の任意の点ＰをＣＣＤカメラ４によって撮像することができる。
【０１６７】
〔ダイピッチ移動〕
また、この検査装置においては、ＣＣＤカメラ４による半導体ウェハ１０１の表面の撮像において、検査用ステージの実際の移動と、ウェハ座標系、あるいは、ダイ座標系上での移動との対応付けも行うことができる。すなわち、半導体ウェハ１０１上における所定の方向及び距離の移動ベクトルを、ウェハ座標系においてＤWと定義し、
ＰD＝ＲT（ＰW＋ＤW）                    ・・・・式３５
とすれば、上述の場合と同様に、
ＰS＝ＲＰD＋ＯW＝ＲＲT（ＰW＋ＤW）＋ＯW    ・・・式３６
により、搬送機構の動作及び半導体ウェハ１０１上における所定の方向及び距離の移動ベクトルも含めてウェハ座標系とステージ座標系との対応付けができ、
ＯS＝Ａ-1ＰA＋ＯA−（ＲＲT（ＰW＋ＤW）＋ＯW）・・式３７
により、カメラ座標系とウェハ座標系との対応付けを行うことにより、ウェハ座標系において点Ｐから所定の方向及び距離にある点（ＰW＋ＤW）をＣＣＤカメラ４によって撮像することができる。
【０１６８】
ここで、ＤWを、半導体ウェハ１０１上におけるダイ（Ｄｉｅ）の間隔（ダイピッチ）に相当するベクトルとしておけば、いわゆる「ダイピッチ移動」を容易に行うことができる。例えば、図１５に示すように、オリエンテーションフラットの標準の方向が「（ＤＯＷＮ）」で、「ＴＩＳ」測定のために、をオリエンテーションフラットの方向が「（ＲＩＧＨＴ）」であるときににおいて、ダイピッチを（Ｄｘ，Ｄｙ）とすると、これに行列ＲT（ＲＩＧＨＴ）をかけると、以下の式３７が得られる。
【０１６９】
【数２２】
0004560898.tif 000023
【０１７０】
これは、ステージ座標系におけるダイピッチである。ここで、入力装置５３において、図１６に示すように、上下左右を示す移動キーがあった場合において、通常は、これらキーの上下左右が、そのまま検査用ステージ２を上から見たときの上下左右（すなわち、奥側、手前側、左側、右側）に対応して検査用ステージ２が駆動されるのであるが、この検査装置では、検査用ステージ２の動きは、行列ＲTを含み、さらに、ファインアライメントもなされた方向となる。
【０１７１】
例えば、この場合においては、入力値（ｘ，ｙ）＝（０，１）においては、検査用ステージ２の移動は、（０，−Ｄｘ）となり、入力値（ｘ，ｙ）＝（１，０）においては、検査用ステージ２の移動は、（Ｄｙ，０）となり、入力値（ｘ，ｙ）＝（０，−１）においては、検査用ステージ２の移動は、（０，Ｄｘ）となり、入力値（ｘ，ｙ）＝（−１，０）においては、検査用ステージ２の移動は、（−Ｄｙ，０）となる。
【０１７２】
また、この場合の検査用ステージ２上におけるダイ座標の移動分は、行列ＲT（ＲＩＧＨＴ）-1をかけることにより、例えば、入力値（ｘ，ｙ）＝（０，１）において、以下の式３８に示すように、（１，０）となる。
【０１７３】
【数２３】
0004560898.tif 000024
【０１７４】
他の方向への移動についても、図１７に示すように、
入力値（ｘ，ｙ）＝（１，０）においては、ダイ座標の移動分は、（０，−１）となり、入力値（ｘ，ｙ）＝（０，−１）においては、ダイ座標の移動分は、（−１，０）となり、入力値（ｘ，ｙ）＝（−１，０）においては、ダイ座標の移動分は、（０，１）となる。
【０１７５】
〔この検査装置による効果〕
上述のように、本発明に係る検査装置においては、ＣＣＤカメラ４による撮像で得られた画像を用いて検査を行うにあたって、半導体ウェハ１０１が検査装置内に搬入される方向に対し、一律的な座標変換処理が可能になる。したがって、「ＴＩＳ」測定時においても、ファインアライメントによる変換処理と、ＣＣＤカメラ４及び検査用ステージ２についての座標変換処理を、通常の検査の場合と同様に行うことができる。また、搬入される方向の種類に応じた個別の処理を行う必要もなく、その種類の数にも依存することはない。
【０１７６】
このため、従来の検査装置において見られるような、半導体ウェハ１０１の回転に対して個別の座標変換処理を行う場合に比べて、変換処理回路におけるばらつきや個体差といったものによる影響を皆無とすることができる。
【０１７７】
さらに、ウェハ座標系から、メカニカル座標系やステージ座標系への変換以外にも、なんらかの変換処理を行う必要が生じた場合でも、半導体ウェハ１０１の回転方向ごとに追加の変換処理を行う必要がなく、良好な拡張性及び信頼性を確保することができる。
【０１７８】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る検査装置及び検査方法においては、撮像手段による撮像で得られた画像を用いて検査を行うにあたって、被検査物が検査装置内に搬入される方向に対し、一律的な座標変換処理が可能になる。したがって、「ＴＩＳ」測定時においても、ファインアライメントによる変換処理と、撮像手段及び被検査物支持機構についての座標変換処理を、通常の検査の場合と同様に行うことができる。また、搬入される方向の種類に応じた個別の処理を行う必要もなく、その種類の数にも依存することはない。
【０１７９】
このため、従来の検査装置において見られるような、被検査物の回転に対して個別の座標変換処理を行う場合に比べて、変換処理回路におけるばらつきや個体差といったものによる影響を皆無とすることができる。
【０１８０】
さらに、被検査物座標系から、メカニカル座標系や支持機構座標系への変換以外にも、なんらかの変換処理を行う必要が生じた場合でも、被検査物の回転方向ごとに追加の変換処理を行う必要がなく、良好な拡張性及び信頼性を確保することができる。
【０１８１】
すなわち、本発明は、検査装置が固有に持っている誤差の測定などのために、被検査物が複数の異なる方向となされて搬入される場合においても、この検査装置上の複数の座標系間の座標変換処理が容易であり、正確な誤差の測定が行えるようになされた検査装置及び検査方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】上記検査装置の構成を示す斜視図である。
【図３】上記検査装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】上記検査装置の構成を示す平面図である。
【図５】上記検査装置の構成を示すブロック図である。
【図６】上記検査装置の光学ユニットの構成を示す側面図である。
【図７】上記検査装置における座標系の関係を示す平面図である。
【図８】上記検査装置において観察されたアライメントマークの例を示す平面図である。
【図９】上記検査装置において観察用ステージを回転させたときの座標の変化を示す平面図である。
【図１０】上記検査装置において観察用ステージを回転させ、さらに、平行移動したときの座標の変化を示す平面図である。
【図１１】上記検査装置において、撮像レンズの交換によりＣＣＤカメラの視野が変化したときの座標の変化を示す平面図である。
【図１２】上記検査装置において、撮像レンズの交換によりＣＣＤカメラの視野が変化し、さらに、観察用ステージを平行移動したときの座標の変化を示す平面図である。
【図１３】上記検査装置において、半導体ウェハのオリエンテーションフラットの方向が標準の方向であるときの状態を示す平面図である。
【図１４】上記検査装置において、「ＴＩＳ」の測定のため、半導体ウェハのオリエンテーションフラットの方向が右側方向となされた状態を示す平面図である。
【図１５】上記検査装置において、「ＴＩＳ」の測定のために、オリエンテーションフラットの方向が右側方向となされた半導体ウェハ上における座標を示す平面図である。
【図１６】入力装置における移動キーと、検査用ステージ２の移動方向のとの対応を示す平面図である。
【図１７】入力装置における移動キーと、検査用ステージ２上の半導体ウェハにおけるダイ座標の移動方向のとの対応を示す平面図である。
【符号の説明】
１  基台、２  検査用ステージ、３  搬送機構、４  ＣＣＤカメラ、５  制御回路、６  搬送機構、７  カセット、８  顕微鏡、９  カメラ移動機構、１０１
半導体ウェハ
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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