JP2000294608A - Method and device for projecting surface picture image - Google Patents
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、板状物体の表面の
画像を投影する表面画像投影装置及び表面画像投影方法
に関し、特に半導体ウエハ(以下、単にウエハと称す
る。)の表面に形成されたダイ(チップ)の表面画像を
撮像して欠陥の有無などを検査する光学的な半導体ウエ
ハ検査装置(インスペクションマシン)におけるフォー
カス(焦点)調整技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface image projection apparatus and a surface image projection method for projecting an image of the surface of a plate-shaped object, and more particularly to a surface image projection device formed on a surface of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer). The present invention relates to a focus adjustment technique in an optical semiconductor wafer inspection apparatus (inspection machine) for imaging a surface image of a die (chip) and inspecting the presence or absence of a defect.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置は集積度の向上に応じ
て益々多層化される傾向にあり、半導体装置の生産工程
は数百にも及ぶようになってきた。半導体装置の最終的
な歩留りは、各工程において発生する不良の累積で決定
されるので、各工程における不良の発生を低く抑えるよ
うに管理することが重要である。そのため、各層を形成
した時点でウエハの表面の画像を光学的に捕らえて欠陥
の有無を検査することが行われている。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have tended to become more and more multilayered in accordance with the improvement in integration, and the production process of semiconductor devices has increased to several hundreds. Since the final yield of a semiconductor device is determined by the accumulation of defects occurring in each step, it is important to manage the occurrence of defects in each step to be low. Therefore, at the time when each layer is formed, an image on the surface of the wafer is optically captured to inspect for defects.
【0003】ウエハの表面の画像を光学的に捕らえるに
は、顕微鏡が使用される。以前は顕微鏡が投影したウエ
ハの表面の画像を検査員が肉眼で観察して欠陥の有無を
判定していたが、現在は顕微鏡の投影像を1次元や2次
元のイメージセンサなどで構成される撮像装置で捕ら
え、画像信号をデジタル化した上で画像処理により自動
的に欠陥を検出している。このための装置がインスペク
ションマシンと呼ばれる装置である。A microscope is used to optically capture an image of the surface of a wafer. Previously, the inspector visually observed the image of the wafer surface projected by the microscope to determine the presence or absence of a defect, but now the projected image of the microscope is composed of a one-dimensional or two-dimensional image sensor. Defects are automatically detected by image processing after image signals are captured by an imaging device and digitized. An apparatus for this is an apparatus called an inspection machine.
【0004】図1は、ダイ2が形成された半導体ウエハ
1を示す図である。ウエハ1は薄い板状であり、その上
に図示のように多数のダイ2が形成される。各ダイ2の
間には回路パターンが形成されないスペース3があり、
ダイ2が完成した時点でダイサでこのスペース3の部分
に溝加工して各ダイを切離し、切り離されたダイはパッ
ケージに取り付けられて組み立てられる。FIG. 1 is a view showing a semiconductor wafer 1 on which a die 2 is formed. The wafer 1 has a thin plate shape, on which a number of dies 2 are formed as shown. There is a space 3 between each die 2 where no circuit pattern is formed,
When the die 2 is completed, a groove is formed in the space 3 with a dicer to separate each die, and the separated dies are attached to a package and assembled.
【0005】近年、半導体装置は集積度の向上に伴って
形成されるパターンは微細化しており、1個のダイ全体
の画像を1個の2次元のイメージセンサで捕らえると解
像度が十分でない。また、1次元のイメージセンサの場
合も同様で、1個の1次元のイメージセンサで1回走査
してダイ全体の画像を捕らえると解像度が十分でない。
そこで、通常は、図1に示すように、ダイを十分な解像
度の得られる1個の1次元のイメージセンサの幅を有す
る複数のストライプに分割し、各ストライブの画像を1
回の走査で捕らえている。[0005] In recent years, patterns formed in semiconductor devices have been miniaturized with the improvement in the degree of integration, and the resolution is not sufficient if an image of one entire die is captured by one two-dimensional image sensor. Similarly, in the case of a one-dimensional image sensor, the resolution is not sufficient if one one-dimensional image sensor scans once to capture an image of the entire die.
Therefore, usually, as shown in FIG. 1, the die is divided into a plurality of stripes having a width of one one-dimensional image sensor capable of obtaining a sufficient resolution, and an image of each stripe is divided into one stripe.
It has been captured in the first scan.
【0006】欠陥の検出は、マスタとなる画像と実際に
捕らえた画像を比較する場合もあるが、通常は図1のよ
うに軌跡4に沿って各ダイの同じストライプを連続して
走査し、隣接又は近くにあるダイの同じ部分を比較し
て、異なる場合に欠陥であると判定している。図2は、
インスペクションマシンの光学系の構成を示す図であ
る。ウエハ表面に形成された各ダイのパターンは非常に
微細であり、表面の画像の投影には顕微鏡システムが使
用される。図2に示すように、ウエハ1は、上下(Z軸
方向)に移動可能なステージ10に載置される。ステー
ジ10は水平面内(XY平面)に移動可能なXY移動機
構11に設けられており、ウエハ1はXYZの3軸方向
に移動可能である。実際にはステージ10の載置面の傾
きやZ軸に垂直な面内でも回転可能になっているが、こ
こでは省略してある。ステージ10のZ軸方向の移動は
ステージZ移動制御部12により制御され、XY移動機
構11によるステージ10のX軸方向とY軸方向の移動
はステージXY移動制御部13により制御される。In detecting a defect, there is a case where an image serving as a master is compared with an image actually captured. However, usually, the same stripe of each die is continuously scanned along a locus 4 as shown in FIG. A comparison is made between the same portions of adjacent or nearby dies to determine that they are defective if they differ. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an optical system of the inspection machine. The pattern of each die formed on the wafer surface is very fine, and a microscope system is used to project an image of the surface. As shown in FIG. 2, the wafer 1 is placed on a stage 10 that can move up and down (in the Z-axis direction). The stage 10 is provided in an XY moving mechanism 11 that can move in a horizontal plane (XY plane), and the wafer 1 can move in three XYZ directions. Actually, the stage 10 can be rotated even in the plane perpendicular to the inclination of the mounting surface or the Z axis, but is omitted here. The movement of the stage 10 in the Z-axis direction is controlled by the stage Z movement control unit 12, and the movement of the stage 10 in the X-axis direction and the Y-axis direction by the XY movement mechanism 11 is controlled by the stage XY movement control unit 13.
【0007】白色光源30からの照明光は、レンズ29
を通り、明るさ絞り28の位置に光源30の像が形成さ
れる。明るさ絞り28を通過した照明光は、レンズ2
7、視野絞り26、レンズ25を通過し、半透鏡(ハー
フミラー)23で反射され、ハーフミラー23を通過し
て、対物レンズ21でウエハ1の表面を照射する。ウエ
ハ1の1点から出た光は、対物レンズ21で収束され、
ハーフミラー22、23を通過してイメージセンサ24
上に結像される。以上が顕微鏡システムの照明系と撮像
系の基本構成である。高い分解能を得るためには対物レ
ンズ21としてNA(開口数)の大きなものを使用する
必要があり、使用する対物レンズにもよるが焦点深度は
数μm以下である。The illumination light from the white light source 30 is
, An image of the light source 30 is formed at the position of the aperture stop 28. The illumination light that has passed through the aperture stop 28
7. The light passes through the field stop 26 and the lens 25, is reflected by the semi-transparent mirror (half mirror) 23, passes through the half mirror 23, and irradiates the surface of the wafer 1 with the objective lens 21. Light emitted from one point on the wafer 1 is converged by the objective lens 21,
The image sensor 24 passes through the half mirrors 22 and 23
Imaged on top. The above is the basic configuration of the illumination system and the imaging system of the microscope system. In order to obtain high resolution, it is necessary to use an objective lens 21 having a large NA (numerical aperture), and the depth of focus is several μm or less depending on the objective lens used.
【0008】ウエハ1は薄い板状であり、完全な平面で
はない上、その上にパターンを形成すると反りが発生す
る。そのため、ステージ10に載置されたウエハ1はウ
エハ上の位置により若干高さが異なる。この高さの変動
量は多くても100μm以下であるが、上記のように焦
点深度が非常に狭いため、ウエハ全面で良好な投影像を
得ることはできない。そこで、自動焦点調整(オートフ
ォーカス)機構が設けられる。オートフォーカス機構に
は、非点収差法やナイフエッジ法や偏心補助光束法(ske
w beam method)などがあり、図2のインスペクションマ
シンに設けられているのは、非点収差法のオートフォー
カス機構である。The wafer 1 has a thin plate shape, is not perfectly flat, and warps when a pattern is formed thereon. Therefore, the height of the wafer 1 placed on the stage 10 differs slightly depending on the position on the wafer. Although the amount of change in the height is at most 100 μm or less, a good projected image cannot be obtained over the entire surface of the wafer because the depth of focus is extremely narrow as described above. Therefore, an automatic focus adjustment (autofocus) mechanism is provided. The autofocus mechanism includes the astigmatism method, knife edge method, and eccentric auxiliary beam method (ske
The inspection machine shown in FIG. 2 is provided with an autofocus mechanism based on the astigmatism method.
【0009】半導体レーザ33から出射されたレーザビ
ームはレンズ32を通過した後ハーフミラー31で反射
され、ハーフミラー31に入射する。ハーフミラー22
は半導体レーザの波長付近の光のみ反射するダイクロイ
ックミラーであり、ハーフミラー22で反射された半導
体レーザの光は対物レンズ21によりウエハ1の表面に
小さなスポットになるように収束される。ウエハ1の表
面で反射された半導体レーザの光は、対物レンズ21を
通り、ハーフミラー22で反射され、ハーフミラー31
を通過し、レンズ34及びシリンドリカルレンズ35を
通過して4分割素子36に入射する。The laser beam emitted from the semiconductor laser 33 passes through the lens 32, is reflected by the half mirror 31, and enters the half mirror 31. Half mirror 22
Is a dichroic mirror that reflects only light near the wavelength of the semiconductor laser. The light of the semiconductor laser reflected by the half mirror 22 is converged by the objective lens 21 into a small spot on the surface of the wafer 1. The light of the semiconductor laser reflected on the surface of the wafer 1 passes through the objective lens 21, is reflected on the half mirror 22, and is reflected on the half mirror 31.
Passes through the lens 34 and the cylindrical lens 35 and enters the four-divided element 36.
【0010】図3は非点収差法によるオートフォーカス
機構を説明する図である。図3の(1)に示すように、
ウエハ1の表面に小さなスポットになるように収束され
た光は、ウエハ1の表面で反射され、ウエハ1上に点光
源があるように光ビームを発する。この光ビームは、対
物レンズ21を通り、レンズ34によりPで示す位置に
収束される。この光ビームは、更にシリンドリカルレン
ズ35で一方の成分のみがQで示す位置に収束される。
他方の成分はPで示す位置に収束されるので、光ビーム
は図示のように、方向により収束位置が異なり、Qの位
置では一方向に延びる線状に収束され、Pの位置ではそ
れに垂直な方向に延びる線状に収束され、中間位置では
断面が円形になる。ここで4分割素子36を中間の断面
が円形になる位置に、4つの素子の間の不感帯がP及び
Qの位置の線に対して45度になるように配置する。半
導体レーザの光のウエハ1上での収束位置がウエハ1に
垂直な方向にずれると、点光源に位置が光軸方向にず
れ、4分割素子36の上の光ビームは点線で示すように
変化する。すなわち、ウエハ1の表面の手前に収束され
た場合には、AとCの素子の方向に延びる楕円になり、
ウエハ1の表面の先に収束された場合には、BとDの素
子の方向に延びる楕円になる。従って、差動アンプ38
で、AとCの素子の出力の和とBとDの素子の和の差信
号を演算すると、その出力であるAF信号は(2)に示
すように変化するので、AF信号がゼロになる状態がウ
エハ1の表面にスポットが収束された状態、すなわちフ
ォーカスされた状態を示す。Rで示す範囲であれば、A
F信号はフォーカスのずれに応じて変化するので、AF
信号応じてステージ10を上下移動するようにフィード
バック制御を行えば常にフォーカスがあった状態にな
る。例えば、AF信号が正であればステージ10を上方
向に移動し、AF信号が負であればステージ10を下方
向に移動し、AF信号がゼロであれば移動しないように
する。いいかえれば、AF信号はフォーカス位置からの
ずれを示す。FIG. 3 is a diagram for explaining an autofocus mechanism based on the astigmatism method. As shown in (1) of FIG.
The light converged to a small spot on the surface of the wafer 1 is reflected on the surface of the wafer 1 and emits a light beam as if there is a point light source on the wafer 1. This light beam passes through the objective lens 21 and is converged by the lens 34 to a position indicated by P. This light beam is further converged by the cylindrical lens 35 to a position indicated by Q only one component.
Since the other component is converged to the position indicated by P, the converging position of the light beam differs depending on the direction, as shown in the drawing, and converges linearly in one direction at the position of Q, and perpendicular to the line at the position of P. And converges in a line extending in the direction, and has a circular cross section at an intermediate position. Here, the four-divided element 36 is arranged at a position where the middle cross section becomes circular so that the dead zone between the four elements is 45 degrees with respect to the lines of the positions P and Q. If the convergence position of the light of the semiconductor laser on the wafer 1 shifts in the direction perpendicular to the wafer 1, the position of the light source shifts in the optical axis direction, and the light beam on the four-division element 36 changes as shown by the dotted line. I do. That is, when the light beam is converged to a position short of the surface of the wafer 1, it becomes an ellipse extending in the directions of the A and C elements,
When the light is converged on the front side of the surface of the wafer 1, an ellipse extends in the directions of the B and D elements. Therefore, the differential amplifier 38
Then, when the difference signal between the sum of the outputs of the A and C elements and the sum of the B and D elements is calculated, the output AF signal changes as shown in (2), so that the AF signal becomes zero. The state indicates a state where the spot is converged on the surface of the wafer 1, that is, a state where the spot is focused. In the range indicated by R, A
Since the F signal changes according to the focus shift, the AF signal
If feedback control is performed so that the stage 10 is moved up and down in response to a signal, the focus is always in a focused state. For example, if the AF signal is positive, the stage 10 is moved upward. If the AF signal is negative, the stage 10 is moved downward. If the AF signal is zero, the stage 10 is not moved. In other words, the AF signal indicates a deviation from the focus position.
【0011】ここでは、非点収差法について説明した
が、他の方法であっても同様に常にフォーカスがあった
状態に制御でき、フォーカス位置からのずれを検出する
ことができる。いずれの場合もオートフォーカス機構の
ために照明とは別の半導体レーザなどの光源を使用し、
光源のスポットをウエハ上に収束する。また、上記の例
ではステージを上下移動してフォーカスを調整したが、
顕微鏡全体や対物レンズなどを上下移動させてフォーカ
スを調整することも可能である。いずれにしろオートフ
ォーカス機構を使用することにより、ウエハ表面の位置
(表面形状)にかかわらず、常にフォーカスされた鮮明
な像を投影することが可能である。Here, the astigmatism method has been described. However, even with other methods, it is possible to similarly control the focus to always be in a focused state, and to detect a deviation from the focus position. In any case, use a light source such as a semiconductor laser separate from the illumination for the autofocus mechanism,
The light source spot converges on the wafer. In the above example, the focus was adjusted by moving the stage up and down,
It is also possible to adjust the focus by moving the entire microscope or the objective lens up and down. In any case, by using the autofocus mechanism, it is possible to always project a focused clear image regardless of the position (surface shape) of the wafer surface.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、いずれ
のオートフォーカス機構を使用する場合も、照明とは別
の半導体レーザなどの光源を使用し、光源のスポットを
ウエハ上に収束する必要がある。近年の半導体装置は、
線幅が0.2μm程度になっているが、オートフォーカ
ス機構に使用する光源の光は比較的波長が長く、ウエハ
上に収束されるスポットの直径は線幅の数倍から十数倍
にである。図4は、ウエハ上に収束されたオートフォー
カス用の光ビームのスポット20の様子を示す図であ
る。As described above, when any of the autofocus mechanisms is used, it is necessary to use a light source such as a semiconductor laser other than the illumination and to converge the light source spot on the wafer. is there. Recent semiconductor devices are:
Although the line width is about 0.2 μm, the light from the light source used for the autofocus mechanism has a relatively long wavelength, and the diameter of the spot converged on the wafer is several times to ten and several times the line width. is there. FIG. 4 is a diagram showing a state of the spot 20 of the light beam for autofocus converged on the wafer.
【0013】図4に示すように、ウエハ上に形成された
ダイの表面にはパターンに応じて凹凸があり、この凹凸
は光ビームのスポット20より小さなピッチで変化す
る。そのため、オートフォーカス機構によるフォーカス
合わせは、光ビームのスポット20が照射される範囲の
表面高さの平均にフォーカス合わせを行うことになる。
例えば、表面が透明な層である場合にはその下の不透明
な金属配線層などで反射される分などをすべて平均した
光ビームの反射強度で決まる位置にフォーカスが合わさ
れることになり、検査したい層以外の層にフォーカスが
合うという問題が生じていた。特に、後述するように近
年インスペクションマシンの光学系として共焦点顕微鏡
が使用されるようになっているが、共焦点顕微鏡を使用
すると、ウエハの表面に何層もパターンが形成されてい
る場合、所望の高さの層のみの画像を捕らえることも可
能であるが、各層で反射される光ビームを平均した位置
にフォーカスが合わされるため、検査したい層にフォー
カスを合わせられないという問題が生じていた。As shown in FIG. 4, the surface of the die formed on the wafer has irregularities in accordance with the pattern, and the irregularities change at a smaller pitch than the spot 20 of the light beam. Therefore, focusing by the autofocus mechanism is performed by averaging the surface heights in the range where the light beam spot 20 is irradiated.
For example, if the surface is a transparent layer, it will be focused on a position determined by the reflection intensity of the light beam, which is the average of all the reflections from the opaque metal wiring layer below it, etc. There has been a problem that a layer other than the layer is focused. In particular, a confocal microscope has recently been used as an optical system of an inspection machine as will be described later. However, when a confocal microscope is used, it is desirable to use a confocal microscope when a pattern is formed on the surface of a wafer. It is possible to capture an image of only the layer with a height of, but since the light beam reflected by each layer is focused on the average position, there was a problem that the layer to be inspected could not be focused .
【0014】また、オートフォーカス機構は常にフォー
カス状態を検出してフィードバック制御しており、フィ
ードバック系の遅れのために常に微少に振動した状態に
なり、投影される画像を劣化するという問題があった。
更に、光ビームのスポットはダイのパターンに比べれば
大きいが、それでも直径は数μm以下であるので、照射
される位置に欠陥があったり、他の部分に比べて高さが
異なる時には、他の部分のフォーカスが大きく外れると
いう問題を生じていた。Further, the autofocus mechanism always detects the focus state and performs feedback control, and there is a problem that the image is always deteriorated due to a delay of the feedback system, and the projected image is deteriorated. .
Furthermore, the spot of the light beam is large compared to the pattern of the die, but the diameter is still several μm or less, so when there is a defect in the irradiated position or when the height is different from other parts, other spots may be used. There has been a problem that the focus of the part is largely out of focus.
【0015】本発明はこのような問題を解決するための
もので、フォーカスの振動がなく、所望の層に安定して
フォーカス合わせができる表面画像投影装置及び方法の
実現を目的とする。An object of the present invention is to solve such a problem, and it is an object of the present invention to realize a surface image projection apparatus and method capable of performing stable focusing on a desired layer without focus vibration.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の表面画像投影装置及び方法は、あらかじめ
板状物体の表面形状を測定して記憶しておき、この表面
形状に応じてフォーカスを制御する。すなわち、本発明
の表面画像投影装置は、板状物体の表面の一部を投影す
る投影手段を、板状物体の表面に沿って相対移動させ、
各位置での投影画像を合わせて板状物体の表面全体の画
像を得る表面画像投影装置であって、板状物体の表面の
複数箇所の高さを測定する表面高さ検出手段と、測定し
た複数箇所の高さから板状物体の表面形状を演算して記
憶する表面形状データ記憶手段と、投影手段の板状物体
の表面に対するフォーカス状態を変化させる焦点調整手
段と、投影手段を板状物体の表面に沿って相対移動させ
る時に、表面形状データ記憶手段に記憶された板状物体
の表面形状に応じて焦点調整手段を制御するフォーカス
制御手段とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, a surface image projection apparatus and method according to the present invention measure and store the surface shape of a plate-like object in advance, and focus on the surface in accordance with the surface shape. Control. That is, the surface image projection device of the present invention relatively moves the projection unit that projects a part of the surface of the plate-shaped object along the surface of the plate-shaped object,
A surface image projection apparatus that obtains an image of the entire surface of a plate-shaped object by combining projected images at respective positions, and a surface height detection unit that measures heights of a plurality of positions on the surface of the plate-shaped object, Surface shape data storage means for calculating and storing the surface shape of the plate-like object from a plurality of heights; focus adjusting means for changing the focus state of the projection means with respect to the surface of the plate-like object; And a focus control means for controlling the focus adjustment means in accordance with the surface shape of the plate-like object stored in the surface shape data storage means when relatively moving along the surface.
【0017】また、本発明の表面画像投影方法は、板状
物体の表面の一部を投影しながら、板状物体の表面に沿
って相対移動させ、各位置での投影画像を合わせて板状
物体の表面全体の画像を得る表面画像投影方法であっ
て、板状物体の表面の複数箇所の高さを測定する表面高
さ検出ステップと、測定した複数箇所の高さから板状物
体の表面形状を演算して記憶する表面形状データ記憶ス
テップと、板状物体の表面に沿って相対移動しながら板
状物体の表面の一部を投影する走査ステップとを備え、
走査ステップ時には、記憶した板状物体の表面形状に応
じてフォーカス状態を変化させることを特徴とする。Further, in the surface image projection method of the present invention, while projecting a part of the surface of the plate-shaped object, the surface image is relatively moved along the surface of the plate-shaped object, and the projected images at the respective positions are combined to form the plate-shaped object. A surface image projection method for obtaining an image of the entire surface of an object, comprising: a surface height detection step of measuring a plurality of heights of a surface of the plate-like object; and a surface of the plate-like object from the measured heights of the plurality of places. Surface shape data storage step of calculating and storing the shape, comprising a scanning step of projecting a part of the surface of the plate-like object while relatively moving along the surface of the plate-like object,
In the scanning step, the focus state is changed according to the stored surface shape of the plate-shaped object.
【0018】本発明者は、ウエハの上に形成される各層
の厚さは誤差が少なく、高さの変動は主としてウエハの
表面の高さ変動により生じ、ウエハの表面の高さ変動は
緩やかでダイが形成される以外のパターンのない部分の
高さを測定することにより正確に測定できることに着目
した。本発明の表面画像投影装置及び方法によれば、測
定した板状物体の表面の複数箇所の高さから演算された
板状物体の表面形状があらかじめ記憶されており、走査
時にはこの表面形状に沿ってフォーカスが制御されるの
で、表面の微少な凹凸に影響されずに所望の層にフォー
カスを合わせることが可能であり、フィードバック制御
ではないため、振動は生じない。The inventor of the present invention has found that the thickness of each layer formed on a wafer has a small error, the height variation is mainly caused by the height variation of the wafer surface, and the height variation of the wafer surface is gradual. It was noted that accurate measurement can be performed by measuring the height of a portion having no pattern other than the formation of the die. According to the surface image projecting apparatus and method of the present invention, the surface shape of the plate-like object calculated from the measured heights of the plurality of points on the surface of the plate-like object is stored in advance, and along the surface shape during scanning, Focus is controlled, it is possible to focus on a desired layer without being affected by minute irregularities on the surface, and vibration is not generated because it is not feedback control.
【0019】投影手段として共焦点顕微鏡を使用し、投
影像を検出する光センサを設けた場合には、所望の層を
投影できるが、本発明を適用すればその層にフォーカス
を合わせた後、板状物体の高さ変動のみに応じてフォー
カスを調整するので、その層にフォーカスを合わせて走
査できる。この場合、オペレータが投影したい層にフォ
ーカスを合わせることで投影したい層を指示する。When a confocal microscope is used as a projection means and an optical sensor for detecting a projected image is provided, a desired layer can be projected. However, according to the present invention, after focusing on that layer, Since the focus is adjusted only in accordance with the height variation of the plate-like object, it is possible to scan while focusing on the layer. In this case, the operator indicates the layer to be projected by focusing on the layer to be projected.
【0020】また、本発明は、共焦点顕微鏡を使用しな
いで、通常通りに1次元及び2次元イメージセンサを使
用する場合にも適用できる。半導体ウエハを投影する場
合には、半導体ウエハ上に形成されたダイの周囲のパタ
ーンの形成されていない部分の高さを測定すれば、パタ
ーンに影響されずにウエハの高さが測定できる。The present invention can be applied to a case where one-dimensional and two-dimensional image sensors are used as usual without using a confocal microscope. When projecting a semiconductor wafer, the height of the wafer can be measured without being affected by the pattern by measuring the height of a portion around the die formed on the semiconductor wafer where no pattern is formed.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図5は、本発明の実施例のインス
ペクションマシンの光学系の構成を示す図である。実施
例のインスペクションマシンは、共焦点顕微鏡を使用
し、ウエハ1の高さを測定する機構として、図2及び図
3で説明した非点収差法による高さ測定機構を使用す
る。従って、参照番号31から37の要素で構成される
高さ測定機構についての説明はここでは省略する。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical system of an inspection machine according to an embodiment of the present invention. The inspection machine of the embodiment uses a confocal microscope and uses the height measuring mechanism based on the astigmatism method described with reference to FIGS. 2 and 3 as a mechanism for measuring the height of the wafer 1. Therefore, the description of the height measuring mechanism composed of the elements denoted by reference numerals 31 to 37 is omitted here.
【0022】白色光源57からの光はコンデンサレンズ
56を通過してビームスプリッタ53で反射され、スピ
ニングディスク52を照明する。スピニングディスク5
2は回転する円板で、多数のアパーチャ58が設けられ
ている。アパーチャ58の像、すなわちアパーチャ58
を通過した光ビームは、レンズ51とハーフミラー22
と対物レンズ21によりウエハ1上にスポットとして収
束され、ウエハ1上にアパーチャ58の像が結像され
る。ウエハに照射された光ビームは反射され、上記と逆
の光路を通って対応するアパーチャ58に収束される。
アパーチャ58を通過した光は、ビームスプリッタ53
を通過してレンズ54により光センサ55上に収束され
る。スピニングディスク52が回転して、ウエハ1上の
アパーチャ58の像が視野内を順に走査する。各位置で
の光センサ57の信号を合成して強度分布を求めれば2
次元の画像が得られる。Light from a white light source 57 passes through a condenser lens 56 and is reflected by a beam splitter 53 to illuminate a spinning disk 52. Spinning disc 5
Reference numeral 2 denotes a rotating disk provided with a large number of apertures 58. The image of the aperture 58, ie, the aperture 58
Passes through the lens 51 and the half mirror 22.
Is converged as a spot on the wafer 1 by the objective lens 21, and an image of the aperture 58 is formed on the wafer 1. The light beam applied to the wafer is reflected and converged on the corresponding aperture 58 through the opposite optical path.
The light that has passed through the aperture 58 is transmitted to the beam splitter 53.
And is converged on the optical sensor 55 by the lens 54. As the spinning disk 52 rotates, the image of the aperture 58 on the wafer 1 scans sequentially within the field of view. If the intensity distribution is obtained by synthesizing the signal of the optical sensor 57 at each position, 2
A two-dimensional image is obtained.
【0023】ウエハ1上に照射された光ビームのスポッ
トの部分で反射された光は、対応するアパーチャ58の
部分に収束されるので、他の部分からの反射光は遮断さ
れ、鮮明なコントラストの高い画像が得られる。また、
スポットの位置が光軸方向にずれるとスポットは広がり
広がった部分で反射された光はほとんどアパーチャ58
を通過しないので、スポットに収束される層のみの画像
を捕らえることができる。The light reflected at the spot of the light beam irradiated on the wafer 1 is converged on the corresponding aperture 58, so that the reflected light from other portions is cut off, and a clear contrast is obtained. A high image is obtained. Also,
When the position of the spot is shifted in the optical axis direction, the light spreads and almost all the light reflected at the widened portion is transmitted through the aperture 58.
, It is possible to capture an image of only the layer converged on the spot.
【0024】前述のように、参照番号31から37の要
素で構成される非点収差法による高さ測定機構を使用す
ればAF信号により高さの変化を検出できる。本実施例
では、信号処理回路37の出力するAF信号をデジタル
信号に変換するアナログ/デジタル(A/D)変換器3
8と、表面形状測定時にA/D変換器38の出力する高
さ分布のデータを記憶し、記憶したデータに基づいて演
算した表面形状のデータを記憶する表面形状データ記憶
部39と、オペレータが画像を捕らえる層にフォーカス
を調整してそのフォーカス位置を維持しながら走査を行
うように指示するフォーカス指示部40が新たに設けら
れている。ステージ10の上下方向(Z方向)の移動を
制御するステージZ移動制御部12とステージ10の水
平方向(XY方向)の移動を制御するステージXY移動
制御部13は従来と同じもので、表面形状データ記憶部
39と共に制御用コンピュータのソフトウエアで実現さ
れる。As described above, if a height measuring mechanism based on the astigmatism method composed of the elements denoted by reference numerals 31 to 37 is used, a change in height can be detected by the AF signal. In the present embodiment, an analog / digital (A / D) converter 3 that converts the AF signal output from the signal processing circuit 37 into a digital signal
8, a surface shape data storage unit 39 for storing height distribution data output from the A / D converter 38 at the time of surface shape measurement, and storing surface shape data calculated based on the stored data; A focus instruction unit 40 is newly provided for instructing the layer capturing an image to perform a scan while adjusting the focus and maintaining the focus position. The stage Z movement control unit 12 for controlling the movement of the stage 10 in the vertical direction (Z direction) and the stage XY movement control unit 13 for controlling the movement of the stage 10 in the horizontal direction (XY direction) are the same as those in the related art. It is realized by software of a control computer together with the data storage unit 39.
【0025】図6は、実施例において、ウエハ上のダイ
の表面画像を得る処理を示すフローチャートである。以
下、このフローチャートに従って処理を説明する。ステ
ップ101では、ステージ10上にウエハ1を載置し、
図示していないTVカメラなどを使用してダイの配列方
向などを合わせるアライメントが行われる。FIG. 6 is a flowchart showing a process for obtaining a surface image of a die on a wafer in the embodiment. Hereinafter, the processing will be described according to this flowchart. In step 101, the wafer 1 is placed on the stage 10,
Using a TV camera or the like (not shown), alignment for adjusting the arrangement direction of the dies is performed.
【0026】ステップ102では、ステージ10をXY
平面内で移動して、ウエハ1上の複数箇所で高さを測定
し、表面形状データ記憶部39に記憶する。この高さ測
定は、例えば、図7の(1)の参照番号6で示す×印の
部分について行う。この部分は、ウエハ1上に配列され
たダイ2の間のダイサで溝加工する部分で、回路パター
ンは形成されないので、ウエハ1の表面のままの凹凸の
ない平面であり、高さ測定機構により正確に高さを測定
することが可能である。測定は、ダイ2の間のスペース
部分が対物レンズの光軸の下、すなわち高さ測定機構の
レーザビームのスポットがダイ2の間のスペース部分に
照射されるようにしてX方向に走査を行い、測定位置で
のAF信号のデジタル値を記憶する。この走査をY方向
の位置を変えて行う。以上のようにして図7の(1)の
×印の部分の高さが測定できる。In step 102, the stage 10 is moved to XY
After moving within the plane, the height is measured at a plurality of locations on the wafer 1 and stored in the surface shape data storage unit 39. This height measurement is performed, for example, on a portion indicated by a cross indicated by reference numeral 6 in (1) of FIG. This portion is a portion to be grooved by a dicer between the dies 2 arranged on the wafer 1, and since no circuit pattern is formed, the surface is a flat surface without any irregularities as it is on the surface of the wafer 1. It is possible to measure the height accurately. The measurement is performed by scanning in the X direction such that the space between the dies 2 is below the optical axis of the objective lens, that is, the spot of the laser beam of the height measuring mechanism is irradiated on the space between the dies 2. , The digital value of the AF signal at the measurement position is stored. This scanning is performed by changing the position in the Y direction. As described above, the height of the portion marked with a cross in FIG. 7A can be measured.
【0027】ステップ103では、表面形状データ記憶
部39が、ステップ102で測定したウエハ上の複数箇
所の高さから、ウエハ1の全面の高さ分布を演算して記
憶する。例えば、図7の(2)に示すように、あるY座
標について9点の高さが測定されるので、その測定デー
タからスプライン関数などを使用して補間し、連続的な
高さ変化を求める。このような演算をウエハ1の全面に
ついて行い、ウエハ1の表面形状データを演算する。In step 103, the surface shape data storage section 39 calculates and stores the height distribution of the entire surface of the wafer 1 from the heights of a plurality of locations on the wafer measured in step 102. For example, as shown in FIG. 7 (2), nine points are measured at a certain Y coordinate, and a continuous height change is obtained from the measured data by interpolation using a spline function or the like. . Such an operation is performed on the entire surface of the wafer 1 to calculate the surface shape data of the wafer 1.
【0028】ステップ104では、オペレータがある部
分の画像を見て、画像を得たい層にフォーカスを合わせ
る。このフォーカス調整は、別に設けたステージのZ軸
方向の移動機構を調整しても、ステージZ移動制御部1
2に外部から与えるデータ値を調整して行ってもよい。
調整が終了すると、フォーカス指示部40のキー操作
で、調整が終了したことを指示する。In step 104, the operator looks at an image of a certain portion, and focuses on a layer from which an image is desired to be obtained. This focus adjustment can be performed by adjusting the stage Z movement control unit 1 even if a separately provided stage movement mechanism in the Z-axis direction is adjusted.
2 may be adjusted by adjusting the data value given from the outside.
When the adjustment is completed, a key operation of the focus instruction unit 40 indicates that the adjustment has been completed.
【0029】ステップ105では、図7のウエハ1の左
上の位置が走査開始位置になるようにステージのXY座
標を変化させる。この時、表面形状データ記憶部39に
記憶された表面形状データから、ステップ104の指示
が行われた位置とウエハ1の左上の位置の高さの差だけ
ステージ10のZ軸方向の位置を変化させる。ステップ
106では、ステージXY移動制御部13が、X座標を
順次変化させて走査を行う信号を出力し、左端から右端
までの走査が終了すると、Y座標を変化させ、逆方向に
走査を行い、このような動作を繰り返すようにステージ
10の移動を制御する。この時、表面形状データ記憶部
39に記憶された表面形状データからステージZ移動制
御部12に各走査位置における高さデータを出力し、そ
の高さデータだけステージ10の高さを変化させる。こ
れにより、光学系のフォーカスは、常にオペレータの指
示した層に合わされる。以上のような処理により、ウエ
ハ全面の表面画像が得られる。In step 105, the XY coordinates of the stage are changed so that the upper left position of the wafer 1 in FIG. 7 becomes the scanning start position. At this time, the position of the stage 10 in the Z-axis direction is changed from the surface shape data stored in the surface shape data storage unit 39 by the difference between the height at the position where the instruction in step 104 is performed and the upper left position of the wafer 1. Let it. In step 106, the stage XY movement control unit 13 outputs a signal for performing scanning while sequentially changing the X coordinate. When scanning from the left end to the right end is completed, the stage XY movement control unit 13 changes the Y coordinate and performs scanning in the reverse direction. The movement of the stage 10 is controlled so as to repeat such an operation. At this time, the height data at each scanning position is output to the stage Z movement control unit 12 from the surface shape data stored in the surface shape data storage unit 39, and the height of the stage 10 is changed by the height data. Thus, the focus of the optical system is always adjusted to the layer specified by the operator. With the above processing, a surface image of the entire surface of the wafer is obtained.
【0030】なお、本実施例はインスペクションマシン
であり、読み取られた画像データは、マスタデータや隣
接するダイの画像データと比較されて欠陥位置が検出さ
れ、欠陥位置について更に画像データを解析して欠陥の
種類の分類などの各種処理が行われるが、本発明には直
接関係しないので、ここでは詳しい説明は省略する。以
上は、共焦点顕微鏡の光学系を使用する実施例について
説明したが、本発明は共焦点顕微鏡を使用する構成に限
定されるものではなく、通常の1次元イメージセンサや
2次元イメージセンサを使用する構成にも適用可能であ
る。In this embodiment, an inspection machine is used. The read image data is compared with master data and image data of an adjacent die to detect a defect position, and further analyzes the image data for the defect position. Although various processes such as classification of the type of defect are performed, they are not directly related to the present invention, and thus detailed description is omitted here. Although the embodiment using the optical system of the confocal microscope has been described above, the present invention is not limited to the configuration using the confocal microscope, but uses an ordinary one-dimensional image sensor or two-dimensional image sensor. The present invention is also applicable to such a configuration.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面の微少な凹凸に影響されずに所望の層にフォーカス
を合わせることが可能であり、フィードバック制御では
ないため、振動のない良好な画像を得ることができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to focus on a desired layer without being affected by minute irregularities on the surface, and since it is not feedback control, a good image without vibration can be obtained.
【図1】半導体ウエハ上に形成されたダイ(半導体チッ
プ)の表面画像を得るための走査を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating scanning for obtaining a surface image of a die (semiconductor chip) formed on a semiconductor wafer.
【図2】半導体ウエハ上に形成されたダイの表面画像を
得る従来のインスペクションマシンの光学系の構成を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical system of a conventional inspection machine for obtaining a surface image of a die formed on a semiconductor wafer.
【図3】従来例における非点収差法によるオートフォー
カス機構を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an autofocus mechanism based on an astigmatism method in a conventional example.
【図4】ウエハ表面とオートフォーカス機構の光ビーム
のスポットの様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state of a wafer surface and a spot of a light beam of an autofocus mechanism.
【図5】本発明の実施例のインスペクションマシンの光
学系の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an optical system of the inspection machine according to the embodiment of the present invention.
【図6】実施例においてウエハ上のダイの表面画像を得
るための処理を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a process for obtaining a surface image of a die on a wafer in the embodiment.
【図7】実施例においてウエハ表面の高さ測定を行う箇
所と表面形状データの例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a location where height measurement of a wafer surface is performed and surface shape data in the embodiment.
1…板状物体(半導体ウエハ) 10…ステージ 12…ステージZ移動制御部 13…ステージXY移動制御部 21…対物レンズ 33…半導体レーザ 34…レンズ 35…シリンドリカルレンズ 36…4分割素子 39…表面形状データ記憶手段 40…フォーカス指示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plate object (semiconductor wafer) 10 ... Stage 12 ... Stage Z movement control part 13 ... Stage XY movement control part 21 ... Objective lens 33 ... Semiconductor laser 34 ... Lens 35 ... Cylindrical lens 36 ... Four-division element 39 ... Surface shape Data storage means 40: Focus instruction unit
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成12年2月17日(2000.2.1
7)[Submission date] February 17, 2000 (2000.2.1
7)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項2[Correction target item name] Claim 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0009】半導体レーザ33から出射されたレーザビ
ームはレンズ32を通過した後ハーフミラー31で反射
され、ハーフミラー22に入射する。ハーフミラー22
は半導体レーザの波長付近の光のみ反射するダイクロイ
ックミラーであり、ハーフミラー22で反射された半導
体レーザの光は対物レンズ21によりウエハ1の表面に
小さなスポットになるように収束される。ウエハ1の表
面で反射された半導体レーザの光は、対物レンズ21を
通り、ハーフミラー22で反射され、ハーフミラー31
を通過し、レンズ34及びシリンドリカルレンズ35を
通過して4分割素子36に入射する。The laser beam emitted from the semiconductor laser 33 passes through the lens 32, is reflected by the half mirror 31, and enters the half mirror 22 . Half mirror 22
Is a dichroic mirror that reflects only light near the wavelength of the semiconductor laser. The light of the semiconductor laser reflected by the half mirror 22 is converged by the objective lens 21 into a small spot on the surface of the wafer 1. The light of the semiconductor laser reflected on the surface of the wafer 1 passes through the objective lens 21, is reflected on the half mirror 22, and is reflected on the half mirror 31.
Passes through the lens 34 and the cylindrical lens 35 and enters the four-divided element 36.
Claims (10)
段を、前記板状物体の表面に沿って相対移動させ、各位
置での投影画像を合わせて前記板状物体の表面全体の画
像を得る表面画像投影装置であって、 前記板状物体の表面の複数箇所の高さを測定する表面高
さ検出手段と、 測定した前記複数箇所の高さから前記板状物体の表面形
状を演算して記憶する表面形状データ記憶手段と、 前記投影手段の前記板状物体の表面に対するフォーカス
状態を変化させる焦点調整手段と、 前記投影手段を前記板状物体の表面に沿って相対移動さ
せる時に、前記表面形状データ記憶手段に記憶された前
記板状物体の表面形状に応じて前記焦点調整手段を制御
するフォーカス制御手段とを備えることを特徴とする表
面画像投影装置。1. A projection means for projecting a part of the surface of a plate-shaped object is relatively moved along the surface of the plate-shaped object, and a projection image at each position is adjusted to adjust the entire surface of the plate-shaped object. A surface image projection device that obtains an image, comprising: a surface height detection unit that measures heights of a plurality of locations on a surface of the plate-like object; and a surface shape of the plate-like object from the measured heights of the plurality of locations. Surface shape data storing means for calculating and storing; focus adjusting means for changing a focus state of the projecting means with respect to the surface of the plate-like object; and when the projecting means is relatively moved along the surface of the plate-like object. A focus control unit for controlling the focus adjustment unit according to the surface shape of the plate-shaped object stored in the surface shape data storage unit.
って、 前記光センサは1次元の画像を検出するイメージセンサ
であり、 前記投影手段を前記板状物体の表面に沿って相対移動さ
せた時の1次元の画像を合成して2次元の画像を得る表
面画像投影装置。2. The surface image projection device according to claim 1, wherein the optical sensor is an image sensor for detecting a one-dimensional image, and the projection unit is relatively moved along a surface of the plate-like object. A surface image projection device that obtains a two-dimensional image by synthesizing a one-dimensional image at the time of the image formation.
置であって、 前記投影手段は共焦点顕微鏡である表面画像投影装置。3. The surface image projection device according to claim 1, wherein the projection unit is a confocal microscope.
って、 投影像を検出する2次元イメージセンサを備える表面画
像投影装置。4. The surface image projection device according to claim 1, further comprising a two-dimensional image sensor for detecting a projection image.
表面画像投影装置であって、 前記板状物体は半導体ウエハである表面画像投影装置。5. The surface image projection device according to claim 1, wherein the plate-like object is a semiconductor wafer.
って、 前記表面高さ検出手段は、前記半導体ウエハ上に形成さ
れたダイの周囲のパターンの形成されていない部分の高
さを測定する表面画像投影装置。6. The surface image projection device according to claim 5, wherein the surface height detecting means determines a height of a portion around the die formed on the semiconductor wafer where a pattern is not formed. Surface image projection device to measure.
って、 前記板状物体は半導体ウエハであり、 前記投影手段は共焦点顕微鏡であり、 投影像を検出する光センサと、 前記投影手段を前記板状物体の表面に沿って相対移動さ
せる時に、前記半導体ウエハのフォーカスを合わせる層
を指示するフォーカス指示手段を備える表面画像投影装
置。7. The surface image projection device according to claim 1, wherein the plate-like object is a semiconductor wafer, the projection unit is a confocal microscope, an optical sensor for detecting a projection image, and the projection. A surface image projection apparatus comprising a focus instructing means for instructing a layer to be focused on the semiconductor wafer when the means is relatively moved along the surface of the plate-like object.
前記板状物体の表面に沿って相対移動させ、各位置での
投影画像を合わせて前記板状物体の表面全体の画像を得
る表面画像投影方法であって、 前記板状物体の表面の複数箇所の高さを測定する表面高
さ検出ステップと、 測定した前記複数箇所の高さから前記板状物体の表面形
状を演算して記憶する表面形状データ記憶ステップと、 前記板状物体の表面に沿って相対移動しながら前記板状
物体の表面の一部を投影する走査ステップとを備え、 該走査ステップ時には、記憶した前記板状物体の表面形
状に応じてフォーカス状態を変化させることを特徴とす
る表面画像投影方法。8. While projecting a part of the surface of the plate-like object,
A surface image projection method of relatively moving along the surface of the plate-shaped object to obtain an image of the entire surface of the plate-shaped object by combining the projected images at each position, wherein a plurality of positions on the surface of the plate-shaped object Surface height detection step of measuring the height of the surface, surface shape data storage step of calculating and storing the surface shape of the plate-like object from the measured heights of the plurality of locations, and along the surface of the plate-like object A step of projecting a part of the surface of the plate-like object while relatively moving the plate-like object. In the scanning step, a focus state is changed according to the stored surface shape of the plate-like object. Surface image projection method.
って、 前記板状物体は半導体ウエハであり、 前記表面高さ検出ステップでは、前記半導体ウエハ上に
形成されたダイの周囲のパターンの形成されていない部
分の高さを測定する表面画像投影方法。9. The surface image projection method according to claim 8, wherein the plate-like object is a semiconductor wafer, and in the surface height detecting step, a pattern around a die formed on the semiconductor wafer. Surface image projection method for measuring the height of a portion where no surface is formed.
あって、 前記板状物体は半導体ウエハであり、 投影光学系は、共焦点顕微鏡と、投影像を検出する光セ
ンサとを有し、 前記走査ステップの前に、前記半導体ウエハのフォーカ
スを合わせる層を指示するフォーカス位置指示ステップ
と備える表面画像投影方法。10. The surface image projection method according to claim 8, wherein the plate-like object is a semiconductor wafer, and the projection optical system has a confocal microscope and an optical sensor for detecting a projection image. A focus position specifying step of specifying a layer to be focused on the semiconductor wafer before the scanning step.
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