JP2003036118A

JP2003036118A - 外観検査装置

Info

Publication number: JP2003036118A
Application number: JP2001225001A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Ooshima; 朗文大島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】焦点合わせ動作を高速で行うことができ、被検
査基板の拡大像を取り込むためのタイムタクトを短縮す
ることができる外観検査装置を提供する。【解決手段】被検査対象物を所定の倍率で観察する対物
レンズ４３を備えた光学ユニット３０と、被検査対象物
を支持し、Ｚステージ２３により、対物レンズ４３に対
する被検査対象物の位置を所定の移動量で制御可能な検
査用ステージ２０とを有し、光学ユニット３０は、被検
査対象物に対する対物レンズ４３の位置を検査用ステー
ジ２０のＺステージ２３による移動量よりも小さい移動
量で制御可能な圧電素子４６を有する。

Description

【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
ェーハ等の被検査対象物の外観検査を行う外観検査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスは、半導体ウェーハ上に
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。この半導体デバイスの製造工程において、例えば、
異物が付着したり、パターン欠陥が生じていたり、寸法
異常が生じていたりすると、デバイスパターンに欠陥が
生じる。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、製造工程における歩留りを低下させ
る。

【０００３】従って、製造工程における歩留りを高い水
準で安定させるためには、このような異物、パターン欠
陥、異常寸法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、製造工程に対して有効な対策を施
す必要がある。このように早期に欠陥の原因を突き止め
て製造工程に対策を施し、歩留りを向上させることによ
って、例えば、新たなプロセスを早く立ち上げることが
でき、そのプロセスで高い収益を得ることができる。

【０００４】そこで、半導体デバイスに欠陥が生じた場
合には、半導体の検査用顕微鏡装置を用いて、その欠陥
を検出し、その欠陥の原因を追求し、その結果から欠陥
を生じさせる設備や工程を特定するようにしている。

【０００５】この半導体の検査用顕微鏡装置は、半導体
ウェーハ上の欠陥を拡大して観察することができ、ある
いは、拡大した欠陥を撮像してその画像をモニタ上に映
し出すことができる、いわゆる光学顕微鏡のような装置
である。この半導体の検査用顕微鏡装置を用いることに
より、不良デバイスの欠陥がどのようなものであるかを
識別することができる。

【０００６】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のデザ
インルールの微細化の進展に伴い、これまでは無視でき
た微小欠陥も問題となり、検出すべき欠陥の寸法が小さ
くなってきている。

【０００７】そのため、半導体の検査用顕微鏡装置で
は、このような微小欠陥を観察するために、高い倍率の
対物レンズが必要とされる。

【０００８】ところが、高い倍率を得ることができる対
物レンズは、焦点深度がきわめて短くなる。例えば、開
口数（ＮＡ）０．９、倍率１００倍であるとすると、焦
点深度は±０．５μｍ以下となる。このような短い焦点
深度の焦点位置を、例えば、検査の度に手作業等で調整
することは、非常に困難である。そのため、半導体の検
査用顕微鏡装置では、手作業によらず、正確かつ高速に
自動焦点合わせを行う機構が必要となる。

【０００９】従来の半導体の検査用顕微鏡装置は、レー
ザ光やＬＥＤ光を測定用光プローブにより対物レンズに
入射し、その反射光を検出することにより、半導体ウェ
ーハと対物レンズとの距離を検出する距離検出機構が設
けられていた。従来の半導体の検査用顕微鏡装置は、一
般に、この距離検出機構により検出された距離情報に基
づき対物レンズと半導体ウェーハとの距離を制御し、対
物レンズの焦点位置を半導体ウェーハの観察面に一致さ
せて、自動焦点合わせを行っていた。

【００１０】上記の自動焦点合わせ機構を具備した半導
体の検査用顕微鏡およびこれを用いた検査装置は多種多
用に存在するが、大別して以下の３つの構成に分けられ
る。

【００１１】第一の構成としては、被検査基板の上方に
顕微鏡を固定設置して、被検査基板の下方に当該被検査
基板を支持固定するテーブルを具備したＸＹＺ駆動ステ
ージを設置したものがある。

【００１２】第二の構成としては、被検査基板の上方に
顕微鏡および当該顕微鏡をＺ方向に駆動するステージを
設置し、被検査基板の下方に当該被検査基板を支持固定
するテーブルを具備したＸＹステージを設置したものが
ある。

【００１３】第三の構成としては、被検査基板の上方に
顕微鏡および当該顕微鏡をＺ方向に駆動するステージと
を、Ｘ（またはＹ）方向に駆動するステージに設置し、
下方に被検査基板を支持固定するテーブルを設置したも
のがある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】第一の構成では、顕微
鏡の駆動機構が存在しないので、精密な光学系を採用す
る場合に適している。被検査基板を支持するテーブルの
Ｚ駆動系には、圧電素子を使用した機構や、実用新案登
録公報第２５９２５７２号に示すようなクサビ状移動体
をボールネジ等で駆動させる機構等の採用が考えられ
る。

【００１５】しかしながら、焦点深度が極めて浅い対物
レンズを採用する場合、前者の圧電素子は非常に有効で
あるが、検査対象が大型基板の場合、これに見合った圧
電素子を入手することは難しい。

【００１６】また、前者の圧電素子での駆動は、可搬重
量にも制限がある。さらに、焦点合わせ距離以上の長さ
がＺ移動ストロークに要求される場合、圧電素子のスト
ロークは非常に短いことから採用が難しいという問題が
ある。

【００１７】後者のクサビ状移動体を用いた機械的駆動
は、搬送重量に関してはある程度解決可能であるが、焦
点深度に見合った分解能の精細化、また、駆動時の振動
対策、停止時の静定時間までの待機時間が問題となる。

【００１８】第二の構成では、顕微鏡自体を上下駆動さ
せるため、光学系の構成が高精密を要求される場合や光
学系が重量物である場合に、駆動系およびこれを支える
機構の剛性、振動対策に大きな注意を払う必要がある。
顕微鏡の上下駆動に、上記の機械的駆動、あるいは圧電
素子を用いた駆動が考えられるが、これらについても第
一の構成で述べた問題がある。

【００１９】第三の構成では、検査装置のフットプリン
トを被検査対象基板のサイズに近づけることが可能であ
り、小スペースには有効とされるが、第二の構成と同
様、顕微鏡自体を上下駆動させるため、光学系の構成が
高精密を要求される場合や光学系が重量物である場合
に、駆動系およびこれを支える機構の剛性、振動対策に
大きな注意を払う必要がある。加えて水平移動機構を搭
載しており、光学系の移動動作に伴う振動、剛性にさら
に大きな注意を払う必要がある。

【００２０】以上の構成に共通していえることは、圧電
素子は微細移動には有効であるが、部材の大きさの制
限、可搬重量の制限、大きなストロークへの対応が困難
であるということである。また、機械的な駆動方法は、
焦点深度に見合った分解能の精細化、駆動時の振動対
策、停止時の静定時間までの待機時間が問題となるとい
うことである。

【００２１】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、焦点合わせ動作を高速で行うこと
ができ、被検査基板の拡大像を取り込むためのタイムタ
クトを短縮することができる外観検査装置を提供するこ
とにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の外観検査装置は、被検査対象物を所定の倍
率で観察する拡大レンズを備えた観察手段と、前記被検
査対象物を支持し、前記拡大レンズに対する当該被検査
対象物の位置を所定の移動量で制御可能な支持手段とを
有し、前記観察手段は、前記被検査対象物に対する前記
拡大レンズの位置を前記支持手段の前記移動量よりも小
さい移動量で制御可能な駆動手段を有する。

【００２３】好適には、前記駆動手段は、印加電圧に応
じて所定量だけ伸縮し、当該伸縮に応じて所定量だけ前
記拡大レンズを移動させる圧電素子を有する。

【００２４】好適には、前記支持手段は、前記被検査対
象物を支持する支持部材と、前記支持部材を前記拡大レ
ンズの方向へ移動させる第２の駆動手段とを有する。

【００２５】例えば、前記第２の駆動手段は、前記支持
部材の移動方向に対して垂直方向に移動し、当該移動方
向に対し所定の傾斜面を有するクサビ状移動体と、前記
クサビ状移動体の前記傾斜面に接する傾斜面を有し、当
該傾斜面の反対面において前記支持部材に接する当接部
材とを有する。

【００２６】前記観察手段は、前記拡大レンズとして紫
外光用対物レンズを有し、前記紫外光用対物レンズの焦
点距離からの前記被検査対象物の位置ズレ量を検出する
第１の距離検出手段と、前記第１の距離検出手段により
検出された焦点距離からの位置ズレ量に応じて、前記駆
動手段の移動量を制御する第１の制御手段とをさらに有
する。

【００２７】前記第１の制御手段は、前記第１の距離検
出手段により検出された焦点距離からの位置ズレ量が、
所定のしきい値よりも小さい場合に、当該位置ずれ量に
応じて前記駆動手段の移動量を制御する。

【００２８】前記第１の距離検出手段により検出された
焦点距離からの位置ズレ量が、所定のしきい値よりも大
きい場合に、当該位置ずれ量に応じて前記支持手段の移
動量を制御する第２の制御手段をさらに有する。

【００２９】前記観察手段は、可視光用対物レンズと、
前記可視光用対物レンズの焦点距離からの前記被検査対
象物の位置ズレ量を検出する第２の距離検出手段とをさ
らに有し、前記第２の制御手段は、前記第２の距離検出
手段により検出された焦点距離からの位置ズレ量に応じ
て、前記支持手段の移動量を制御する。

【００３０】上記の本発明の外観検査装置では、まず、
被検査対象物を支持手段に搭載し、拡大レンズに対する
被検査対象物の位置が、拡大レンズの焦点位置の近傍ま
でくるように支持手段を所定の移動量だけ移動させる。
そして、被検査対象物が拡大レンズの焦点位置の近傍ま
できたら、被検査対象物の位置が拡大レンズの焦点位置
にくるように、駆動手段により拡大レンズを所定量だけ
移動させる。そして、被検査対象物に対する拡大レンズ
の焦点合わせが完了した後、観察手段により、被検査対
象物の拡大像が観察されて、当該観察視野内において、
被検査対象物に欠陥等があるか否かの外観検査が行われ
る。以上のように、長距離の焦点合わせ動作を、まず、
移動量の大きい支持手段により被検査基板を移動させ、
被検査基板の拡大レンズの焦点位置に対するズレ量を小
さくした後に、焦点位置への最後の合わせ込みを、移動
量の小さい駆動手段により行うことで、拡大レンズの焦
点合わせが精度良くかつ高速に行われる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の外観検査装置の
実施の形態について、図面を参照して説明する。

【００３２】図１は、本実施形態に係る外観検査装置の
構成図であり、図２は、本実施形態に係る外観検査装置
の要部斜視図である。

【００３３】図１に示すように、外観検査装置１は、除
振台１０と、除振台１０の上に設置された検査用ステー
ジ２０と、除振台１０の上に設置された光学ユニット３
０と、画像処理部５０と、制御部６０と、入力部７０
と、表示部８０とを有する。

【００３４】除振台１０は、床からの振動や、検査用ス
テージ２０を移動走査した場合に発生する振動などを抑
制するためのものである。微細なデバイスパターンが形
成された半導体ウェーハなどの基板の検査を行うため、
少しの振動でも検査の障害となることから、除振台１０
により振動を抑制するようにしている。

【００３５】なお、この除振台１０としては、いわゆる
アクティブ除振台が好ましい。アクティブ除振台は、振
動を検知してその振動を打ち消す方向に動作すること
で、振動を速やかに取り除くようになされた除振台であ
り、除振効果に優れている。

【００３６】この外観検査装置１では、後述するように
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が、除振効果にすぐれたアクティ
ブ除振台を外観検査装置１の除振台１０として用いるこ
とで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することができる。

【００３７】この除振台１０の上には、検査用ステージ
２０が設置されている。この検査用ステージ２０は、半
導体ウェーハ等の被検査基板を支持するためのステージ
である。この検査用ステージ２０は、被検査基板を支持
するとともに、当該被検査基板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】具体的には、検査用ステージ２０は、除振
台１０の上に設置されたＸステージ２１と、Ｘステージ
２１の上に設置されたＹステージ２２と、Ｙステージ２
２の上に設置されたＺステージ２３と、Ｚステージ２３
の上に設置された吸着プレート２４とを備える。

【００３９】Ｘステージ２１およびＹステージ２２は、
水平方向に移動するステージであり、Ｘステージ２１と
Ｙステージ２２とで、互いに直交する方向に移動するよ
うになされている。被検査基板の検査時には、Ｘステー
ジ２１およびＹステージ２２により、被検査基板を検査
対象位置へと移動させる。

【００４０】Ｘステージ２１は、例えば、図２に示すよ
うに、Ｘサーボモータ２１１と、Ｘサーボモータ２１１
に連結するＸネジ軸２１２と、Ｘガイドレール２１３を
駆動機構として有し、Ｘステージ２１は、Ｘネジ軸２１
２に螺合しており、Ｘサーボモータ２１１の回転によ
り、Ｘガイドレール２１３に従ってＸ方向に移動可能と
なっている。なお、図２には現れていないが、Ｘステー
ジ２１上に設置されたＹステージも同様の駆動機構を有
しＹ方向に駆動可能になっている。

【００４１】Ｚステージ２３は、鉛直方向に移動するス
テージであり、後述するように、ステージの高さを調整
するためのものである。被検査基板の検査時には、Ｚス
テージ２３により、被検査基板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、被検査基板を吸着し
て固定するためのものである。

【００４３】図３を用いて、Ｚステージ２３を鉛直方向
へ移動させる駆動機構について説明する。Ｚステージ２
３は、その駆動機構として、大別して、基体２３０、サ
ーボモータ２３１、クサビ状移動体２３２、当接部材２
３３により構成される。

【００４４】サーボモータ２３１は、基体２３０に保持
されており、ネジ軸２３６が連結されている。

【００４５】クサビ状移動体２３２は、クサビ体２３４
と、これが固定される本体２３５からなり、本体２３５
には、ネジ軸２３６に螺合する雌ネジを有するネジブッ
シュ２３７が、ビス２３８により固定されている。

【００４６】クサビ状移動体２３２の本体２３５には、
基体２３０の底面上を往復動可能に設けられたリニアボ
ールベアリングのごとき摺動体２３９が設けられてお
り、また、ガイド孔２３５ａが設けられている。

【００４７】クサビ体２３４には、ネジ軸２３６の軸線
方向に対し所定の角度を有する傾斜面２３４ａが形成さ
れている。以上の構造により、サーボモータ２３１を回
転させると、クサビ状移動体２３２がネジ軸２６３の軸
線方向に移動し、傾斜面２３４ａもその方向に移動する
こととなる。

【００４８】当接部材２３３は、ブロック体からなり、
その一端面側には傾斜面２３４ａと密接する傾斜面２３
３ａが形成され、傾斜面２３３ａと反対の他端面側に
は、ネジ軸２３６の軸線と平行な平坦面２３３ｂが形成
されている。平坦面２３３に接して、Ｚステージ２３が
設置されている。また、当接部材２３３は、その側面が
基体２３０にＺ方向に摺動可能に支持された状態でクサ
ビ体２３４とほぼ対向する位置に配置されている。

【００４９】当接部材２３３が図の側方に飛び出すこと
を防止するための飛び出し防止手段２４０が設けられて
いる。飛び出し防止手段２４０は、クサビ状移動体２３
２のガイド孔２３５ａに摺動可能に支持されるピストン
２４１と、ピストン２４１の頭部であって当接部材２３
３に接触する接触部材２４２と、接触部材２４２を当接
部材２３３側に押圧すべくガイド孔２３５ａ内に収納さ
れるスプリング２４３とから構成されている。

【００５０】なお、図示はしないが、当接部材２３３の
上下動によりＺステージ２３が鉛直方向、すなわち、ネ
ジ軸２３６の軸線方向と直交する方向に円滑に移動し得
るように、例えば、Ｚステージ２３には、基体２３０に
摺動可能に設置されたガイド部材を有する。

【００５１】以上の構成の駆動機構による、Ｚステージ
２３の鉛直方向への移動動作を説明する。本実施形態で
は、Ｚステージ２３を機械的にできるだけ制御よく鉛直
方向に移動させるため、上記のようにクサビ状移動体２
３２を移動させる構成となっている。

【００５２】すなわち、例えば、サーボモータ２３１に
よりネジ軸２３６を回転させることで、ネジ軸２３６の
ネジピッチに応じて、クサビ状移動体２３２がネジ軸２
３６の軸線方向に移動することとなる。

【００５３】そして、クサビ状移動体２３２の傾斜面２
３４ａに接した当接部材２３３が、クサビ状移動体２３
２の移動ととともに、所定量だけ上下方向に移動するこ
ととなる。このとき、クサビ状移動体２３２の軸線方向
への移動量に対して、当接部材２３３の鉛直方向への移
動量は、クサビ状移動体２３２の傾斜面２３４ａ（ある
いは当接部材２３３の傾斜面２３３ａ）の傾きに応じ
て、所定の割合だけ小さくなる。

【００５４】従って、サーボモータ２３１は、１度未満
の単位で正確に回転できるように構成されているもので
あるが、当接部材２３３をサーボモータ２３１で直接移
動させる場合に比して、所定量だけ移動させるのに必要
なサーボモータの回転数を大きくすることができ、微細
移動における分解能が向上する。以上のようにして、Ｚ
ステージの機械的駆動が実現されている。

【００５５】除振台１０の上には、検査用ステージ２０
の上に位置するように光学ユニット３０が設置されてい
る。光学ユニット３０は、図２に示すように、除振台１
０上に設置された支持部材１１により支持された、高精
密および振動抑制のために高剛性をもつ部材で構成され
るコラム１２内に設置されている。光学ユニット３０
は、被検査基板の画像を可視光を用いて低分解能にて撮
像する機能と、被検査基板の画像を紫外光を用いて高分
解能にて撮像する機能とを兼ね備えている。

【００５６】次に、光学ユニットの光学系について、図
４を参照して詳細に説明する。

【００５７】図１および図４に示すように、光学ユニッ
ト３０は、可視光にて被検査基板の画像を撮像するため
の機構として、ハロゲンランプ３１と、可視光用光学系
３２と、可視光用対物レンズ３３と、可視光用ＣＣＤカ
メラ３４と、距離検出部３５を備えている。なお、ここ
では、距離検出部３５についての説明は後述するため省
略し、被検査基板を照明する光学系と、被検査基板を撮
像する光学系とについて、説明する。

【００５８】まず、可視光にて被検査基板の画像を撮像
する際は、ハロゲンランプ３１を点灯させ、ハロゲンラ
ンプ３１からの可視光が、光ファイバ３１０によって可
視光用光学系３２へ導かれる。ここで、可視光用光学系
３２は、２つのレンズ３２１，３２２により構成された
照明用光学系３２０を備えており、光ファイバ３１０に
よって可視光用光学系３２に導かれた可視光は、まず、
照明用光学系３２０へ入射する。

【００５９】そして、可視光用光学系３２へ入射した可
視光は、照明用光学系３２０を介してハーフミラー３２
３に入射し、ハーフミラー３２３によって可視光用対物
レンズ３３へ向けて反射され、可視光用対物レンズ３３
を介して被検査基板へ入射する。これにより、被検査基
板が可視光により照明される。

【００６０】そして、可視光により照明された被検査基
板からの反射光が、可視光用対物レンズ３３、ハーフミ
ラー３２３および撮像用レンズ３２４を介して可視光用
ＣＣＤカメラ３４に入射し、これにより、被検査基板の
拡大像が可視光用ＣＣＤカメラ３４によって撮像され
る。そして、可視光用ＣＣＤカメラ３４により撮像され
た被検査基板の画像は、画像処理部５０へ送られる。

【００６１】また、光学ユニット３０の内部には、紫外
光にて被検査基板の画像を撮像するための機構として、
紫外光レーザ光源４１と、紫外光用光学系４２と、紫外
光用対物レンズ４３と、紫外光用ＣＣＤカメラ４４と、
距離センサ４５と、圧電素子４６が配されている。な
お、ここでも、距離センサ４５および圧電駆動素子４６
を用いた焦点制御についての説明は後述するため省略
し、被検査基板を照明する光学系と、被検査基板を撮像
する光学系とについて説明する。

【００６２】紫外光にて被検査基板の画像を撮像する際
には、紫外光レーザ光源４１を点灯させ、紫外光レーザ
光源４１からの紫外光は、光ファイバ４１０によって紫
外光用光学系４２へ導かれる。ここで、紫外光用光学系
４２は、２つのレンズ４２１，４２２により構成された
照明用光学系４２０を備えており、光ファイバ４１０に
よって紫外光用光学系４２へ導かれた紫外光は、まず、
照明用光学系４２０に入射する。

【００６３】そして、照明用光学系４２０へ入射した紫
外光は、照明用光学系４２０を介してハーフミラー４２
３に入射し、ハーフミラー４２３によって紫外光用対物
レンズ４３へ向けて反射され、紫外光用対物レンズ４３
を介して被検査基板に入射する。これにより、被検査基
板が紫外光により照明される。

【００６４】そして、紫外光により照明された被検査基
板からの反射光が、紫外光用対物レンズ４３、ハーフミ
ラー４２３、および撮像用レンズ４２４を介して紫外光
用ＣＣＤカメラ４４に入射し、これにより、被検査基板
の拡大像が紫外光用ＣＣＤカメラ４４によって撮像され
る。そして、紫外光用ＣＣＤカメラ４４によって撮像さ
れた被検査基板の画像は、画像処理部５０へ送られる。

【００６５】上記の可視光用対物レンズ３３と紫外光用
対物レンズ４３は、具体的には、吸着プレート２４に対
して図５に示すように設置されている。すなわち、図５
に示すように、紫外光用対物レンズ４３は、ベースプレ
ート４０に圧電素子４６を介して支持されている。な
お、圧電素子４６には、後述するように連結部材４５ａ
を介して距離センサ４５が設けられている。また、可視
光用対物レンズ３３として、高倍率〜低倍率の各種の可
視光用対物レンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｃが、ベースプ
レート４０に設置されたレボルバ３３０に支持されてい
る。

【００６６】このように、上記の外観検査装置１におい
ては、可視光用の光学系と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被検査基板の検
査と、紫外光を用いた高分解能での被検査基板の検査と
の両方を行うことができるようになっている。

【００６７】上記の光学ユニット３０と検査用ステージ
２０の制御、および画像解析処理のため、光学ユニット
３０および検査用ステージ２０の各機器に接続して、画
像処理部５０および制御部６０が設けられており、さら
に入力部７０、表示部８０とが設けられている。

【００６８】画像処理部５０は、被検査基板を検査する
ときに、光学ユニット３０の内部に設置されたＣＣＤカ
メラ３４，４４により被検査基板を撮像した画像を取り
込んで、検査のために必要な所定の処理を行う。

【００６９】制御部６０は、後述するように、被検査基
板の検査を行う際に、被検査基板の被検査対象領域が、
光学ユニット３０の内部に設置されたＣＣＤカメラ３
４，４４により撮像されるように、検査用ステージ２
０、光学ユニット３０の各機器等を制御する。

【００７０】入力部７０は、画像処理部５０および制御
部６０に接続されており、例えば、画像処理部５０に対
してＣＣＤカメラ３４，４４から取り込んだ画像の解析
に必要な指示を入力し、制御部６０に対して検査用ステ
ージ２０、光学ユニット３０の内部の各機器等を制御す
るのに必要な指示を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。

【００７１】表示部８０は、画像処理部５０および制御
部６０に接続されており、例えば、ＣＣＤカメラ３４，
４４から取り込んだ画像の画像処理部５０による解析結
果等を表示し、制御部６０による被検査基板の検査時の
各種条件等を表示するためのものであり、例えば、ＣＲ
Ｔディスプレイや液晶ディスプレイ等からなる。

【００７２】なお、画像処理部５０と制御部６０は、そ
れぞれに設けられたメモリインターフェース５０ａ，６
０ａを介して互いに接続されており、互いにデータのや
り取りが可能となっている。

【００７３】ここで、制御部６０は、ステージ制御部６
１、光源制御部６２、圧電素子制御部６３とを有してい
る。

【００７４】ステージ制御部６１は、Ｘステージ２１、
Ｙステージ２２、Ｚステージ２３、吸着プレート２４に
接続されており、被検査基板の検査を行う際に、Ｘステ
ージ２１、Ｙステージ２２、Ｚステージ２３、吸着プレ
ート２４に制御信号を出力する。そして、当該制御信号
に基づいて、被検査基板を吸着プレート２４により固定
するとともに、被検査基板が所定の位置および高さとな
るように、Ｘステージ２１、Ｙステージ２２、Ｚステー
ジ２３を動作させる。また、ステージ制御部６１は、距
離センサ４５および距離検出部３５に接続されており、
後述するように距離センサ４５および距離検出部３５か
ら焦点位置からのズレ量を示す距離検出信号を入力し
て、当該距離検出信号に応じて、Ｚステージ２３の移動
量を制御する制御信号をＺステージ２３の駆動機構に出
力する。

【００７５】光源制御部６２は、ハロゲンランプ３１の
駆動源および紫外光レーザ光源４１に接続されており、
光源制御部６２からの制御信号に基づいて、ハロゲンラ
ンプ３１および紫外光レーザ光源４１の点灯および消灯
が行われる。

【００７６】圧電素子制御部６３は、距離センサ４５お
よび圧電素子４６に接続されており、距離センサ４５か
らの対物レンズ４５の焦点位置に対する被検査基板の位
置ずれを示す距離検出信号を入力し、当該検出距離に応
じて圧電素子４６が所望の伸縮量となるように制御信号
を出力する。

【００７７】次に、外観検査装置１の距離検出部３５の
構成について、図６を用いて説明する。なお、図６に
は、光学ユニット３０内の可視光用対物レンズ３３の自
動焦点位置合わせに必要となる光学系のみを示す。もっ
とも、この自動焦点位置合わせに必要となる光学系は、
図４に示した被検査基板の照明および撮像する光学系と
機械的干渉が生じないように、光学ユニット３０内に設
けられている。

【００７８】図６に示すように、距離検出部３５は、可
視光用対物レンズ３３と、レーザ光を出射するレーザダ
イオード３５１と、被検査基板により反射されたレーザ
光を受光するフォトディテクタ３５２と、レーザダイオ
ード３５１からの出射光と被検査基板２からの反射光と
の光路を分離するハーフミラー３５３と、レーザダイオ
ード３５１とハーフミラー３５３との間に設けられたナ
イフエッジ３５４と、ハーフミラー３５３と可視光用対
物レンズ３３との間に設けられたコリメータレンズ３５
５と、プリアンプ３５６とを有している。

【００７９】レーザダイオード３５１は、可視光のレー
ザ光を出射する。レーザダイオード３５１から出射され
たレーザ光は、ナイフエッジ３５４によりスポット形状
が半円状とされ、ハーフミラー３５３に入射する。ハー
フミラー３５３は、レーザダイオード３５１から照射さ
れたレーザ光を反射し、ハーフミラー３５３により反射
されたレーザ光は、コリメータレンズ３５５で平行光と
された後、可視光用対物レンズ３３に入射する。可視光
用対物レンズ３３は、平行光とされたレーザ光を集光し
て被検査基板２に照射する。

【００８０】被検査基板２上に形成されるレーザスポッ
トは、ナイフエッジ３５４が設けられているため、その
形状が半円形状となり、焦点位置のずれ量に応じてその
重心位置が線形的に移動していく。

【００８１】すなわち、被検査基板２上に形成されたレ
ーザスポットの形状は、ナイフエッジ３５４の影響から
半円状となる。図７に示すように、この被検査基板２上
に形成されたレーザスポットＬＳは、焦点位置Ｆと反射
面とが一致しているときには、スポットサイズが最も小
さくなる。そして、焦点位置Ｆから反射面が離れていく
ほど、そのスポットサイズが大きくなり、また、焦点位
置の前後で、合焦時のスポット位置を中心にその半円形
状が対称になっている。

【００８２】このようにして、被検査基板２に形成され
るレーザスポットは、焦点位置Ｆからのずれ量に応じ
て、その重心位置Ｇが線形的に移動していく。

【００８３】可視光用対物レンズ３３により集光された
レーザ光は、被検査基板２により反射され、再度、可視
光用対物レンズ３３、コリメータレンズ３５５を通過
し、ハーフミラー３５３に入射する。ハーフミラー３５
３は、被検査基板からの反射光を透過し、ハーフミラー
３５３を透過した反射光は、フォトディテクタ３５２に
照射される。

【００８４】フォトディテクタ３５２は、例えば、光検
出領域が複数の領域に分割され、受光したレーザスポッ
トの重心位置Ｇが検出できるようになっており、被検査
基板からの反射光を受光してその受光光量に応じた電気
信号に変換し、その電気信号をプリアンプ３５６に供給
する。このフォトディテクタ３５２の光検出領域上に形
成されるレーザスポットは、上述した被検査基板２上に
形成されるレーザスポットＬＳと同様に、焦点位置から
のずれ量に応じて、その重心位置が線形的に移動してい
く。

【００８５】プリアンプ３５６は、フォトディテクタの
各光検出領域からの電気信号の差分信号を求めることに
より、レーザスポットの重心位置を求め、可視光用対物
レンズ３３の焦点位置からの被検査基板のズレ量を示す
距離検出信号を生成する。

【００８６】ステージ制御部６１は、この距離検出信号
から、可視光用対物レンズ３３と被検査基板２との距離
を求め、この距離が可視光用対物レンズ３３の焦点距離
と一致するように、Ｚステージ２３を移動させ、被検査
基板の高さ位置を制御する。

【００８７】以上のようにして、可視光学系の焦点位置
合わせの制御が行われることとなる。

【００８８】次に、外観検査装置１の紫外光用の焦点合
わせ機構について説明する。

【００８９】上述したように、距離センサ４５が、紫外
光用対物レンズ４３に対して相対的な位置関係が固定さ
れて、光学ユニット３０内に設けられている。すなわ
ち、図５に示すように、距離センサ４５は、圧電素子４
６に連結部材４５ａを介して固定され、その高さ位置
（鉛直方向の位置）が、紫外光用対物レンズ４３とほぼ
同一の位置となるように設けられている。

【００９０】距離センサ４５は、紫外光用対物レンズ４
３と被検査基板２との間隔を検出し、この距離検出信号
を圧電素子制御部６３へ出力する。距離センサ４５とし
ては、例えば、静電容量型センサが用いられる。静電容
量型センサは、被測定物との間の静電容量を測定するこ
とにより、被測定物に接触することなく、当該センサと
被測定物との間の距離を測定することができる。この距
離検出信号は、あらかじめ焦点位置にある場合の静電容
量を目標値として算出しておくことにより、紫外光用対
物レンズ４３の焦点位置に対する被検査基板のずれ量の
指標となる。

【００９１】圧電素子制御部６３は、当該距離検出信号
を受けて、予め算出された目標値に近づくように、圧電
素子４６に所望の電圧を出力して、圧電素子４６を伸縮
させて、被検査基板２の検査対象面が紫外光用対物レン
ズ４３の焦点に一致するようにする。

【００９２】次に、上記の外観検査装置１を用いた検査
方法について、図８に示すフローチャートを用いて説明
する。まず、ステップＳＴ１において、動作させる前の
調整として、レボルバ３３０に搭載された可視光用対物
レンズ３３の中で高倍率のものを用いて、被検査基板２
を支持する吸着プレート２４を、Ｚステージ２３を用い
た焦点合わせ動作を行い、その焦点位置を基準位置とし
て固定する。そして、この基準位置において、圧電素子
４６が、そのストロークの中心にくるように、圧電素子
４６の支持位置を上下方向に調整しておく。

【００９３】次に、ステップＳＴ２において、ステージ
制御部６１によりＸステージ２１およびＹステージ２２
を駆動させて、被検査基板２を観察位置へＸＹ移動さ
せ、被検査基板２の検査対象領域が可視光用対物レンズ
３３の視野内に入るようにする。

【００９４】次に、ステップＳＴ３において、ステージ
制御部６１により、距離検出部３５からの焦点位置から
のずれ量を示す距離検出信号に応じて、Ｚステージ２３
を駆動させ、可視光用対物レンズ３３の自動焦点位置合
わせを行う。

【００９５】次に、ステップＳＴ４において、可視光用
ＣＣＤカメラ３４により被検査基板２の画像を撮像し、
撮像した可視画像を画像処理部５０へ送る。

【００９６】次に、ステップＳＴ５において、画像処理
部５０により所定の処理を行って被検査基板２に欠陥が
あるか否かの検査を行う。なお、ここでの処理は、例え
ば、予め欠陥がない場合の参照画像と比較することによ
り行う等、種々の処理が挙げられる。そして、欠陥が検
出できた場合には、当該欠陥を画像処理部５０あるいは
制御部６０に接続された不図示の記憶装置に保存して、
ここでの処理を終了する。

【００９７】一方、ステップＳＴ５で欠陥が検出できな
かった場合には、ステップＳＴ６以降へ進み、可視光よ
りも短波長の光である紫外光を用いた高分解能での撮像
を行って欠陥の検出を行う。

【００９８】その場合は、まず、ステップＳＴ６におい
て、紫外光用対物レンズ４３の自動焦点位置合わせを、
距離センサ４５からの距離検出信号に基づき、圧電素子
制御部６３により圧電素子に所定の電圧を印加して、圧
電素子を伸縮させることにより行う。

【００９９】次に、ステップＳＴ７において、紫外光用
ＣＣＤカメラ４４により被検査基板の画像を撮像し、撮
像した紫外画像を画像処理部５０に送る。

【０１００】次に、ステップＳＴ８において、画像処理
部５０により所定の処理を行って被検査基板２に欠陥が
あるか否かの検査を行う。なお、ここでの処理は、例え
ば、予め欠陥がない場合の参照画像と比較することによ
り行う等、種々の処理が挙げられる。そして、欠陥が検
出できた場合には、当該欠陥を画像処理部５０あるいは
制御部６０に接続された不図示の記憶装置に保存して、
処理を終了する。また、ステップＳＴ８で欠陥が検出で
きなかった場合には、欠陥がないことを示す情報を、画
像処理部５０あるいは制御部６０に接続された不図示の
記憶装置に保存して、処理を終了する。

【０１０１】以上のような手順により、まず、可視光用
ＣＣＤカメラ３４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被検査基板の検査を行い、可視
光での欠陥の検出ができなかった場合に、次に、紫外光
用ＣＣＤカメラ４４により撮像された画像を処理して解
析することで、高分解能にて被検査基板２の検査を行
う。このようにすることで、可視光だけを用いて欠陥の
検査を行う場合に比べて、より微細な欠陥の検出を行う
ことができる。

【０１０２】ただし、可視光を用いて低分解能にて撮像
した方が、一度に撮像できる領域が広いので、欠陥が十
分に大きい場合には、可視光を用いて低分解能にて被検
査基板の検査を行った方が効率が良い。従って、最初か
ら紫外光を用いて欠陥の検査を行うのではなく、最初に
可視光を用いて欠陥の検査を行うことで、より効率良く
被検査基板２の検査を行うことができる。

【０１０３】また、検査位置へのＸＹ移動と共に、焦点
合わせ動作を並列で動作させるトレース動作を行うこと
もできる。上記の外観検査装置１を用いたトレース動作
について、図９に示すフローチャートを用いて説明す
る。上述した例では、紫外光用ＣＣＤカメラ４４による
焦点位置合わせ動作を、圧電素子のみを用いて行った
が、トレース動作においては、Ｚステージ２３を用いた
焦点合わせ動作と、圧電素子４６を用いた焦点合わせ動
作を併用する。

【０１０４】動作させる前の調整として、レボルバ３３
０に搭載された可視光用対物レンズ３３の中で高倍率の
ものを用いて、被検査基板２を支持する吸着プレート２
４を、Ｚステージ２３を用いた焦点合わせ動作を行い、
その焦点位置を基準位置として固定する。そして、この
基準位置において、圧電素子４６が、そのストロークの
中心にくるように、圧電素子４６の支持位置を上下方向
に調整しておく。

【０１０５】そして、ステージ制御部６１によりＸステ
ージ２１およびＹステージ２２を駆動させるとともに以
下の動作を行う。

【０１０６】すなわち、まず、ステップＳＴ１１におい
て、距離センサ４５からの距離検出信号から、被検査基
板２が紫外光用対物レンズ４３の焦点位置にあるかどう
かが検出されて、焦点位置にある場合には、ステップＳ
Ｔ１５へ進み、紫外光用対物レンズ４３により被検査基
板の画像を撮像し、撮像した紫外画像を画像処理部５０
に送り、画像処理部５０により所定の処理を行って被検
査基板２に欠陥があるか否かの検査を行う（ステップＳ
Ｔ１６）。

【０１０７】ステップＳＴ１１において、焦点位置にな
い場合には、ステップＳＴ１２へ進み、距離センサ４５
により距離検出信号から検出される焦点位置からのずれ
と、予め設けたしきい値とを比較し、焦点位置からのず
れがしきい値以上の場合には、ステップＳＴ１３へ進
み、ステージ制御部６１により、距離センサ４５から入
力される距離検出信号に応じて、Ｚステージ２３を駆動
させ、紫外光用対物レンズ４３の焦点位置に近づける。

【０１０８】焦点位置からのずれがしきい値以下であっ
た場合、あるいは、上記のＺステージ２３の駆動により
焦点位置からのずれがしきい値以下となった場合には、
ステップＳＴ１４へ進み、紫外光用対物レンズ４３の自
動焦点位置合わせを、距離センサ４５からの距離検出信
号に基づき、圧電素子制御部６３により圧電素子に所定
の電圧を印加して、圧電素子を伸縮させることにより行
う。

【０１０９】以降のステップとしては、ステップＳＴ１
５において、紫外光用ＣＣＤカメラ４４により被検査基
板の画像を撮像し、撮像した紫外画像を画像処理部５０
に送り、画像処理部５０により所定の処理を行って被検
査基板２に欠陥があるか否かの検査を行う（ステップＳ
Ｔ１６）。

【０１１０】以上のように、検査位置へのＸＹ動作とと
もに、焦点合わせ動作を並列で動作させるトレース動作
において、焦点位置からのはずれ状態を示す信号にＺス
テージ２３あるいは圧電素子４６による駆動の切り替え
のためのしきい値を設け、それぞれステージ制御部６１
によるＺステージ２３を用いた焦点合わせ動作と、圧電
素子制御部６３による圧電素子４６を用いた焦点合わせ
動作を切り替えることで、凹凸のある被検査対象物であ
っても、高速なＸＹ動作に追従した高精度な焦点合わせ
を行うことができる。

【０１１１】上記の本実施形態に係る外観検査装置１で
は、上述したように、紫外光を用いた極低振動かつ高分
解能な微小移動が要求される焦点合わせ動作、および、
可視光を用いた低倍率で比較的粗い分解能での移動によ
る焦点合わせ動作を兼ね備えている。

【０１１２】すなわち、吸着プレート２４をＺステージ
２３を駆動させて鉛直方向へ移動させる際に、上述した
クサビ状移動体２３２を移動させて機械的に比較的精度
よくＺステージ２３を駆動させている。この機械的駆動
では、分解能は、圧電素子の駆動に比して粗いが長いス
トロークを高速で移動させることが可能となる。また、
機械的駆動を用いることにより、吸着プレート２４等が
大面積の基板を搭載し得る面積および重量を有していて
も、ほとんどこれに制限されることはない。

【０１１３】一方、焦点深度が非常に浅い紫外光用対物
レンズ４３の焦点合わせ動作のために、対物レンズ４３
とベースプレート４０との間に０．５〜１．０ｍｍ程度
のストロークを持つ圧電素子４６を組み込んでいる。従
って、部材大きさの制限、可搬重量の制限、大ストロー
クへの対応は困難であるが微細移動に有効な圧電素子４
６を、対物レンズ４３等のような小さくかつ重量の軽い
ものの駆動に使用することにより、上記の機械的駆動の
分解能では対応できない高分解能な微細移動を行うこと
ができる。

【０１１４】以上のように、ストロークは小さいが高分
解能な圧電素子４６による微細移動機構、および、分解
能は粗いが長いストロークを高速で移動可能なクサビ状
移動体２３２による機械的駆動機構を兼ね備えているこ
とで、長距離の焦点合わせ動作を高速で行うことがで
き、かつ、静定時間は限りなく０にすることができる。
その為、目的画像を取り込むためのタイムタクトを大幅
に短縮できる。

【０１１５】また、上記の２種類の駆動機構を備えてい
ることで、被検査基板を支持する吸着プレート２４を、
対物レンズ３３、４３の直下に配置する必要がなく、十
分な距離を保っていても構わない。従って、検査装置設
計の自由度を向上させることができる。

【０１１６】さらに、上述したように、観察視野内に入
る凹凸であれば、ＸＹ動作を行うとともに焦点合わせ動
作を行うトレース動作を行うこともできる。この場合
に、対物レンズを破損してしまうこともない。

【０１１７】本発明の外観検査装置は、上記の実施形態
の説明に限定されない。例えば、本実施形態において
は、極低振動かつ高分解能な微小移動を達成する駆動機
構として圧電素子を採用し、比較的分解能は粗いが長い
ストロークを高速で移動させる駆動機構としてクサビ状
移動体を用いた機械的駆動を採用したが、これに限られ
るものでなく、他に同様の機能を達成できるものがあれ
ば代替可能である。

【０１１８】また、本実施形態においては、紫外光用光
学系と可視光用光学系の２種類の光学系を搭載したもの
について説明したが、例えば、単一光学系のみを搭載さ
せて圧電素子にて上下移動させてもよい。また、本実施
形態においては、紫外光用対物レンズ４３のみを圧電素
子４６により駆動させることとしたが、例えば、レボル
バ３３０とベースプレート４０の間にも圧電素子を設け
て、可視光用対物レンズ３３をも圧電素子により上下駆
動可能としてもよい。また、本実施形態に係る外観検査
装置を用いた検査方法の一例について説明したが、例え
ば、紫外光のみの欠陥検査を行う等、他の検査方法を採
用することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々の変更が可能である。

【０１１９】

【発明の効果】本発明の外観検査装置によれば、焦点合
わせ動作を高速で行うことができ、従って、被検査基板
の拡大像を取り込むためのタイムタクトを短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る外観検査装置の構成図であ
る。

【図２】本実施形態に係る外観検査装置の要部斜視図で
ある。

【図３】Ｚステージの駆動機構の詳細を示す断面図であ
る。

【図４】外観検査装置の光学ユニットの光学系の一構成
例を示す図である。

【図５】可視光用対物レンズと紫外光用対物レンズの構
成例を示す図である。

【図６】外観検査装置の距離検出部の構成例を示す図で
ある。

【図７】外観検査装置の距離検出部による距離検出原理
を説明するための図である。

【図８】本実施形態に係る外観検査装置により被検査基
板を検査する際の手順の一例をフローチャートである。

【図９】本実施形態に係る外観検査装置により被検査基
板を検査する際の手順の他の例をフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１…外観検査装置、２…被検査基板、１０…除振台、１
１…支持部材、１２…コラム、２０…検査用ステージ、
２１…Ｘステージ、２２…Ｙステージ、２３…Ｚステー
ジ、２４…吸着プレート、３０…光学ユニット、３１…
ハロゲンランプ、３２…可視光用光学系、３３，３３
ａ，３３ｂ，３３ｃ…可視光用対物レンズ、３４…可視
光用ＣＣＤカメラ、３５…距離検出部、４０…ベースプ
レート、４１…紫外光レーザ光源、４２…紫外光用光学
系、４３…紫外光用対物レンズ、４４…紫外光用ＣＣＤ
カメラ、４５…距離センサ、４５ａ…連結部材、４６…
圧電素子、５０…画像処理部、５０ａ…メモリリンクイ
ンターフェース、６０…制御部、６０ａ…メモリリンク
インターフェース、６１…ステージ制御部、６２…光源
制御部、６３…圧電素子制御部、７０…入力部、８０…
表示部、２１１…Ｘサーボモータ、２１２…Ｘネジ軸、
２１３…Ｘガイドレール、２３０…基体、２３１…サー
ボモータ、２３２…クサビ状移動体、２３３…当接部
材、２３３ａ…傾斜面、２３３ｂ…平坦面、２３４…ク
サビ体、２３４ａ…傾斜面、２３５…本体、２３５ａ…
ガイド孔、２３６…ネジ軸、２３７…ネジブッシュ、２
３８…ビス、２３９…摺動体、２４０…飛び出し防止手
段、２４１…ピストン、２４２…接触部材、２４３…ス
プリング、３１０…光ファイバ、３２０…照明用光学
系、３２１，３２２…レンズ、３２３…ハーフミラー、
３２４…撮像用レンズ、３３０…レボルバ、３５１…レ
ーザダイオード、３５２…フォトディテクタ、３５３…
ハーフミラー、３５４…ナイフエッジ、３５５…コリメ
ータレンズ、３５６…プリアンプ、４１０…光ファイ
バ、４２０…照明用光学系、４２１，４２２…レンズ、
４２３…ハーフミラー、４２４…撮像用レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査対象物を所定の倍率で観察する拡大
レンズを備えた観察手段と、前記被検査対象物を支持し、前記拡大レンズに対する当
該被検査対象物の位置を所定の移動量で制御可能な支持
手段とを有し、前記観察手段は、前記被検査対象物に対する前記拡大レ
ンズの位置を前記支持手段の前記移動量よりも小さい移
動量で制御可能な駆動手段を有する外観検査装置。
【請求項２】前記駆動手段は、印加電圧に応じて所定量
だけ伸縮し、当該伸縮に応じて所定量だけ前記拡大レン
ズを移動させる圧電素子を有する請求項１記載の外観検
査装置。
【請求項３】前記支持手段は、前記被検査対象物を支持する支持部材と、前記支持部材を前記拡大レンズの方向へ移動させる第２
の駆動手段とを有する請求項１記載の外観検査装置。
【請求項４】前記第２の駆動手段は、前記支持部材の移動方向に対して垂直方向に移動し、当
該移動方向に対し所定の傾斜面を有するクサビ状移動体
と、前記クサビ状移動体の前記傾斜面に接する傾斜面を有
し、当該傾斜面の反対面において前記支持部材に接する
当接部材とを有する請求項３記載の外観検査装置。
【請求項５】前記観察手段は、前記拡大レンズとして紫
外光用対物レンズを有し、前記紫外光用対物レンズの焦点距離からの前記被検査対
象物の位置ズレ量を検出する第１の距離検出手段と、前記第１の距離検出手段により検出された焦点距離から
の位置ズレ量に応じて、前記駆動手段の移動量を制御す
る第１の制御手段とをさらに有する請求項１記載の外観
検査装置。
【請求項６】前記第１の制御手段は、前記第１の距離検
出手段により検出された焦点距離からの位置ズレ量が、
所定のしきい値よりも小さい場合に、当該位置ずれ量に
応じて前記駆動手段の移動量を制御する請求項５記載の
外観検査装置。
【請求項７】前記第１の距離検出手段により検出された
焦点距離からの位置ズレ量が、所定のしきい値よりも大
きい場合に、当該位置ずれ量に応じて前記支持手段の移
動量を制御する第２の制御手段をさらに有する請求項６
記載の外観検査装置。
【請求項８】前記観察手段は、可視光用対物レンズと、
前記可視光用対物レンズの焦点距離からの前記被検査対
象物の位置ズレ量を検出する第２の距離検出手段とをさ
らに有し、前記第２の制御手段は、前記第２の距離検出手段により
検出された焦点距離からの位置ズレ量に応じて、前記支
持手段の移動量を制御する請求項７記載の外観検査装
置。