JPS61235808A - 自動焦点合せ方法及び装置 - Google Patents

自動焦点合せ方法及び装置

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JPS61235808A
JPS61235808A JP60076575A JP7657585A JPS61235808A JP S61235808 A JPS61235808 A JP S61235808A JP 60076575 A JP60076575 A JP 60076575A JP 7657585 A JP7657585 A JP 7657585A JP S61235808 A JPS61235808 A JP S61235808A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＬＳＩウェハなどの半導体素子回路パターン
の外観を検査する外観検査装置に係り、特に自動焦点合
せ方法と装置に関するものである。
〔発明の背景〕
ＬＳＩなどの集積回路は高集積化と小形化の傾向にある
。このような微細なパターンの形成は、その形成工程の
中で細心の注意を払ってもパターンに欠陥が発生するこ
とが多く、綿密な検査が必要である。初期の検査は、多
数の検査員によって顕微鏡を用いた目視により行われて
いたが、目が疲れ易く欠陥の見逃しが多く品質管理の点
で問題があった。このため製造１穆の自動化が望まれて
いるが、検査工程の自動化においては５まず焦点合せが
重要である。
自動焦点合せに関する技術は、主としてカメラのピント
合せに多数提案されている。例えば特開昭５８−９１４
０９号公報には、第１５図に示す構成が開示されている
。
即ち、光源１５により照明したウエノ・１上の回路パタ
ーンを対物レンズ４で高倍に拡大して光電変換器５上に
結像させ、光学像を電気信号に変換して欠陥判定を行う
。同時に光電変換器５と光学的に共役な平面の前後等し
い位置に配置した光電変換器１７ａ　、　１７ｂに同一
位置の回路バターｙ像が投影され、光電変換器出力を所
定の評価関数に基いて像のボケ量を２５ａ　、　２５ｂ
で求め、これらの評価値に基いて前ピン、合焦、後ビン
の各状態を判定している。
この技術を転用すればＬＳＩ等のパターン検査にも用い
ることが可能なようであるが、実際には検査対象と被写
体との相違に起因して種々の課題が生ずる。
検査対象であるＬＳＩパターンは通常１μｍ前後と非常
に微細であり、かつパターン自体が多層構造となってお
り、焦点合せのための特定点の位置により、著しく光学
系への入射光量が異なる。また高倍率に拡大した像を検
査対象とするため振動による影響が大ぎい。周囲の温度
環境により検査対象物の変形、検査対象物載置台の位置
決め精度が変動するため。常に焦点合せを行う必要があ
ること等が課題である。
〔発明の目的〕
本発明はＬ　Ｓ　Ｉ等の微細パターンに対し、自動的に
焦点合せを行うことのでとる装置及びその方法を提供す
るにある。
〔発明の概要〕
本発明では、検査対象の特定点に縞パターンヲＷ影ｔ、
、この縞パターンのコントラストを用いて焦点合せを行
う。そのコントラストは特定点から光学系に取り込んだ
先を２つの検出器で同時に撮偉し１両検出器より得られ
るコントラストが等しくなる位置を合焦点位置と定める
。
そして、この位置に結像する別の検出器により多層パタ
ーンの像を検出し検査に用いる。
検出器出力は、縞パターンの明るさ平均で割算すること
により正規化される。又、２つの検出器出力が同時に得
らすることから、それらの差に対し正規化演算を行うこ
とにより演算精度を向上する構成とする。
焦点ずれの方向を知得可能とするため、２つの検出器出
力の差な正規化した後に焦点合せを行う。
コントラストの算出は、検出器のオフセットの影響を無
くすために、検出器出力の差の振幅及び位相を求めろこ
とにより行う。
〔発明の実施例〕
以下１本発明の実施例を第１図から第１１図を用いて説
明する。
第１１ｆｌは本発明の自動焦点合せ装置の一実施例を示
す図である。水銀灯などの光源１５により照明したウェ
ハ１上の回路パターンを対物レンズ４で高倍に拡大して
光電変換器５上に結像させ、光学儂を電気信号に変換し
て欠陥判定に用いる。その照明光路中の１部に、光な透
過する部分と遮光する部分からなる平面パターン１４を
挿入し、光源１５で照明することによってウェハｌ上に
明暗のパターンを投影する。この投影された明暗パター
ンは照明光の当っているところと当っていないところに
対応し、ウェハのもつ回路パターンよりも鮮明なパター
ン像となる。
回路パターン上のこの投影パターンを光電変換器１７ａ
　、　１７ｂにより検出する。この光電変換器１７ａ　
、　１７ｂは１回路パターンを検出する光電変換器５の
光軸上前後に等しい距離に配置してあり、同期して作動
させる。
投影した明暗パターンとウェハの回路パターンを検出す
る光電変換器としてリニアイメージセンサを用い、投影
パターンＩ４として白黒の縞パターンを用いた場合の例
を第２図に示す。検査対象上を互いに直交して配線され
る回路パターンの妨害作用を避けるため１回路パターン
検出視野と異なる位置に平行縞パターンを４ｆ傾けて投
影し、これを縞パターン検出用リニアイア１−ジセンサ
で検出する。縞パターンは１回路パターン検出視野に重
ならないように、中央部は光を透過する構成とする。な
お、縞パターンの傾きは任意でよく、投影パターンが回
路パターンによって最も影響を受けにくい位置に配置す
る。
第１図において、投影された縞パターンをリニアイメー
ジセンサ１７ａ　、　１７ｂを用いてハーフミラ−１６
を介して撮像すると、ウェハが合焦点位置、即ち回路パ
ターンがリニアイメージセンサ１７ａ　、　１７ｂの光
軸ト中点く結像するときは。
イメージセンサＬ７ａ　、　１７ｂの出力が一致する。
何故ならば、２つのリニアイメージセンサ１７ａ。
１７ｂはウェハ上の同一位置を同一タイミングで撮像し
ているため、完全に同じ回路パターン及び縞パターンを
、撮像することになり、また光源１５にちらつきなどが
存在しても２つのイメージセンサ１７ａ　、　１７ｂに
共通に寄与するからである。
従って、リニアイメージセンサ１７ａ　、　１７ｂの出
力を増幅器１８ａ　、　１８ｂを介して引算器１９によ
り差を計算し、この差が零となるようにウェハのＺ移動
機構２３のドライバ２２を制御すれば焦点合せが可能と
なり１回路パターン検出用リニアイメージセンサ５は常
時明瞭な画像を検出できる。本構成忙よれば、従来技術
の問題は完全に解決が可能である。
しかし、実際にはリニアイメージセンサ１７ａ。
１７ｂの出力が等しくなる位置に２移動させようとする
と、リニアイメージセンサ出力が完全に一致するのはリ
ニアイメージセンサのもつ雑音などによりほとんど無い
から、ウェハの２移動機構２３は合焦点近傍にあるにも
かかわらず絶えず上方か下方に移動することを要求され
、ウェハが振動してしまう。これは、ウェハの２移動機
構として非常圧小さいピッチの移動を可能にしてやれば
ウェハの振動は問題にならないが。
焦点合せのスピードが遅くなり応答性が新たな問題とな
ってくる。そこで、応答性を重視し。
かつウェハの振動の問題を解決するために、不感帯の概
念を導入する。この例を第３図に示す。
合焦点位置の上下にＺｗの幅の不感帯を設け、ウェハの
表面が上方に移動し、　２ｗ７２以上上方に焦点がずれ
た場合には、下方にＺ移動させ、　−Ｚｗ７２以上下方
に焦点がずれた場合には上方に２移動させる。これによ
り、ウニノーの振動を防止することができる。この不感
帯の幅Ｚｗが焦点合せ精度に相当する。
第４図に、実際のイメージセンサ１７ａ　、　１７ｂの
出力の例を示す。検出器のオフセットの影響を除くため
にコントラストＣとして図示の振幅をとる。このコント
ラストＣは検査するウニノ・の種類により、又、チップ
上の位置によりウェハが合焦点位置にあるにもかかわら
ず第５図（ａ）。
（ｂ）に示すように変化する。この際の変化量は第４図
のＣよりは少ない。これは、縞ノ（ターン１４が、投影
されるチップ上の回路）（ターンの材質に依存して明暗
の度合いが異なることが原因であり、このため、第６図
のように引算器１９の出力から求めたコントラストは反
射率の違いによってばらついてしまう、この引算器１９
の出力から求めたコントラストがばらつくことは、引算
器１９の出力から求めたコントラストに設定した焦点合
せ精度±Ｚｗ／２に相当する第７図に図示する不感帯〜
が、ウェハの糧類、チップ上の位置によって２位置換算
でＺＷＢ　（：ＺＷ　’）あるいはＺＷＡとなって、焦
点合せ精度のばらつきを招くことを意味する。特に０反
射率の低い材質により回路パターンが構成されている所
では、　ＺＷＡ＞ＺＷＢとなりその場所で焦点合せ精度
が劣化してしまう。従って、ウニノ・の種類、チップ上
の場所によらず高精度に焦点合せを行うには、第１図の
引算器１９の出力を正規化する必要がある。
第１図において。平均値回路２４と割算器２０は焦点合
せ精度を均一に保つための正規化を行う回路である。一
般に１反射率の高い材質と低い材質を撮像した場合では
、リニアイメージセンサ１７の出力は第８図に示すよう
になり１反射率の高い材質の方がコントラストＣＡが大
きく、また明るさ平均貼も大きいという現象がみられる
。
これは。
ＣＡ　　μＡ ＣＢ　　μＢ と表現できる。従って、平均値回路２４により一方のリ
ニアイメージセンサの出力の平均値μヶ求め１割算器２
０により引算器１９の出力を割ることによって正規化す
ると、第９図に示すように反射基の違いの影響を受けな
いコントラストカーブが得られ、ウニノーの種類、材質
に影響を受けない高精度の自動焦点合せができる。第１
図に示すようにコントラスト計算は実際には最後に１度
だけ行い、コントラスト算出回路２１により割算器２０
の出力の振幅及び位相を求め、これによりウェハの２移
動機構を制御する。第１０図に割算器２０の出力例を示
す、コントラスト算出回路２１は、この出力よりコント
ラスト２６　、２７を求め、その大小関係と位相により
合焦判定を行う。
以上、多種類の材質からなる多層パターンを対象とした
自動焦点合せ装置の例を説明した。
第１図は、特に焦点合せ精度に関し、対象とするウェハ
の材質の影響、パターン密度の影響。
コントラスト計算の演算誤差などが混入しないように配
慮した構成となっており、応答性を損なわず高い焦点合
せ精度が実現できる。
また、第９図に示すように正規化演算により得られるコ
ントラストカーブを記憶しておけば。
合焦判定ができるだけでなく合焦点位置ＺＯまでのずれ
量を知ることができる。従って、ずれ量だけＺ移動機構
によりウェハを上下に移動させれば非常に高速に焦点合
せができる。
最後に、第１１図に縞パターンの別の例を示す。
第１１図は２ａ！類の線幅と間隔の縞パターンな組み合
せた例である。間隔のせまい縞パターンによる投影パタ
ーン２８は微妙な焦点はずれによってぼけやすく焦点合
せ精度が高いが、焦点合せ範囲は狭い、一方１間隔の広
い縞パターンによる投影パターン２９は焦点はずれによ
ってぼけに＜＜、焦点合せ精度は落ちるが焦点合せ範囲
は広くなる。従って、この２８類の縞パターンを組み合
せ合焦点位置Ｚｏから大きくずれている場合には投影パ
ターン２９から求めたコントラストを用い７合焦点位置
Ｚｏ近辺にある場合には投影パターン２８から求めたコ
ントラストを用いるなどの方法によれば焦点合せ精度を
劣化させることなく、焦点合せ範囲な広げることが可能
である。
〔発明の効果〕
以上説明しかように、本発明によればウエハノ種類、チ
ップ上の位置によらず高精度なパターン検出が可能であ
り、具体的には反射率などが異なる多種類の材賞からな
るウェハに高精度に自動焦点合せができる。
本発明にＪ：ｎ、Ｔ、ＳＩウェハの多層パターンか高精
度に検出でき、その外観検査を自動化することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
坑１図は本発明の実施例を示す図、第２図は縞パターン
の例を示す図、第３図は不感帯の説明図、第４図はコン
トラストの説明図。第５図はコントラストのばらつきの
１例を示す図、第６図、第７図はコントラストカーブの
１例を示す図、第８図はコントラストの１例を示す図。 第９図は正規化したコントラストカーブの１例を示す図
、第１Ｏ図は割算器の出力例を示す図。 第１１図は他の縞パターンの１例を示す図である。 １・・・ＬＳＩウェハ、　　２・・・チップ３５．１７
・・・光電変換器。 １９・・・引算器、　　　　　　２０・・・割算器。 ２１・・・コントラスト算出回路。 ２２・・・ドライバ、２３・・・Ｚ移動機構。 ２４・・・平均値回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、光を透過する部分と遮光する部分からなる平面パタ
    ーンを被写体に投影し、光学系により予定焦点面に形成
    される前記投影パターンを、前記予定焦点面またはそれ
    と共役な面の前後に配置した２つの光電変換器で撮像し
    、光電変換器出力の差が零となるように被写体を移動さ
    せることを特徴とする自動焦点合せ方法。 ２、光を透過する部分と遮光する部分からなる平面パタ
    ーンを被写体に投影する手段と、投影パターンを撮像す
    るために光学系の予定焦点面またはそれと共役な面の前
    後に配置した２つの光電変換器と、被写体を移動させる
    移動機構を有し、２つの光電変換器で投影パターンを検
    出してその差が零となるように被写体を移動させること
    を特徴とする自動焦点合せ装置。 ３、２つの光電変換器出力の差をいずれかの光電変換器
    出力の平均値で割ることによって正規化することを特徴
    とする特許請求範囲第１項記載の自動焦点合せ方法。 ４、２つの光電変換器出力の差をいずれかの光電変換器
    出力の平均値で割る手段を有し、光電変換器出力を正規
    化することを特徴とする特許請求範囲第２項記載の自動
    焦点合せ装置。 ５、投影パターンを周期的な縞パターンとし、２つの光
    電変換器出力の差から振幅と位相を求め、これにより焦
    点状態を判断して焦点合せを行うことを特徴とする特許
    請求範囲第１項記載の自動焦点合せ方法。 ６、投影パターンを周期的な縞パターンとし、２つの光
    電変換器出力の差から振幅と位相を求める手段を有し、
    これにより焦点状態を判断して焦点合せを行うことを特
    徴とする特許請求範囲第２項記載の自動焦点合せ装置。 ７、２つの光電変換器出力の差に不感帯を設け、被写体
    の振動を防止したことを特徴とする特許請求範囲第１項
    記載の自動焦点合せ方法。 ８、２つの光電変換器出力の差に不感帯を設ける手段を
    有し、被写体の振動を防止したことを特徴とする特許請
    求範囲第２項記載の自動焦点合せ装置。 ９、２つの光電変換器出力の差をいずれかの光電変換器
    出力の平均値で割ることによって得られる正規化した振
    幅及び位相と焦点はずれの関係を記憶しておき、これを
    参照して合焦点位置までのずれ量を算出することを特徴
    とする特許請求範囲第５項記載の自動焦点合せ方法。 １０、２つの光電変換器出力の差をいずれかの光電変換
    器出力の平均値で割ることによって得られる正規化した
    振幅及び位相と焦点はずれの関係を記憶する手段を有し
    、記憶した振幅及び位相を参照して合焦点位置までのず
    れ量を算出することを特徴とする特許請求範囲第６項記
    載の自動焦点合せ装置。 １１、投影パターンをライン＆スペースの異なる２種類
    以上の縞パターンにより構成したことを特徴とする特許
    請求範囲第１項記載の自動焦点合せ方法。 １２、投影パターンをライン＆スペースの異なる２種類
    以上の縞パターンにより構成したことを特徴とする特許
    請求範囲第２項記載の自動焦点合せ装置。
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