JPS6244708A - 焦点合わせ機構 - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は、焦点合わせ技術、特に、半導体装置の製造に
おけるウェハ検査装置の焦点合わせ技術に適用して有効
な技術に関する。

［背景技術］ たとえば、半導体装置の製造においては、ウェハに形成
された半導体素子のパターン欠陥や異物の付着の有無な
どを検査するため、光学顕微鏡による外観検査が行われ
る場合がある。

この場合、検査の迅速化および自動化などのため、通常
光学ＷＩ微鏡の焦点を被測定物であるウェハの所定の部
位に自動的に一致させる、いわゆるオートフォーカス機
構が用いられる。

このようなオートフォーカス機構としては次のようなも
のが考えられる。

すなわち、光学顕微鏡の鏡筒全体またはウェハが載置さ
れる載置台を昇降テーブルに固定し、この昇降テーブル
をボールねし機構などを介してサーボモータなどによっ
て駆動させる構造のものである。

しかしながら、上記の構造のオートフォーカス機構にお
いては、構造が複雑化されたり、昇降テーブルに固定さ
れて駆動される鏡筒やｉ置台の重量のため、サーボモー
タによって駆動される系の慣性が大となることは避けら
れず、高速なオートフォーカス動作が行われる場合に、
昇降テーブルに固定された鏡筒やｉｆ！置台などが振動
され、焦点合わせの精度が低下されるという欠点がある
ことを本発明者は見いだした。

なお、ウェハの光学的な検査について説明されている文
献としては、株式会社工業調査会、昭和５７年１１月１
５日発行、［電子材料４１９８３年別冊、Ｐ２Ｏ４〜Ｐ
２Ｏ９がある。

［発明の目的］ １　　　　　　　　　本発明の目的は、光学系の焦点合
わせ操作を、簡単な構造で迅速かつ高精度に行うことが
可能な焦点合わせ技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細四の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 本願において開示される発明のうら代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、つぎの通りである。

すなわち、被測定物の位置を所定の光学系の光軸方向に
相対的に変位させることによって該光学系の焦点位置に
一致させる焦点合わせ機構の、前記被測定物の前記光学
系に対する相対的な変位が、印加される電界の強度に応
じて寸法が変化される電気−歪変換素子によって行われ
るように構成することにより、たとえば機械的な駆動部
を構成して前記被測定物の前記光学系に対する相対的な
変位を高速に行わせる際に発生される振動などに起因し
て焦点合わせの精度が低下されることが回避されるよう
にして、前記光学系の焦点合わせ操作が、簡単な構造で
迅速かつ高精度に行われるようにしたものである。

［実施例１］ 第１図は、本発明の一実施例である焦点合わせ機構が装
着されたウェハ外観検査装置の要部を説明する断面図で
ある。

図の左右方向および紙面に垂直な方向に移動自在なＸＹ
テーブルｌの上には、載置台２が固定され、このａ置台
２の上にはウェハ３（被測定物）が着脱自在に位置され
ている。

さらに、前記載置台２の上方には、軸がほぼ鉛直方向に
された鏡筒本体４が設けられ、この鏡筒本体４の内部に
は、対物レンズ５などのレンズ群からなる光学系が収容
されている。

そして、載置台２の上に位置されたウェハ３に形成され
たパターン３ａの像が前記対物レンズ５などのレンズ群
からなる光学系をへて鏡筒本体４の上方に設けられた撮
像素子６に結像され、撮像素子６に接続される画像処理
部７において電気的な信号に変換された後検査部８に伝
達され、たとえば所定の基準パターンの信号と比較する
操作などによって前記パターン３ａの欠陥や異物の付着
の有無などが判別されるものである。

この場合、前記鏡筒本体４において対物レンズ５が保持
される鏡筒下端部４ａは、電気−歪変換素子９を介して
鏡筒本体４に接続されており、駆動電源部ｌＯから電気
−歪変換素子９に印加される電圧の大きさに応じて電気
−歪変換素子９に発生される歪、すなわち上下方向の寸
法変化によって前記鏡筒下端部４ａに保持される対物レ
ンズ５が鏡筒本体４の内部の光学系の光軸方向に変位さ
れるように構成されている。

さらに、前記駆動電源部１０は焦点位置制御部１１に接
続されており、焦点位置制御部１１は前記画像処理部７
において、たとえば画像信号の強度を所定のしきい値と
比較することによって得られる情報に基づいて、対物レ
ンズ５のウェハ３に対する焦点位置のずれを算出し、こ
の焦点位置のずれを補正する方向に対物レンズ５が光軸
方向に変位されるように駆動電源部１０を介して電気−
歪変換素子９に発生される歪量を制御することによって
、対物レンズ５のウェハ３に対する焦点合わせ操作が行
われるように構成されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

はじめに、載置台２の上にウェハ３が位置され、ＸＹテ
ーブル１を適宜駆動させることによってウェハ３の所定
の部位に形成されたパターン３ａが鏡筒本体４の光軸上
に位置される。

そして、ウェハ３の所定の部位に形成されたパターン３
ａの像が対物レンズ５および鏡筒本体４の内部に収容さ
れた光学系をへて撮像素子６に結像され、画像処理部７
において電気的な信号に変換される。

この時、焦点位置制御部１１は、前記画像処理部７にお
いて得られるパターン３ａの画像に基づく電気的な信号
の強度を所定のしきい値と比較して対物レンズ５のウェ
ハ３に対する焦点位置のずれを算出し、この焦点位置の
ずれを補正する方向に対物レンズ５が変位されるように
駆動電源部ｌＯを介して電気−歪変換素子９に発生され
る歪量、すなわち光軸方向の寸法変化を制御し、迅速に
対物レンズ５の焦点位置にウェハ３が的確に位置され、
ウェハ３に形成されたパターン３ａの鮮明な像が撮像部
６に結像される。

そして、検査部８は、撮像素子６に結像された鮮明なパ
ターン３ａの像に基づいて画像処理部７において電気的
な信号に変換された情報によって、ウェハ３のパターン
３ａにおける欠陥や異物の付着の有無などが正確に判定
される。

以後、ＸＹテーブル■を逐次移動させ、前記の一連の操
作が操り返され、ウェハ３の各部に形成されたパターン
３ａの検査が正確に行われる。

このように、対物レンズ５のウェハ３に対する焦点合わ
せ操作が、対物レンズ５が保持される鏡筒下端部４ａと
鏡筒本体４との間に介在される電気−歪変換素子９に印
加される電圧の大きさに応じて発生される歪、すなわち
光軸方向の寸法変化によって、鏡筒下端部４ａが光軸方
向に変位されて行われる構造であるため、たとえば、機
械的な機構を設けることによって鏡筒本体４の全体を高
速に昇降させることによって焦点合わせ操作を行う場合
に発生される振動などに起因する精度の低下などが回避
され、簡単な構造で迅速かつ正確な鏡筒下端部４ａの変
位による対物レンズ５のウェハ３に対する焦点合わせ操
作が可能となる。

［実施例２］ ７Ｊ、２図は、本発明の他の実施例である焦点合わせ機
構が装着されるウェハ外観検査装置の断面図である。

本実施例においては、電気−歪変換素子９ａがＸＹテー
ブル１とウェハ３が位置される載置台２との間に介在さ
れ、駆動電源部１０から印加される電圧の大きさに応し
て電気−歪変換素子９ａに発生される歪、すなわち上下
方向の寸法変化によってＩＩＷ台２が鏡筒本体４の光軸
方向に変位されるように構成されているところが前記実
施例１と異なる。

この場合、前記実施例１と同様に、簡単な構造で迅速か
つ正確な載置台２の変位による対物レンズ５のウェハ３
に対する焦点合わせ操作が可能となるともに、光学系の
一部である対物レンズ５の他のレンズ群に対する位置関
係が変化されないため、光学系の倍率を一定に維持する
ことが可能となる。

［効果］ （１）、被測定物の位置を所定の光学系の光軸方向に相
対的に変位させることによって該光学系の焦点位置に一
致させる焦点合わせ機構の、前記被測定物の前記光学系
に対する相対的な変位が、印加される電界の強度に応じ
て寸法が変化される電気−歪変換素子によって行われる
構造であるため、たとえば機械的な駆動部を構成して前
記被測定物の前記光学系に対する相対的な変位を高速に
行わせる際に発生される振動などに起因して焦点合わせ
の精度が低下されることが回避でき、前記光学系の焦点
合わせ操作を、簡単な構造で迅速かつ高精度に行うこと
ができる。

（２）、電気−歪変換素子が、被測定物が載置される載
置台に設けられ、該被測定物が光学系の光軸方向に変位
されるように構成されていることにより、焦点合わせ操
作に起因する光学系の倍率変化が回避され、光学系の倍
率を一定に維持できる。

以上本発明台によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、電気−歪変換素子を鏡筒の各部に複数配設す
ることも可能である。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるウェハ外観検査装置
の焦点合わせ機構に適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、寸法測定装置等のウェ
ハ検査装置並びに光学系を有する装置に広く適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である焦点合わせ機構が装
着されたウェハ外観検査装置の要部を説明する断面図、 １　　　　　　　　　　第２図は、本発明の他の実施例
である焦点合わせ機構が装着されるウェハ外観検査装置
の断面図である。 ｌ・・・ＸＹテーブル、２・・・載置台、３・・・ウェ
ハ（被測定物）、３ａ・・・パターン、４・・・鏡筒本
体、４ａ・・・鏡筒下端部、５・・・対物レンズ、６・
・・撮像素子、７・・・画像処理部、８・・・検査部、
９，９ａ・・・電気−歪変換素子、１０・・・駆動電源
部、１１・・・焦点位置制御部。 ｒ） 代理人　弁理士　　小　川　勝　男″ 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物の位置を所定の光学系の光軸方向に相対的
   に変位させることによって該光学系の焦点位置に一致さ
   せる焦点合わせ機構であって、前記被測定物の前記光学
   系に対する相対的な変位が、印加される電界の強度に応
   じて寸法が変化される電気−歪変換素子によって行われ
   ることを特徴とする焦点合わせ機構。 ２、前記電気−歪変換素子が、前記光学系の鏡筒に設け
   られ、該光学系の対物レンズが光軸方向に変位されるよ
   うに構成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の焦点合わせ機構。 ３、前記電気−歪変換素子が、前記被測定物が載置され
   る載置台に設けられ、該被測定物が前記光学系の光軸方
   向に変位されるように構成されてなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の焦点合わせ機構。 ４、前記被測定物がウェハであり、前記光学系がウェハ
   検査装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の焦点合わせ機構。