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JP5240980B2 - Three-dimensional measuring device and inspection device - Google Patents

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JP5240980B2
JP5240980B2 JP2007155817A JP2007155817A JP5240980B2 JP 5240980 B2 JP5240980 B2 JP 5240980B2 JP 2007155817 A JP2007155817 A JP 2007155817A JP 2007155817 A JP2007155817 A JP 2007155817A JP 5240980 B2 JP5240980 B2 JP 5240980B2
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light receiving
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light
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治彦 楠瀬
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Lasertec Corp
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、試料表面の面内測定及び高さ方向の変位測定を行う3次元測定装置に関するものある。
さらに、本発明は、試料表面を検査する検査装置にも関するものである。
The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus that performs in-plane measurement of a sample surface and displacement measurement in the height direction.
Furthermore, the present invention relates to an inspection apparatus for inspecting a sample surface.

LSIの高密度化に伴い、デバイスの製造工程で用いられるマスクブランクスやガラス原版について高い平面精度が要求されている。例えば、マスクブランクスの表面に微細な凹凸やうねりが存在すると、半導体ウェハ上にパターンが正確に投影されず、デバイスの製造歩留りに悪影響を及ぼすおそれがある。また、レベンソン型の位相シフトマスクでは、位相シフタとしてガラス基板に100nm程度の深さの凹所がエッチングにより形成されており、この凹所の深さを正確に測定する必要がある。これら微細な凹所や段差並びに高さ方向の変位分布は、例えばマッハツエンダ型の干渉計により測定されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−241121号公報
With increasing density of LSI, high planar accuracy is required for mask blanks and glass original plates used in the device manufacturing process. For example, if there are fine irregularities and undulations on the surface of the mask blank, the pattern is not accurately projected on the semiconductor wafer, which may adversely affect the manufacturing yield of the device. In the Levenson-type phase shift mask, a recess having a depth of about 100 nm is formed in the glass substrate as a phase shifter by etching, and the depth of the recess needs to be accurately measured. These fine recesses and steps and the displacement distribution in the height direction are measured by, for example, a Mach-Zender interferometer (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-241121 A

干渉計は、試料表面の高さ方向の変位を位相差として検出するため、試料表面の数nm程度の微小な変位を検出することが可能である。しかしながら、干渉計は、光学系を構成する光学素子を高い取付け精度で取り付ける必要があり、その製造公差も微小であるため、製造性に難点がある。また、ノマルスキープリズムやマッハツエンダ型の干渉計の価格が高価であるため、干渉計が搭載された測定装置や検査装置の製造コストが高価になる欠点があった。
さらに、半導体ウェハの表面検査やマスクブランクスの検査には高いスループットが要求されているため、試料表面を高速で3次元測定できる検査装置の開発が強く要請されている。
Since the interferometer detects a displacement in the height direction of the sample surface as a phase difference, it is possible to detect a minute displacement of about several nm on the sample surface. However, the interferometer has a problem in manufacturability because it is necessary to mount the optical elements constituting the optical system with high mounting accuracy, and its manufacturing tolerance is very small. In addition, since the price of the Nomarski prism or Mach-Zender interferometer is expensive, there is a drawback that the manufacturing cost of the measuring device or inspection device on which the interferometer is mounted is high.
Furthermore, since high throughput is required for surface inspection of semiconductor wafers and inspection of mask blanks, development of an inspection apparatus capable of three-dimensional measurement of a sample surface at high speed is strongly demanded.

本発明の目的は、高速で試料表面を検査することができる3次元測定装置及び検査装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、干渉計を用いることなく、干渉計と同程度の高い分解能で試料表面を3次元測定でき、比較的安価に製造できると共に製造上の作業性も比較的容易な3次元測定装置を実現することにある。
An object of the present invention is to realize a three-dimensional measuring apparatus and an inspection apparatus that can inspect a sample surface at high speed.
Furthermore, another object of the present invention is to enable three-dimensional measurement of the sample surface with a resolution as high as that of the interferometer without using an interferometer, which can be manufactured at a relatively low cost and is easy to manufacture. Is to realize such a three-dimensional measuring apparatus.

本発明による3次元測定装置は、照明光を発生する光源、及び細長い開口部が形成されているスリットを有し、前記スリットからライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射したライン状の反射ビームを集光し、結像面上に前記スリットの像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、前記スリット像を形成するライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
前記光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報及び試料表面の2次元画像情報を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記結像面上に互いに平行に配置され、入射するライン状反射ビームの延在方向にそって配列された複数の受光素子をそれぞれ有する第1及び第2のラインセンサを有し
前記第1のラインセンサの受光素子と第2のラインセンサの受光素子は、その配列方向と直交する方向において互いに整列し、
前記信号処理回路は、前記第1及び第2のラインセンサの、受光素子の配列方向と直交する方向に互いに整列する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段及び加算信号を出力する手段を有し、差分信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報を出力し、前記加算信号に基づいて試料表面の2次元画像情報を出力することを特徴とする。
A three-dimensional measuring apparatus according to the present invention has a light source that generates illumination light, and a light source device that has a slit in which an elongated opening is formed, and generates a linear illumination beam from the slit ;
An illumination optical system that projects a linear illumination beam emitted from the light source device obliquely to the sample surface;
An imaging optical system that collects a linear reflected beam emitted from the sample surface and forms an image of the slit on the imaging surface;
A light detection means disposed on the imaging surface of the imaging optical system and receiving a line-shaped reflected beam forming the slit image ;
A stage for supporting the sample and moving the sample in a direction perpendicular to the extending direction of the linear illumination beam;
Comprising a signal processing circuit for outputting a two-dimensional image information in the height direction of the displacement information and the sample surface of the sample surface based on the output signal from said light detecting means,
The light detection means includes a first line sensor and a second line sensor that are arranged in parallel to each other on the imaging plane and each have a plurality of light receiving elements arranged along the extending direction of the incident line-shaped reflected beam. Have
The light receiving element of the first line sensor and the light receiving element of the second line sensor are aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction thereof,
The signal processing circuit outputs means for outputting a difference signal between output signals of light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors, and means for outputting an addition signal The displacement information in the height direction of the sample surface is output based on the difference signal, and the two-dimensional image information of the sample surface is output based on the addition signal.

本発明は、いわゆる「光テコ」の原理に基づいて試料表面の高さ方向の変位を測定する。試料表面が高さ方向に変位すると、ライン状の照明ビームにより形成されるスリット像は、試料表面の変位量に応じて、結像光学系の結像面上において一方向に変位する。そこで、本発明では、結像光学系の結像面上に2つのラインセンサを配置する。2つのラインセンサの各受光素子は、スリット像の変位方向と直交する方向に配列する。このようにラインセンサを配置すると、試料表面の高さ方向の変位に応じて一方の受光素子に入射する光量が増大し、他方の受光素子に入射する光量は低下する。よって、対応する2個の受光素子の出力信号間の差分信号を形成することにより、試料表面の高さ方向変位又は深さ方向の変位に対応した出力信号を得ることができる。また、対応する2個の受光素子の加算信号を形成することにより、試料表面の輝度情報が出力される。さらに、ラインセンサは、一方向に沿って多数の受光素子(例えば1024個の受光素子)が配列されているから、受光素子の位置情報を用いることにより、試料表面の高さ方向の変位分布及び2次元画像情報の両方が出力される。   The present invention measures the displacement in the height direction of the sample surface based on the principle of so-called “optical lever”. When the sample surface is displaced in the height direction, the slit image formed by the linear illumination beam is displaced in one direction on the imaging surface of the imaging optical system in accordance with the amount of displacement of the sample surface. Therefore, in the present invention, two line sensors are arranged on the imaging surface of the imaging optical system. The light receiving elements of the two line sensors are arranged in a direction orthogonal to the displacement direction of the slit image. When the line sensor is arranged in this way, the amount of light incident on one light receiving element increases according to the displacement of the sample surface in the height direction, and the amount of light incident on the other light receiving element decreases. Therefore, by forming a differential signal between the output signals of the two corresponding light receiving elements, an output signal corresponding to the height direction displacement or the depth direction displacement of the sample surface can be obtained. Further, luminance information on the sample surface is output by forming an addition signal of the corresponding two light receiving elements. Furthermore, since the line sensor has a large number of light receiving elements (for example, 1024 light receiving elements) arranged in one direction, the displacement distribution in the height direction of the sample surface and Both two-dimensional image information is output.

従って、ライン状の照明ビームにより試料表面を1回走査するだけで、試料表面の高さ方向の変位分布が出力されると共に2次元画像情報が出力されるので、高速で試料表面を検査することが可能である。この結果、高いスループットが要求される検査装置に有用な3次元測定装置が実現される。   Therefore, only by scanning the sample surface once with the line-shaped illumination beam, the displacement distribution in the height direction of the sample surface and the two-dimensional image information are output, so that the sample surface can be inspected at high speed. Is possible. As a result, a three-dimensional measuring apparatus useful for an inspection apparatus that requires high throughput is realized.

本発明による3次元測定装置の好適実施例は、第1及び第2のラインセンサは、前記結像光学系の結像面上に互いに直接隣接するように配置され、2つラインセンサの各受光素子は、ラインセンサの境界線をはさんで互いに対向するように配置されていることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention, the first and second line sensors are arranged so as to be directly adjacent to each other on the imaging surface of the imaging optical system. The elements are arranged so as to face each other across the boundary line of the line sensor.

本発明による3次元測定装置の別の好適実施例は、ステージの位置を検出するステージ位置検出手段を有し、前記ラインセンサの受光素子の位置情報及びステージ位置検出手段から出力されるステージ位置情報に基づいて試料表面のアドレス情報を出力し、当該アドレス情報と前記差分信号出力とに基づいて試料表面の高さ方向の変位分布を出力することを特徴とする。   Another preferred embodiment of the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention has stage position detecting means for detecting the position of the stage, and the position information of the light receiving element of the line sensor and the stage position information output from the stage position detecting means. Is output based on the address information, and a displacement distribution in the height direction of the sample surface is output based on the address information and the difference signal output.

本発明による3次元測定装置の別の好適実施例は、光源装置、照明光学系、結像光学系、及び光検出手段を支持部材上に保持し、当該支持部材には、試料ステージをその試料支持面と直交する方向に駆動する駆動機構を連結し、前記差分信号から焦点誤差信号を形成し、得られた焦点誤差信号に基づいて前記駆動機構を作動させてフォーカス制御を行うことを特徴とする。   In another preferred embodiment of the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention, a light source device, an illumination optical system, an imaging optical system, and a light detecting means are held on a support member, and a sample stage is placed on the sample on the support member. A drive mechanism that drives in a direction orthogonal to the support surface is connected, a focus error signal is formed from the difference signal, and the drive mechanism is operated based on the obtained focus error signal to perform focus control. To do.

本発明による検査装置は、試料表面を光学的に検査する検査装置であって、
照明光を発生する光源、及び細長い開口部が形成されているスリットを有し、前記スリットからライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射したライン状の反射ビームを集光し、結像面上に前記スリットの像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、前記スリット像を形成するライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
前記光検出手段からの出力信号に基づいて欠陥検出信号を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記結像面上に互いに平行に配置され、入射するライン状反射ビームの延在方向にそって配列された複数の受光素子をそれぞれ有する第1及び第2のラインセンサを有し、
前記第1のラインセンサの受光素子と第2のラインセンサの受光素子は、その配列方向と直交する方向において互いに整列し、
前記信号処理回路は、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の配列方向と直交する方向において互いに整列する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段と、差分信号を基準信号と比較する第1の比較手段と、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の配列方向と直交する方向において互いに整列する受光素子の出力信号の加算信号を出力する手段と、加算信号を基準信号と比較する第2の比較手段とを有し、前記第1の比較手段による比較結果及び第2の比較手段による比較結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする。
An inspection apparatus according to the present invention is an inspection apparatus that optically inspects a sample surface,
A light source that generates illumination light, and a light source device that has a slit in which an elongated opening is formed, and that generates a linear illumination beam from the slit;
An illumination optical system that projects a linear illumination beam emitted from the light source device obliquely to the sample surface;
An imaging optical system that collects a linear reflected beam emitted from the sample surface and forms an image of the slit on the imaging surface;
A light detection means disposed on the imaging surface of the imaging optical system and receiving a line-shaped reflected beam forming the slit image;
A stage for supporting the sample and moving the sample in a direction perpendicular to the extending direction of the linear illumination beam;
Comprising a signal processing circuit for outputting a defect detection signal based on the output signal from said light detecting means,
The light detection means includes a first line sensor and a second line sensor that are arranged in parallel to each other on the imaging plane and each have a plurality of light receiving elements arranged along the extending direction of the incident line-shaped reflected beam. Have
The light receiving element of the first line sensor and the light receiving element of the second line sensor are aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction thereof,
The signal processing circuit outputs a difference signal between output signals of the light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors, and the difference signal as a reference signal First comparison means for comparing, means for outputting an addition signal of output signals of light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors, and the addition signal as a reference And a second comparison means for comparing with the signal, and performing defect determination based on the comparison result by the first comparison means and the comparison result by the second comparison means .

本発明による検査装置は、試料表面の高さ方向の変位に対して数nm程度の高い分解能を有するので、マスクブランクスや半導体ウェハの表面を高精度に検査することが可能である。特に、積層型のLSIの製造に用いられるマイクロバンプの検査装置として高い有用性を有している。さらに、試料表面を1回走査するだけで、試料表面の高さ方向の変位分布及び2次元画像情報が出力されるので、試料を高速で検査することが可能になる。さらに、干渉計を用いることなく干渉計と同程度の高い分解能で検査できるので、製造コストが大幅に低減されると共に組み立て作業性も大幅に改善される。   Since the inspection apparatus according to the present invention has a high resolution of about several nanometers with respect to the displacement of the sample surface in the height direction, it is possible to inspect the surfaces of mask blanks and semiconductor wafers with high accuracy. In particular, it has high utility as an inspection device for micro bumps used in the manufacture of multilayer LSIs. Furthermore, since the displacement distribution and the two-dimensional image information in the height direction of the sample surface are output only by scanning the sample surface once, the sample can be inspected at high speed. Furthermore, since inspection can be performed with a resolution as high as that of the interferometer without using an interferometer, the manufacturing cost is greatly reduced and the assembling workability is also greatly improved.

本発明による検査装置において、信号処理回路は、さらに、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の配列方向と直交する方向において互いに整列する受光素子の出力信号の加算信号を出力する手段と、加算信号を基準信号と比較する第2の比較手段とを有し、前記第2の比較手段からの出力結果に基づいて欠陥判定を行う。本発明による検査装置では、対応する受光素子の出力信号の差分信号を形成することにより試料表面の高さ変位が検出され、対応する受光素子の出力信号の加算信号を形成することにより試料表面の2次元画像情報が出力される。よって、試料表面の高さ方向変位と共に試料表面の所定の位置に所定の部材が形成されているか否かも同時検査することが可能である。例えば、表面に多数のマイクロバンプが形成されている半導体ウェハを検査する場合、所定の高さのバンプが形成されているか否か検査できると共に各バンプが所定の位置に形成されているか否かも同時に検査することが可能である。 In the inspection apparatus according to the present invention , the signal processing circuit further includes means for outputting a sum signal of output signals of the light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors. And a second comparison means for comparing the addition signal with the reference signal, and the defect determination is performed based on the output result from the second comparison means. In the inspection apparatus according to the present invention, the height displacement of the sample surface is detected by forming a differential signal of the output signal of the corresponding light receiving element, and the sum signal of the output signal of the corresponding light receiving element is formed by forming the addition signal of the output signal of the corresponding light receiving element. Two-dimensional image information is output. Therefore, it is possible to simultaneously inspect whether or not a predetermined member is formed at a predetermined position on the sample surface along with the displacement in the height direction of the sample surface. For example, when inspecting a semiconductor wafer having a large number of micro bumps formed on the surface, it is possible to inspect whether or not bumps having a predetermined height are formed, and whether or not each bump is formed at a predetermined position at the same time. It is possible to inspect.

本発明による3次元測定装置では、試料表面をライン状の照明ビームで1回走査するだけで、試料表面の3次元形状情報及び2次元画像情報の両方を出力することが可能である。この結果、試料表面を高速で検査することが可能である。
また、干渉計を用いることなく、試料表面高さ方向の変位分布を数nmの分解能で検出することができるので、製造の作業性及び製造コストが大幅に低減した3次元測定装置及び検査装置が実現される。
In the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention, it is possible to output both the three-dimensional shape information and the two-dimensional image information of the sample surface only by scanning the sample surface once with a linear illumination beam. As a result, the sample surface can be inspected at high speed.
In addition, since the displacement distribution in the sample surface height direction can be detected with a resolution of several nanometers without using an interferometer, a three-dimensional measuring apparatus and inspection apparatus in which manufacturing workability and manufacturing cost are significantly reduced are provided. Realized.

図1は本発明による3次元測定装置の一例を示す線図である。照明光源1から出射した照明光を集光レンズ2を介してスリット3に向けて投射する。照明光源として、例えばキセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザ等を用いることができる。スリット3は、紙面と直交する方向に延在する幅5μm程度の細長い開口部3aを有する。よって、スリット3から、紙面と直交する方向(X方向とする)に延在するライン状の照明ビームが出射する。ライン状の照明ビームは、第1及び第2のレンズ4及び5を含む照明光学系を介して集束したライン状の照明ビームに変換され、試料6に斜めに入射する。試料表面に対する照明ビームの入射角度は、例えば45°に設定し、試料表面上におけるライン状照明ビームのビーム幅は、例えば5μmに設定する。   FIG. 1 is a diagram showing an example of a three-dimensional measuring apparatus according to the present invention. The illumination light emitted from the illumination light source 1 is projected toward the slit 3 through the condenser lens 2. As the illumination light source, for example, a xenon lamp, a mercury lamp, a halogen lamp, a laser, or the like can be used. The slit 3 has an elongated opening 3a having a width of about 5 μm extending in a direction perpendicular to the paper surface. Therefore, a linear illumination beam extending from the slit 3 in a direction orthogonal to the paper surface (X direction) is emitted. The line-shaped illumination beam is converted into a focused line-shaped illumination beam via an illumination optical system including the first and second lenses 4 and 5 and is incident on the sample 6 obliquely. The incident angle of the illumination beam with respect to the sample surface is set to 45 °, for example, and the beam width of the linear illumination beam on the sample surface is set to 5 μm, for example.

試料6はXYステージ7上に保持され、XYステージ7をX方向と直交するY方向にスキャンすることにより、試料6の表面は集束したライン状の照明ビームにより2次元的にスキャンされることになる。試料6の表面から出射したライン状の反射ビームは、対物レンズ8及び結像レンズ9を含む結像光学系を介してその結像面上に結像する。この結像面に光検出手段を配置する。従って、光検出手段の光入射面上にスリット3の開口部3aの像であるスリット像が形成される。本例では、光検出手段として、2つのラインセンサ10及び11を用いる。第1及び第2のラインセンサ10及び11は、ライン状反射ビームの延在方向、すなわちX方向に配列した複数(例えば、1024個)の受光素子を有し、互いに直接隣接するように配置する。従って、これらラインセンサは、その境界線が反射ビームの延在方向と一致し、その光入射面は結像光学系の結像面上に位置する。第1及び第2のラインセンサ10及び11の各受光素子は、ラインセンサの境界線を挟んで互いに対向し、i番目の受光素子はX方向の同一の位置に位置する。   The sample 6 is held on the XY stage 7, and the surface of the sample 6 is scanned two-dimensionally by the focused line-shaped illumination beam by scanning the XY stage 7 in the Y direction orthogonal to the X direction. Become. The line-like reflected beam emitted from the surface of the sample 6 forms an image on the image plane via an image forming optical system including the objective lens 8 and the image forming lens 9. The light detection means is arranged on this image plane. Therefore, a slit image, which is an image of the opening 3a of the slit 3, is formed on the light incident surface of the light detection means. In this example, two line sensors 10 and 11 are used as the light detection means. The first and second line sensors 10 and 11 have a plurality of (for example, 1024) light receiving elements arranged in the extending direction of the linear reflected beam, that is, the X direction, and are arranged so as to be directly adjacent to each other. . Therefore, the boundary line of these line sensors coincides with the extending direction of the reflected beam, and the light incident surface is located on the image forming surface of the image forming optical system. The light receiving elements of the first and second line sensors 10 and 11 face each other across the boundary line of the line sensor, and the i-th light receiving element is located at the same position in the X direction.

照明光源1から2つのラインセンサ10及び11に至る光路中に配置した光学素子は、支持部材12上に装着する。支持部材12は、ステージ7の試料支持面と直交する方向(Z軸方向)に延在する2本のレール(図示せず)に移動可能に支持されると共に、偏心カムとサーボモータを含む駆動機構13を連結する。サーボモータは、駆動回路14から供給される駆動信号により駆動され、後述する焦点誤差信号に応じてZ軸方向に変位する。従って、焦点誤差信号に基づいてフォーカス制御することにより、ライン状の照明ビームを試料表面上にトラッキングさせることができる。   The optical element disposed in the optical path from the illumination light source 1 to the two line sensors 10 and 11 is mounted on the support member 12. The support member 12 is movably supported by two rails (not shown) extending in a direction (Z-axis direction) orthogonal to the sample support surface of the stage 7 and includes an eccentric cam and a servo motor. The mechanism 13 is connected. The servo motor is driven by a drive signal supplied from the drive circuit 14, and is displaced in the Z-axis direction according to a focus error signal described later. Therefore, by performing focus control based on the focus error signal, it is possible to track the linear illumination beam on the sample surface.

XYステージ7には、XY駆動機構15が連結され、駆動回路から供給される駆動信号によりX及びY方向に移動する。従って、試料6は、ライン状の照明ビームにより2次元的に走査される。さらに、XYステージ7には、位置検出器16を設け、ステージのX方向及びY方向の位置が検出され、ステージ位置検出信号として信号処理回路に供給する。   An XY drive mechanism 15 is connected to the XY stage 7 and moves in the X and Y directions by a drive signal supplied from a drive circuit. Therefore, the sample 6 is scanned two-dimensionally by the line-shaped illumination beam. Further, the XY stage 7 is provided with a position detector 16 to detect the position of the stage in the X direction and the Y direction, and supply it to the signal processing circuit as a stage position detection signal.

図2は、2つのラインセンサ10及び11上に形成される反射ビームの形態(スリット像)を示す。本発明による3次元測定装置は、いわゆる「光テコ」の原理を利用して試料表面と直交する方向(試料表面の高さ方向及び深さ方向:Z軸方向)の変位を検出する。すなわち、図1において、試料6の表面が高さ方向又は深さ方向に変位すると、例えば試料表面に微小な凸部が存在したり、又は試料表面に微小な凹部が存在すると、当該部位から出射する反射ビームは、高さ方向の変位量に応じて変位し、スリット像は、2つのラインセンサの境界線と直交する方向に変位する。このスリット像の変位を図2A〜Cに示す。図2において、破線は反射ビームにより形成されるスリット像を示す。図2Aは、照明ビームが試料表面上にトラッキングしている状態を示す。この場合、反射ビームによるスリット像の中心は、2つのラインセンサの境界線20上に位置する。一方、試料表面が高さ方向に変位すると、スリット像は図1のb方向に変位し、光検出手段上には図2Bに示すように変位する。また、試料表面が深さ方向に変位すると、スリット像は図1のa方向に変位し、光検出手段上において図2Cに示すように変位する。従って、第1のラインセンサ10の受光素子10−iからの出力信号a-iと、対応する第2のラインセンサ11の受光素子11−iからの出力信号b-iとの差分信号(a-i−b-i)を検出することにより、試料表面の高さ情報を得ることができる。この場合、試料表面が凸状の場合と凹状の場合とでは、スリット像の変位方向が反転するため、差分信号の符号から凸状か凹状かを判定することができる。また、各受光素子の配列位置は、X方向の位置を示すので、受光素子の配列位置情報と差分出力とに基づき、試料表面の高さ方向の変位分布が出力される。     FIG. 2 shows the form (slit image) of the reflected beams formed on the two line sensors 10 and 11. The three-dimensional measuring apparatus according to the present invention detects the displacement in the direction perpendicular to the sample surface (the height direction and the depth direction of the sample surface: the Z-axis direction) using the so-called “optical lever” principle. That is, in FIG. 1, when the surface of the sample 6 is displaced in the height direction or the depth direction, for example, if a minute convex portion exists on the sample surface or a minute concave portion exists on the sample surface, the light is emitted from the portion. The reflected beam is displaced according to the amount of displacement in the height direction, and the slit image is displaced in a direction orthogonal to the boundary line between the two line sensors. The displacement of this slit image is shown in FIGS. In FIG. 2, a broken line indicates a slit image formed by the reflected beam. FIG. 2A shows the illumination beam tracking on the sample surface. In this case, the center of the slit image by the reflected beam is located on the boundary line 20 between the two line sensors. On the other hand, when the sample surface is displaced in the height direction, the slit image is displaced in the direction b in FIG. 1, and is displaced on the light detection means as shown in FIG. 2B. When the sample surface is displaced in the depth direction, the slit image is displaced in the direction a in FIG. 1, and is displaced on the light detection means as shown in FIG. Therefore, the difference signal (a) between the output signal a-i from the light receiving element 10-i of the first line sensor 10 and the output signal bi from the corresponding light receiving element 11-i of the second line sensor 11 By detecting -i-b-i), the height information of the sample surface can be obtained. In this case, since the displacement direction of the slit image is reversed between the case where the sample surface is convex and the case where it is concave, it can be determined from the sign of the difference signal whether it is convex or concave. Further, since the array position of each light receiving element indicates the position in the X direction, a displacement distribution in the height direction of the sample surface is output based on the array position information of the light receiving element and the difference output.

次に、試料表面の高さ方向変位に対する感度についてのシュミュレーション結果について説明する。図3Aは、2つのラインセンサの光入射面上に形成されるスリット像の光量プロファイルのシュミュレーション結果を示す。横軸は結像面上におけるスリット像の変位方向の相対位置を示し、縦軸は相対光量値を示す。シュミュレーションに用いたパラメータは以下の通りである。
スリット3の開口部の幅:5μm
照明光の波長:550nm
対物レンズの開口数(NA):0.13
横倍率:1
シュミュレーション結果を図3Aに示す。
Next, the simulation result about the sensitivity with respect to the height direction displacement of the sample surface will be described. FIG. 3A shows the simulation result of the light amount profile of the slit image formed on the light incident surfaces of the two line sensors. The horizontal axis indicates the relative position in the displacement direction of the slit image on the image plane, and the vertical axis indicates the relative light quantity value. The parameters used for the simulation are as follows.
Width of opening of slit 3: 5 μm
Illumination wavelength: 550 nm
Numerical aperture (NA) of objective lens: 0.13
Horizontal magnification: 1
The simulation result is shown in FIG. 3A.

図3Bは、受光素子の幅を5μmに設定した場合の理論的な感度域を示し、結像面におけるスリット像の変位量に対して第1のラインセンサの受光素子の出力a-iと第2のラインセンサの対応する受光素子の出力b-iとの差分値(a-i−b-i)の変化を示す。縦軸は差分値を相対光量として示し、横軸は光入射面上の相対位置を示す。差分値の正のピークから負のピークまでの距離は6.4μmであり、この範囲において、差分値は、ほぼ線形に変化している。従って、この感度域において試料表面の高さ方向の変位分布が測定可能である。尚、試料表面に対する照明ビームの入射角が45°の場合、6.4×(1/√2)
≒4.5μmとなり、試料表面の4.5μmにわたる高さ方向の変位が測定される。試料表面の高さ方向の変位と結像面上の変位との関係を図4に示す。尚、階調を10ビットに設定すると、分解能は、
4500nm÷1023≒4.4nmとなる。すなわち、nmオーダの分解能で試料表面の高さ方向の変位を測定することが可能である。
FIG. 3B shows a theoretical sensitivity range when the width of the light receiving element is set to 5 μm. The output ai of the light receiving element of the first line sensor and the first output with respect to the displacement amount of the slit image on the imaging surface. The change of the difference value (ai-bi) with the output bi of the corresponding light receiving element of 2 line sensors is shown. The vertical axis indicates the difference value as the relative light quantity, and the horizontal axis indicates the relative position on the light incident surface. The distance from the positive peak to the negative peak of the difference value is 6.4 μm. In this range, the difference value changes almost linearly. Therefore, the displacement distribution in the height direction of the sample surface can be measured in this sensitivity range. If the incident angle of the illumination beam on the sample surface is 45 °, 6.4 × (1 / √2)
≈4.5 μm, and the displacement of the sample surface in the height direction over 4.5 μm is measured. FIG. 4 shows the relationship between the displacement in the height direction of the sample surface and the displacement on the imaging plane. When the gradation is set to 10 bits, the resolution is
4500 nm ÷ 1023≈4.4 nm. That is, the displacement in the height direction of the sample surface can be measured with a resolution of the order of nm.

ここで、試料表面におけるX方向の位置情報はラインセンサの受光素子の配列位置により特定され、Y方向の位置情報はステージに設けた位置検出器16から出力される位置検出信号により特定され、高さ方向の変位は2つのラインセンサの受光素子の差分信号により特定される。従って、これらの出力情報を用いることにより、試料表面の3次元形状が測定される。   Here, the position information in the X direction on the sample surface is specified by the arrangement position of the light receiving elements of the line sensor, and the position information in the Y direction is specified by the position detection signal output from the position detector 16 provided on the stage. The displacement in the vertical direction is specified by the difference signal of the light receiving elements of the two line sensors. Therefore, the three-dimensional shape of the sample surface is measured by using these output information.

次に、試料表面の2次元画像について説明する。本発明では、X方向に延在するライン状の照明ビームを用い、ステージ7をY方向に移動させて試料表面を2次元的に走査する。この際、X方向の位置情報はラインセンサの受光素子の配列位置により特定され、Y方向の位置はステージ7の位置情報により特定される。従って、2つのラインセンサ10及び11の互いに対応する2つの受光素子加算出力(a-i+b-i)を輝度値とし、ラインセンサの受光素子の配列位置をX方向の位置座標とし、ステージの位置をY方向の位置座標とすることにより、試料表面の2次元画像が撮像される。試料表面の2次元画像は、例えば試料表面に異なる反射率の部材が存在する場合に有益な情報が得られる。例えば、半導体ウェハの表面上に金属配線やバンプが形成されている場合、2次元画像情報から金属配線やバンプの幅や形態を観察することができる。さらに、パターンマッチング法を利用することにより、バンプや金属配線が所定に位置に形成されているか否かも検査することができる。   Next, a two-dimensional image of the sample surface will be described. In the present invention, a linear illumination beam extending in the X direction is used, and the stage 7 is moved in the Y direction to scan the sample surface two-dimensionally. At this time, the position information in the X direction is specified by the arrangement position of the light receiving elements of the line sensor, and the position in the Y direction is specified by the position information of the stage 7. Accordingly, two light receiving element addition outputs (ai + bi) corresponding to each other of the two line sensors 10 and 11 are set as luminance values, the arrangement position of the light receiving elements of the line sensor is set as the position coordinate in the X direction, and the position of the stage. By using as the position coordinates in the Y direction, a two-dimensional image of the sample surface is captured. The two-dimensional image of the sample surface provides useful information when, for example, members having different reflectances exist on the sample surface. For example, when metal wiring and bumps are formed on the surface of a semiconductor wafer, the width and form of the metal wiring and bumps can be observed from the two-dimensional image information. Further, by using the pattern matching method, it is possible to inspect whether or not bumps or metal wirings are formed at predetermined positions.

さらに、対応する2つの受光素子の差分値から求められる高さ方向の変位量出力と2次元画像出力とを組み合わすことにより、試料表面の特性を含む3次元画像が測定される。   Furthermore, a three-dimensional image including the characteristics of the sample surface is measured by combining the displacement output in the height direction obtained from the difference value between the corresponding two light receiving elements and the two-dimensional image output.

図5は、試料表面の画像情報を出力する信号処理回路の一例を示すブロック図である。第1のラインセンサ10の各画素の出力信号は順次読み出され、前置増幅器31で増幅され、A/D器32によりデジタル信号に変換して減算器33及び加算器34にそれぞれ供給する。第2のラインセンサ11の各画素の出力信号も同様に順次読み出され、前置増幅器35で増幅され、A/D器36によりデジタル信号に変換して減算器33及び加算器34にそれぞれ供給する。減算器33において、第1のラインセンサの画素の出力信号と第2のラインセンサの対応する画素の出力信号との差分を形成し、差分値を第1の画像メモリ37に供給する。加算器34において、第1のラインセンサの画素の出力信号と第2のラインセンサの対応する画素の出力信号とが加算処理され、加算出力を第2の画像メモリ38に供給する。第1及び第2の画像メモリ37及び38には、2つのラインセンサの各画素の位置情報を出力するピクセルカウンタ39からの計数信号及びXYステージ7のY方向の位置情報を示すステージ位置カウンカ40からの計数信号も各画素のアドレス情報として供給する。   FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a signal processing circuit that outputs image information on the sample surface. The output signals of the pixels of the first line sensor 10 are sequentially read out, amplified by the preamplifier 31, converted into a digital signal by the A / D unit 32, and supplied to the subtracter 33 and the adder 34, respectively. Similarly, the output signal of each pixel of the second line sensor 11 is sequentially read out, amplified by the preamplifier 35, converted into a digital signal by the A / D unit 36, and supplied to the subtracter 33 and the adder 34, respectively. To do. The subtracter 33 forms a difference between the output signal of the pixel of the first line sensor and the output signal of the corresponding pixel of the second line sensor, and supplies the difference value to the first image memory 37. In the adder 34, the output signal of the pixel of the first line sensor and the output signal of the corresponding pixel of the second line sensor are added, and the added output is supplied to the second image memory 38. In the first and second image memories 37 and 38, a stage position counter 40 indicating a count signal from a pixel counter 39 that outputs position information of each pixel of the two line sensors and position information of the XY stage 7 in the Y direction. The count signal from is also supplied as address information for each pixel.

従って、第1の画像メモリ37には、試料表面の高さ情報又は深さ情報が各画素ごとに記憶され、第1の画像メモリ37から試料表面の3次元形状情報が出力される。また、第2の画像メモリ38には、試料表面の2次元輝度情報が各画素ごとに記憶され、第2の画像メモリ38から試料表面の2次元画像情報が出力される。
尚、各画素の高さ情報として、差分値(a-i−b-i)を用いたが、差分値を加算値で除算して正規化した差分値を用いることもできる。
Therefore, the height information or depth information of the sample surface is stored for each pixel in the first image memory 37, and the three-dimensional shape information of the sample surface is output from the first image memory 37. The second image memory 38 stores the two-dimensional luminance information of the sample surface for each pixel, and the second image memory 38 outputs the two-dimensional image information of the sample surface.
Although the difference value (ai-b-i) is used as the height information of each pixel, a difference value normalized by dividing the difference value by the added value can also be used.

本発明は、3次元測定装置として実現されるだけでなく、試料表面を検査するための検査装置としても実現可能である。以下、検査装置として利用する場合の信号処理回路の実施例について説明する。図6は、検査装置の信号処理回路の一例を示す線図である。尚、図5で用い構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。減算器33から順次出力される試料表面の高さ方向の変位量に相当する差分信号(a-i−b-i)を移動平均回路50に供給して高さ方向の移動平均を求め、その出力を差分検出回路51に供給する。減算器33の出力は差分検出回路51にも供給する。差分検出回路51は、高さ方向の変位の移動平均と各画素の高さ方向の位置と移動平均との差分を検出し、その出力を第1の比較器52に供給する。第1の比較器において、試料表面の高さ位置の移動平均と各画素の高さ位置との差が所定の閾値を超える場合、当該画素の部分は凹状又は凸状の欠陥があるものと判定し、欠陥メモリ53に記憶する。   The present invention can be realized not only as a three-dimensional measuring apparatus but also as an inspection apparatus for inspecting a sample surface. Hereinafter, an embodiment of a signal processing circuit when used as an inspection apparatus will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a signal processing circuit of the inspection apparatus. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the component same as the component used in FIG. A difference signal (ai-bi) corresponding to the displacement amount in the height direction of the sample surface sequentially output from the subtractor 33 is supplied to the moving average circuit 50 to obtain a moving average in the height direction. The output is supplied to the difference detection circuit 51. The output of the subtracter 33 is also supplied to the difference detection circuit 51. The difference detection circuit 51 detects the difference between the moving average of the displacement in the height direction and the position in the height direction of each pixel and the moving average, and supplies the output to the first comparator 52. In the first comparator, when the difference between the moving average of the height position of the sample surface and the height position of each pixel exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the pixel portion has a concave or convex defect. And stored in the defect memory 53.

欠陥メモリ53には、ピクセルカウンタ39から出力されるX方向の位置情報及びステージ位置カウンタ40から出力されるY方向の位置情報も供給する。従って、欠陥メモリ53には、検出された欠陥及びそのアドレスが記憶される。   The defect memory 53 is also supplied with position information in the X direction output from the pixel counter 39 and position information in the Y direction output from the stage position counter 40. Therefore, the detected defect and its address are stored in the defect memory 53.

減算器33の出力はローパスフィルタ54に供給して、試料表面の高さ方向の低周波成分を検出し、その出力を第2の比較器55に供給し、所定の閾値と比較し、閾値を超える場合欠陥と判定する。この欠陥判定出力も欠陥メモリ53に供給する。ローパスフィルタからの出力により、試料表面のうねりに相当する情報が出力されるので、ローパスフィルタの出力を閾値と比較して欠陥判定することにより、試料表面の比較的広い範囲にわたる緩やかに変位する欠陥情報が得られる。   The output of the subtractor 33 is supplied to the low-pass filter 54, the low frequency component in the height direction of the sample surface is detected, the output is supplied to the second comparator 55, and compared with a predetermined threshold value. If it exceeds, it is determined as a defect. This defect determination output is also supplied to the defect memory 53. Since the output from the low-pass filter outputs information corresponding to the waviness of the sample surface, the defect is judged by comparing the output of the low-pass filter with a threshold value to determine a defect over a relatively wide range of the sample surface. Information is obtained.

減算器33及び加算器34の出力信号を正規化回路56に供給し、各画素の正規化された高さ方向変位量(a-i−b-i)/(a-i+b-i)を検出する。正規化された高さ方向の変位量を第3の比較器において閾値と比較し、閾値を超えた場合欠陥と判定する。この場合、試料表面の微細な凹凸を欠陥として検出することができる。
尚、正規化回路56からの出力信号は、焦点誤差信号に相当するから、当該出力信号に基づいて光学系支持部材12をZ軸方向に駆動する駆動機構13の駆動信号を生成することができる。
The output signals of the subtractor 33 and the adder 34 are supplied to the normalization circuit 56, and the normalized height direction displacement amount (ai-bi) / (ai + bi) of each pixel is detected. To do. The normalized amount of displacement in the height direction is compared with a threshold value in the third comparator, and if the threshold value is exceeded, a defect is determined. In this case, fine unevenness on the sample surface can be detected as a defect.
Since the output signal from the normalization circuit 56 corresponds to the focus error signal, a drive signal for the drive mechanism 13 that drives the optical system support member 12 in the Z-axis direction can be generated based on the output signal. .

加算器34の加算出力はパターンマッチング回路58に供給する。パターンマッチング回路58には、基準画像発生器59から出力される当該試料表面の基準画像情報である基準画像信号も供給し、試料の2次元画像情報に相当する加算出力と基準画像情報との整合性を求める。得られた相関値を第4の比較器60に供給し、相関値が所定の閾値を超えた場合、欠陥と判定する。この欠陥検査により、試料表面の所定部位の所定のパターンが形成されているか否かが検出される。   The addition output of the adder 34 is supplied to the pattern matching circuit 58. The pattern matching circuit 58 is also supplied with a reference image signal that is reference image information of the sample surface output from the reference image generator 59, and matches the added output corresponding to the two-dimensional image information of the sample with the reference image information. Seeking sex. The obtained correlation value is supplied to the fourth comparator 60, and when the correlation value exceeds a predetermined threshold, it is determined as a defect. By this defect inspection, it is detected whether or not a predetermined pattern of a predetermined portion on the sample surface is formed.

上述した欠陥検査方法では、1つの試料における試料表面の高さ方向の変位及び2次元画像情報を所定の閾値と比較することにより、欠陥判定を行ったが、半導体ウェハのように、1つの試料中に多数の素子ないしチィップやダイが形成されている場合、ダイ対ダイ比較方式又はチィップ対チィップ比較方式により欠陥判定を行うことも可能である。さらに、データベースに記憶されている試料表面の設計情報との比較検査であるダイ対データベース比較検査により欠陥判定を行うことも可能である。例えば、ローパスフィルタからの出力信号又は正規化回路からの出力信号を比較検査の基準信号として用い、ダイ対ダイ又はチィップ対チィップ比較により欠陥判定することも可能である。   In the defect inspection method described above, defect determination is performed by comparing the displacement of the sample surface in the height direction and two-dimensional image information in one sample with a predetermined threshold value. When a large number of elements or chips or dies are formed therein, it is possible to perform defect determination by a die-to-die comparison method or a chip-to-chip comparison method. Furthermore, it is also possible to perform defect determination by die-to-database comparison inspection, which is a comparison inspection with design information on the sample surface stored in the database. For example, it is also possible to use the output signal from the low-pass filter or the output signal from the normalization circuit as the reference signal for comparison inspection, and determine the defect by die-to-die or chip-to-chip comparison.

本発明による検査装置は、例えば半導体ウェハの反りやフラットネスを検査するのに好適である。さらに、ウェハ表面に形成されるバンプの検査にも好適である。特に、本発明による3次元測定装置は、数nmの高さ方向分解能を有しているから、スタック型のLSIの製造に用いられるウェハ上に形成されるマイクロバンプを高分解能で高速で検査する検査装置として有効である。   The inspection apparatus according to the present invention is suitable for inspecting, for example, warpage and flatness of a semiconductor wafer. Furthermore, it is also suitable for inspection of bumps formed on the wafer surface. In particular, since the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention has a resolution in the height direction of several nanometers, it inspects micro bumps formed on a wafer used for manufacturing a stacked LSI at high speed and at high speed. It is effective as an inspection device.

図7は本発明による3次元測定装置又は検査装置の光学系の変形例を示す線図である。図1で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、結像光学系と光検出手段との間にビームスプリッタ70を配置する。このビームスプリッタ70は、柱状の三角プリズムを3個組み合わしたビームスプリッタで構成され、各三角プリズム71〜73は、頂角が90°の断面2等辺三角形のプリズムとする。試料表面からのライン状の反射ビームは、第1のプリズム71と第2のプリズム72との界面で一部が透過し、残りのビーム部分は反射する。透過したビーム成分は、第2プリズム72と第3のプリズム73との界面において一部が透過し、残りのビーム部分は反射する。結像光学系の結像面と共役な面上に第1のラインセンサ10及び第2のラインセンサ11をそれぞれ配置する。試料表面の高さ方向の変位に応じて、ラインセンサ10に形成されるスリット像は矢印a又はb方向に変位し、ラインセンサ11上に形成されるスリット像は矢印c又はd方向に変位する。従って、2つのラインセンサの互いに対応する受光素子間の出力信号の差分を検出することにより、試料表面の高さ方向の変位が測定され、また、互いに対応する受光素子の出力信号の加算値を検出することにより試料表面の2次元画像が形成される。   FIG. 7 is a diagram showing a modification of the optical system of the three-dimensional measuring apparatus or inspection apparatus according to the present invention. The same components as those used in FIG. 1 are described with the same reference numerals. In this example, the beam splitter 70 is disposed between the imaging optical system and the light detection means. The beam splitter 70 is constituted by a beam splitter in which three columnar triangular prisms are combined, and each triangular prism 71 to 73 is a prism having an isosceles triangular section with an apex angle of 90 °. A part of the line-like reflected beam from the sample surface is transmitted at the interface between the first prism 71 and the second prism 72, and the remaining beam part is reflected. A part of the transmitted beam component is transmitted at the interface between the second prism 72 and the third prism 73, and the remaining beam part is reflected. The first line sensor 10 and the second line sensor 11 are arranged on a plane conjugate with the imaging plane of the imaging optical system. In accordance with the displacement of the sample surface in the height direction, the slit image formed on the line sensor 10 is displaced in the direction of the arrow a or b, and the slit image formed on the line sensor 11 is displaced in the direction of the arrow c or d. . Therefore, by detecting the difference between the output signals between the corresponding light receiving elements of the two line sensors, the displacement in the height direction of the sample surface is measured, and the sum of the output signals of the corresponding light receiving elements is calculated. By detecting, a two-dimensional image of the sample surface is formed.

第1のプリズム71と第2のプリズム72との間の界面で反射し、第1のプリズムの光入射面71aで反射し、光出射面71bから出射した試料表面からの反射ビームの光路上にオートフォーカスの引き込み用の2個のフォトダイオード74a及び74bを配置する。これら2個のフォトダイオードは比較的大きな受光面積を有し、その差信号に基づいてフォーカス制御することができる。   Reflected by the interface between the first prism 71 and the second prism 72, reflected by the light incident surface 71a of the first prism, and reflected on the optical path of the reflected beam from the sample surface emitted from the light emitting surface 71b. Two photodiodes 74a and 74b for autofocus pull-in are arranged. These two photodiodes have a relatively large light receiving area, and focus control can be performed based on the difference signal.

本発明による3次元測定装置の光学系の構成を示す線図である。It is a diagram which shows the structure of the optical system of the three-dimensional measuring apparatus by this invention. 2つのラインセンサ上に形成されるスリット像の形態を示す線図である。It is a diagram which shows the form of the slit image formed on two line sensors. 2つのラインセンサ上に形成される光学像のフロファイルと理論感度を示すグラフである。It is a graph which shows the profile and theoretical sensitivity of the optical image formed on two line sensors. 試料表面の高さ方向の変位と反射ビームの変位との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the displacement of the height direction of a sample surface, and the displacement of a reflected beam. 本発明による3次元測定装置の信号処理回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal processing circuit of the three-dimensional measuring apparatus by this invention. 本発明による検査装置の信号処理回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal processing circuit of the test | inspection apparatus by this invention. 光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an optical system.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 集光レンズ
3 スリット
4 コリメータレンズ
5 照明レンズ
6 試料
7 ステージ
8 対物レンズ
9 結像レンズ
10 第1のラインセンサ
11 第2のラインセンサ
12 支持部材
13 駆動機構
14 駆動回路1
15 XY駆動機構
31,35 前置増幅器
32,36 A/D変換器
33 減算器
34 加算器
37,38 画像メモリ
39 ピクセルカウンタ
40 ステージ位置カウンタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Condensing lens 3 Slit 4 Collimator lens 5 Illumination lens 6 Sample 7 Stage 8 Objective lens 9 Imaging lens 10 1st line sensor 11 2nd line sensor 12 Support member 13 Drive mechanism 14 Drive circuit 1
15 XY drive mechanism 31, 35 Preamplifier 32, 36 A / D converter 33 Subtractor 34 Adder 37, 38 Image memory 39 Pixel counter 40 Stage position counter

Claims (5)

照明光を発生する光源、及び細長い開口部が形成されているスリットを有し、前記スリットからライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射したライン状の反射ビームを集光し、結像面上に前記スリットの像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、前記スリット像を形成するライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
前記光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報及び試料表面の2次元画像情報を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記結像面上に互いに平行に配置され、入射するライン状反射ビームの延在方向にそって配列された複数の受光素子をそれぞれ有する第1及び第2のラインセンサを有し、
前記第1のラインセンサの受光素子と第2のラインセンサの受光素子は、その配列方向と直交する方向において互いに整列し、
前記信号処理回路は、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の配列方向と直交する方向に互いに整列する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段及び加算信号を出力する手段を有し、差分信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報を出力し、前記加算信号に基づいて試料表面の2次元画像情報を出力することを特徴とする3次元測定装置。
A light source that generates illumination light, and a light source device that has a slit in which an elongated opening is formed, and that generates a linear illumination beam from the slit;
An illumination optical system that projects a linear illumination beam emitted from the light source device obliquely to the sample surface;
An imaging optical system that collects a linear reflected beam emitted from the sample surface and forms an image of the slit on the imaging surface;
A light detection means disposed on the imaging surface of the imaging optical system and receiving a line-shaped reflected beam forming the slit image;
A stage for supporting the sample and moving the sample in a direction perpendicular to the extending direction of the linear illumination beam;
A signal processing circuit for outputting displacement information in the height direction of the sample surface and two-dimensional image information of the sample surface based on an output signal from the light detection means,
The light detection means includes a first line sensor and a second line sensor that are arranged in parallel to each other on the imaging plane and each have a plurality of light receiving elements arranged along the extending direction of the incident line-shaped reflected beam. Have
The light receiving element of the first line sensor and the light receiving element of the second line sensor are aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction thereof,
The signal processing circuit includes means for outputting a difference signal between output signals of light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors, and means for outputting an addition signal. A three-dimensional measuring apparatus that outputs displacement information in the height direction of the sample surface based on the difference signal and outputs two-dimensional image information of the sample surface based on the addition signal.
請求項1に記載の3次元測定装置において、前記第1及び第2のラインセンサは、前記結像光学系の結像面上に互いに直接隣接するように配置され、2つラインセンサの各受光素子は、ラインセンサの境界線をはさんで互いに対向するように配置されていることを特徴とする3次元測定装置。   The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the first and second line sensors are arranged so as to be directly adjacent to each other on the imaging surface of the imaging optical system, and receive each light of the two line sensors. The three-dimensional measuring apparatus, wherein the elements are arranged so as to face each other across the boundary line of the line sensor. 請求項1又は2に記載の3次元測定装置において、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段を有し、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の位置情報及びステージ位置検出手段から出力されるステージ位置情報に基づいて試料表面のアドレス情報を出力し、当該アドレス情報と前記差分信号出力とに基づいて試料表面の高さ方向の変位分布を出力することを特徴とする3次元測定装置。   3. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, further comprising stage position detection means for detecting the position of the stage, from position information of the light receiving elements of the first and second line sensors and stage position detection means. Three-dimensional measurement characterized in that address information on the sample surface is output based on the output stage position information, and a displacement distribution in the height direction of the sample surface is output based on the address information and the difference signal output. apparatus. 請求項1、2又は3に記載の3次元測定装置において、前記光源装置、照明光学系、結像光学系、及び光検出手段を支持部材上に保持し、当該支持部材には、試料ステージをその試料支持面と直交する方向に駆動する駆動機構を連結し、前記差分信号から焦点誤差信号を形成し、得られた焦点誤差信号に基づいて前記駆動機構を作動させてフォーカス制御を行うことを特徴とする3次元測定装置。   4. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the light source device, the illumination optical system, the imaging optical system, and the light detection means are held on a support member, and a sample stage is attached to the support member. A drive mechanism that drives in a direction orthogonal to the sample support surface is connected, a focus error signal is formed from the difference signal, and the drive mechanism is operated based on the obtained focus error signal to perform focus control. Characteristic three-dimensional measuring device. 試料表面を光学的に検査する検査装置であって、
照明光を発生する光源、及び細長い開口部が形成されているスリットを有し、前記スリットからライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射したライン状の反射ビームを集光し、結像面上に前記スリットの像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、前記スリット像を形成するライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
前記光検出手段からの出力信号に基づいて欠陥検出信号を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記結像面上に互いに平行に配置され、入射するライン状反射ビームの延在方向にそって配列された複数の受光素子をそれぞれ有する第1及び第2のラインセンサを有し、
前記第1のラインセンサの受光素子と第2のラインセンサの受光素子は、その配列方向と直交する方向において互いに整列し、
前記信号処理回路は、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の配列方向と直交する方向において互いに整列する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段と、差分信号を基準信号と比較する第1の比較手段と、前記第1及び第2のラインセンサの受光素子の配列方向と直交する方向において互いに整列する受光素子の出力信号の加算信号を出力する手段と、加算信号を基準信号と比較する第2の比較手段とを有し、前記第1の比較手段による比較結果及び第2の比較手段による比較結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする検査装置。
An inspection apparatus for optically inspecting a sample surface,
A light source that generates illumination light, and a light source device that has a slit in which an elongated opening is formed, and that generates a linear illumination beam from the slit;
An illumination optical system that projects a linear illumination beam emitted from the light source device obliquely to the sample surface;
An imaging optical system that collects a linear reflected beam emitted from the sample surface and forms an image of the slit on the imaging surface;
A light detection means disposed on the imaging surface of the imaging optical system and receiving a line-shaped reflected beam forming the slit image;
A stage for supporting the sample and moving the sample in a direction perpendicular to the extending direction of the linear illumination beam;
Comprising a signal processing circuit for outputting a defect detection signal based on the output signal from said light detecting means,
The light detection means includes a first line sensor and a second line sensor that are arranged in parallel to each other on the imaging plane and each have a plurality of light receiving elements arranged along the extending direction of the incident line-shaped reflected beam. Have
The light receiving element of the first line sensor and the light receiving element of the second line sensor are aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction thereof,
The signal processing circuit outputs a difference signal between output signals of the light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors, and the difference signal as a reference signal First comparison means for comparing, means for outputting an addition signal of output signals of light receiving elements aligned with each other in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements of the first and second line sensors, and the addition signal as a reference and a second comparator means for comparing the signals, the inspection apparatus characterized by determining the defect based on the comparison result by the comparison result and the second comparison means by said first comparison means.
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