JPH02157608A - ダンパー装置 - 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】 〔概要〕 焦点調整方法に関し、 光軸方向の焦点を容易に合わすことのできる焦点調整方
法を提供することを目的とし、微細パターンを有する試
料に対して照明用対物レンズを介して線状の光ビームを
照射し、該光ビームによる微細パターンの像を検知側対
物レンズを介して検知するとともに、試料に対する各対
物レンズの焦点を調整するに際して、試料の位置、照明
用対物レンズの光軸方向、検知側対物レンズの光軸方向
のうち少なくとも１つ以上を変える焦点調整方法におい
て、前記試料の位置に、該試料に代えて所定の厚さの透
明膜を有する焦点検出用試料を置き、焦点用検出試料に
対して照射された光ビームの反射光の干渉に基づき前記
照明用対物レンズあるいは検知側対物レンズのうち少な
くとも１つ以上をその光軸方向に移動させて試料に対す
る焦点を調整するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、焦点調整方法に係り、詳しくは、微細パター
ンの三次元形状をライン状の光ビームを用いて検知する
パターン検査装置等に適用される焦点調整方法に関する
。

半導体の技術分野ではＬＳＩの配線パターンの微細化、
高密度化に伴い、導体配線の三次元形状を検査する要求
が高まっている。特に、ＩＣの導体形状はサブミクロン
以下となりつつある。このような分野では、もはや、人
間の目視による外観検査が不可能となり、検査の自動化
とともに高速化が望まれている。そのため、光ビームを
用いて外観検査を行うことが考えられているが、微細パ
ターン故に焦点合わせが重要となっている。

〔従来の技術〕

従来、ＩＣあるいはＬＳＩ等の微細パターンを検査する
ために、スポット状の光ビームを用いて被検査対象上に
結像させ、これを二次元に走査させて検査するパターン
検査装置が用いられている。

しかし、この装置では微小な光スポットをＸ軸、Ｙ軸の
両方向に走査しなければならず、広い領域の検査に長時
間を要するという欠点がある。

そこで、本発明の出願人は上述の欠点を解消するために
、先に光切断法の原理に基づく装置を出願しており、第
５図のように示される。同図において、レーザ１からの
光ビーム２を線状のスリット３を通して対物レンズ４に
入射させ、試料台５の対象パターン（試料に相当）６上
に漱細なライン光７を形成する。このライン光７により
照明された対象パターン６を検知側対物レンズ８を用い
てＴＶカメラ９上に結像する。すると、第６図に拡大図
を示すように、幅Ｗ、高さＨの微細な対象パターン６か
ら幅Ｗ、高さｈ′の検知信号１０が得られる。これから
、対象パターン６の三次元形状が計算により求まる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の先願に係るＫＷにおいて用いられ
る焦点調整方法では、第７図に示すようにそのフォーカ
スを行う場合、焦点調整に必要な可動部分が３方向、す
なわち対物レンズ４を動かす方向ｔ！ｉと、対物レンズ
８を動かす方向１０と試料台５を動かす方向Ｚとの３方
向があるが、焦点合せのための技術が十分でなく、焦点
調整がスムーズに出来ないという問題点があった。

すなわち、上記フォーカシングを行う場合には、試料台
５の表面が光学的にフラットな（凹凸のない）面を用い
なければならないが、大開口数の対物レンズ４および対
物レンズ８を用いた場合、その焦点深度は非常に浅い。

したがって、試料表面の平面度はできる限り小さくなけ
れば、焦点合わせの精度が出ない。例えば、上記先願例
では焦点深度が約１μｍ程度であり、１／１０μｍ程度
の平面度が位置合わせに用いられる。

また、各方向の焦点調整に関する不具合は、次の通りで
ある。

（１）Ｚ軸方向の焦点調整 Ｚ軸方向の調整は、試料面のライン像が最も細（なる時
、ピント位置となることを利用して容易に行うことがで
きる。例えば、検出信号のラインプロファイルを計測し
、その半値幅を求め、その最小値になるよう、Ｚ軸方向
にステージ（試料台）を移動させれば良いことになる。

（ｎ）光軸方向Ｌｉ、Ｌｏの焦点調整 しかし、光軸方向Ｌｉ、Ｌｏについて上記のような方法
を用いたとすると、二つの対物レンズ４・８間の距離を
焦点の２倍にすることはできるが、第８図（ａ）に示す
ように偶然にも試料台５の上の試料上に焦点を結んでい
る場合（ｆは焦点を表す）にはよいが、同図（ｂ）に示
すように試料上から外れて虚像の位置で焦点を結んでい
るときには、例えば、試料表面やエツジ部での散乱が悪
影響を及ぼすため、正確なパターンの検知ができない。

しかしながら、実際上、焦点が試料面上に結んでいるか
否かを検出することは困難である。

特に、サブミクロンオーダーのサンプルについては、そ
の表面は、はぼ、使用波長のｌ／１０以下の凹凸となる
ために、鏡面反射となり、より虚像を検知し易くなる。

そこで本発明は、光軸方向の焦点を容易に合わすことが
できる焦点調整方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による焦点調整方法は上記目的達成のため、微細
パターンを有する試料に対して照明用対物レンズを介し
て線状の光ビームを照射し、該光ビームによる微細パタ
ーンの像を検知側対物レンズを介して検知するとともに
、試料に対する各対物レンズの焦点を調整するに際して
、試料の位置、照明用対物レンズの光軸方向、検知側対
物レンズの光軸方向のうち少なくとも１つ以上を変える
焦点調整方法において、前記試料の位置に、該試料に代
えて所定の厚さの透明膜を有する焦点検出用試料を置き
、焦点用検出試料に対して照射された光ビームの反射光
の干渉に基づき前記照明用対物レンダあるいは検知側対
物レンズのうち少なくとも１つ以上をその光軸方向に移
動させて試料に対する焦点を調整するようにしている。

〔作用〕

本発明では、被検査対象たる試料の位置に所定厚さの透
明膜を有する焦点検出用試料が置かれ、該焦点検出用試
料に対して照射された光ビームの反射光の干渉に基づい
て照明用対物レンズあるいは検知用対物レンズのうち１
つ以上をその光軸方向に移動させて焦点の調整が行われ
る。この場合、焦点検出用試料の透明膜により焦点位置
では光ビームがほぼ平行となり、焦点から外れると光ビ
ームの位置によって光路長が異なるから、干渉作用によ
り反射光の検出光量の特徴（例えば最小となる点）を見
つければ合焦位置が検出できる。

したがって、試料の鏡面反射に関係なく光軸方向の焦点
を容易に合わすことが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は本発明に係る焦点調整方法の一実施例を示
す図であり、特に本発明をｒｃ等の微細パターンを検査
するためのパターン検査装置に適用した例である。

まず、構成を説明する。第１図は光切断型のパターン検
査装置における焦点検出系の構成を示す図であり、この
図において、２０はレーザである。

レーザ２０からの光ビーム（レーザ光）２１はガルバノ
ミラ−２２で反射した後、線状のスリット２３を介して
照明用対物レンズ２４に入射し、試料台（ステージ）２
５上のフォーカス用試料（焦点検出用試料）２６に結像
する。スリット２３としては、例えば幅が狭く、長さが
入射瞳程度のスリット状の光ビームを形成するものが用
いられる。照明用対物レンズ２４としては、大開口数の
レンズが用いられ、照明用対物、レンズ２４は光軸方向
１ｉに移動可能である。試料台２５は先頭例と同様に２
軸方向に移動可能であり、ｚ軸方向の焦点調整は先願例
と同様に行われる。

フォーカス用試料２６は所定の厚さ（後述の０式によっ
て決定）ｄを有する透明膜を有しており、被検査対象と
なる試料の位置に該試料のパターン検査に先立って予め
設置され、焦点合わせ終了後はフォーカス用試料２６を
取り除き、検査すべき試料が置かれる。フォーカス用試
料２６としては、例えばウェハ等の反射物体２６ｂ上に
光ビーム２１の使用波長、入射角度、屈折率から決定さ
れる厚さｄの透明薄膜２６ａを形成したものが用いられ
る（後述の第３図参照）。

フォーカス用試料２６からの反射光は検知用対物レンズ
２７を通った後、結像レンズ２８によってディテクタ２
９に結像する。ディテクタ２９としては、例えばＣＣＤ
あるいはＴＶカメラが用いられる。検知用対物レンズ２
７も光軸方向１ｏに移動が可能である。ディテクタ２９
の検知画像はＡ／Ｄ変換器３０によってＡ／Ｄ変換され
、ＣＰＵ３１に入力される。

ＣＰ　Ｕ３１はフォーカス用試料２６に対する照明用対
物レンズ２４および検知用対物レンズ２７のオートフォ
ーカスに必要な処理値を演算し、演算結果をフォーカス
コントローラ３２に出力する。フォーカスコントローラ
３２はＣＰ　Ｕ３１からの命令に基づき照明用対物レン
ズ２４あるいは検知用対物レンズ２７を光軸方向１ｉ、
ｌｏに移動させて焦点位置を自動的に検出、調整する。

以上の構成において、照明用対物レンズ２４からフォー
カス用試料２６に入射する光ビームは入射角度αをα＝
４５°とした場合、第２図のように示される。第２図に
おいて、４１は試料面を照射するビーム（特に、その形
状）であり、４２は焦点があった場合の面（以下、ジャ
ストフォーカス面という）、４３はフォーカスから外れ
た場合の面（以下、フォーカス外面という）である。ま
た、図中における太い矢印はビーム４１内での波面の法
線方向、細い矢印は各面での反射方向を示している。大
開口数の照明用対物レンズ２４を用いて光を絞った場合
、第２図に示すようにジャストフォーカス４２では反射
光４４の波面は一時的に平行になる。一方、フォーカス
面４３では反射光４５の波面が乱れ平行にはならない。

本発明では、ジャストフォーカス４２とフォーカス面４
３とで上記のように反射光の光路長が異なるという原理
に基づいている。

すなわち、第３図（ａ）（ｂ）はフォーカス用試料２６
に光が入射した場合の光路を示す図であり、そのうち同
図（ａ）はジャストフォーカスの場合、同図（ｂ）はフ
ォーカスから外れた場合である。

フォーカス用試料２６の透明薄膜２６ａに光のビーム４
１が入射した場合、焦点位置では第３図（ａ）に示すよ
うにビーム４１がほぼ平行光となるため、その光路はビ
ーム４１の断面すべてがほぼ同じになり、したがって、
フォーカス用試料２６での反射光４４の光路長は同じと
なる。ところが、焦点から外れた場合には第３図（ｂ）
に示すようにビーム４１の位置によって反射光４５の光
路長が異なる。ここで、透明Ｐ＃膜２６ａの膜厚ｄを次
式■■で示す値にしたとする。

θ＝ｓｉｎ　−’　　（ｎ　−５ｉｎ　　α〕・・・・
・・■但し、α：入射角 θ：屈折角 ｎ：屈折率 λ：光源の波長 Ｎ：Ｑ、　　１．　２．・・・・・・ このとき、フォーカス用試料２６の透明薄膜２６ａの部
分（すなわち、焦点を結ぶべき対象）に切断光であるビ
ーム４１の焦点が合致したとすると、反射光を検出して
いる検知用対物レンズ２７に入る検知光は透明薄膜２６
ａにおける干渉の影響で暗くなる。これは、透明薄膜２
６ａの表面では入射と反射の光路長が等しくなって位相
差によって互いに打ち消し合うような関係になるからで
ある。例えば、フォーカス用試料２６内の光路長をｌと
すると、こ路長βはほぼ等しく、干渉すると反射光は暗
くなる。言い換えれば、このような干渉作用を作り出す
ために膜厚ｄのフォーカス用試料２６が設置されたので
ある。一方、焦点が合致しない場合は入射光に角度のば
らつきがあるため、上記光路長βにの関係となり、短い
部分＠については 焦位置に比べると、干渉の影響が小さく検知光量は大き
くなる。したがって、検出光量が最小の点を検出すれば
、合焦位置を見つけることができる。

本実施例では検出光量がディテクタ２９によって検知さ
れ、その検知結果に基づきＣＰ　Ｕ３１でその最小点が
判別される。このとき、該最小点が合焦位置（フォーカ
ス位置）であり、これは第４図のような特性で示される
。そして、ＣＰ　Ｕ３１により反射光の光量を監視しな
がらフォーカスコントローラ３２の出力に基づいて検知
用対物レンズ２７を光軸方向１ｏに動かし光量の最小点
を見つけると、これが合焦位置となる。しかも、この動
作は自動的に行われるため、極めて容易に焦点調整を実
現できる。このようにして良好なピント調整を自動的に
行った後は、フォーカス用試料２６に代えて被検査対象
となるＩＣの微細パターンを試料として試料台２５上に
置き、先願例と同様に光切断型のパターン検査が行われ
る。

なお、オートフォーカスに際しては照明用対物レンズ２
４を光軸方向１ｉに動かしてもよい。

また、本発明の適用は上記実施例のようなスリット状の
光ビームに限らず、例えば従来例として挙げたスポット
状の光ビームに対しても適用できる。要は、複数の対物
レンズを用いて試料表面に結像させるような場合であれ
ばよく、また、特に、焦点深度が１μｍ程度のように極
めて小さい場合に本発明の効果が顕著なものとなる。

さらに、本発明をＩＣパターンの自動検査に適用すると
、検査のより一層の自動化とともに、高速化を達成する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、焦点深度が非常に浅いような場合であ
っても、対物レンズの光軸方向の焦点を容易に合わせる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明に係る焦点調整方法を適用したパタ
ーン検査装置の一実施例を示す図であり、第１図はその
焦点検出系を示す構成図、第２図はその入射の光ビーム
の様子を示す図、第３図はその反射光の光路を示す図、 第４図はその検出光量とフォーカス位置との関係を示す
図、 第５〜８図は先願に係゛るパターン検査装置を示す図で
あり、 第５図はその構成図、 第６図はその対象パターンを含む要部拡大図、第７図は
フォーカスの調整方法を示す図、第８図はそのフォーカ
スに関する光路を説明する図である。 ２０・・・・・・レーザ、 ２１・・・・・・光ビーム、 ２２・・・・・・ガルバノミラ− ２３・・・・・・スリット、 ２４・・・・・・照明用対物レンズ、 ２５・・・・・・試料台、 ２６・・・・・・フォーカス用試料、 ２６ａ・・・・・・透明薄膜、 ２６ｂ・・・・・・反射物体、 ２７・・・・・・検知用対物レンズ、 ２８・・・・・・結像レンズ、 ２９・・・・・・ディテクタ、 ３０・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、 ３１・・・・・・ｃｐｕ。 ３２・・・・・・フォーカスコントローラ、４１・・・
・・・ビーム、 ４２・・・・・・ジャストフォーカス、４３・・・・・
・フォーカス面、 ４４．４５・・・・・・反射光。 一実施例の入射の光ビームの様子を示す図第２図 一実施例の反射光の光路を示す図 第３図 フォーカス位置 光軸方向距離 一実施例の検出光量とフォーカス位置との関係を示す図
第４図 先願例の構成図 先願例のフォーカスの調整方法を示す図第７図 先願例の対象パターンを含む要部拡大図先願例のフォー
カスに関する光路を説明する図第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 微細パターンを有する試料に対して照明用対物レンズを
   介して線状の光ビームを照射し、該光ビームによる微細
   パターンの像を検知側対物レンズを介して検知するとと
   もに、 試料に対する各対物レンズの焦点を調整するに際して、 試料の位置、照明用対物レンズの光軸方向、検知側対物
   レンズの光軸方向のうち少なくとも１つ以上を変える焦
   点調整方法において、 前記試料の位置に、該試料に代えて所定の厚さの透明膜
   を有する焦点検出用試料を置き、焦点用検出試料に対し
   て照射された光ビームの反射光の干渉に基づき前記照明
   用対物レンズあるいは検知側対物レンズのうち少なくと
   も１つ以上をその光軸方向に移動させて試料に対する焦
   点を調整するようにしたことを特徴とする焦点調整方法
   。