JPH0231103A - パターン立体形状検知装置 - 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〕 基板上に形成したパターンを検査するパターン立体形状
検知装置に関し、 透明な微細パターンの立体形状を効率的に且つ正確に測
定することを目的とし、 異なる波長光を発振する二つのレーザ光源と、酸二つの
レーザ光を、試料に対向して配置された一つの対物レン
ズに導くための少なくとも２個のビームスプリッタを含
む同軸光学系と、上記試料で反射し該対物レンズを逆行
するレーザ光を、上記同軸光学系中の１個のビームスプ
リフタを用いて集束レンズとピンホールおよびフォトデ
ィテクタよりなる共焦点光学系に導く光学系とで構成し
、上記対物レンズまたはピンホールを光軸に沿って微動
可能な如くに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板上の微細パターンの検査装置に係り、特
に透明な微細パターンの立体形状を効率的に且つ正確に
測定するパターン立体形状検知装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図は従来の微細パターン検知方法の例を示した図で
ある。

図で、１は基板２上に形成されている厚さ数μｍ程度の
パターンを示している。

従来、このようなパターン１の厚さｈまたは断面形状（
プロフィール）を検知するには、通常光切断法と呼ばれ
る方法によることが多い。

すなわち、シート状の例えばレーザ光３を該パターン１
に対して斜め方向（図の場合には垂直面に対して角度θ
）から照射し、該レーザ光３がパターン１を切断する形
状（図のＡ）をレーザ光３の照射角に対してほぼ垂直方
向の光軸上に設置している光学系４で読み取り、更にそ
の信号をディテクタ５に導き演算処理することによって
モニタ画像６に例えば基板部反射光６ａに対するパター
ン表面反射位置６ｂとして表示し、その差ｈ′を検出す
る。

ここで検出されるｈｌは、パターン１の高さｈと比例す
ることから、ｈｌを読み取ることによってパターン１の
厚さｈおよび断面形状を検知するようにしている。

この場合、該パターン１が光学的に不透明な材料で形成
されている場合は効率的で且つ正確なパターン検知が可
能である。

しかし、該パターン１が写真蝕刻技術におけるレジスト
の如く光学的に透明な場合には、照射するレーザ光３は
パターン表面で殆ど反射しないため上記パターン表面反
射位？１ｉ６ｂが形成されても微弱であり、厚さは検知
することができてもそのパターン表面反射位置６ｂから
実際のパターン断面形状までを検知することは不可能で
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のパターン検知方法では、パターンが光学的に透明
な場合には断面形状を検知することができないと云う問
題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、異なる波長光を発振する二つのレーザ光
源と、 酸二つのレーザ光を、試料に対向して配置された一つの
対物レンズに導くための少なくとも２個のビームスプリ
ッタを含む同軸光学系と、上記試料で反射し該対物レン
ズを逆行するレーザ光を、上記同軸光学系中の１個のビ
ームスプリッタを用いて集束レンズとピンホールおよび
フォトディテクタよりなる共焦点光学系に導く光学系と
で構成し、 上記対物レンズまたはピンホールを光軸に沿って微動可
能としたパターン立体形状検知装置によって解決される
。

〔作　用〕

互いに波長の異なる二つの光ビームを透明パターンの同
一箇所に照射すると、パターン内部における屈折率の差
によって焦点位置にずれが生ずる。

そこでこの焦点位置のずれを検出し演算することによっ
て透明パターンの厚さを知ることができると共に、光ビ
ームまたはパターン部分を該パターンの長手方向と直角
方向に移動させることによって該パターンの断面形状を
容易に検知することができる。

本発明では、波長の異なる二つのレーザ光を透明パター
ン上に照射し、屈折率の差で生ずる焦点位置（換言すれ
ば集束位置）のずれ量を対物レンズまたはピンホールを
光軸に沿って微動させることによってフォトディテクタ
で検出するようにしている。

従って、透明パターンの厚さおよび断面形状（プロフィ
ール）を効率よくしかも正確に検知することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明する原理図であり、第２図は本発
明の実施例を示す構成図である。

第１図で、１が基板２上に形成されている厚さ数μｍ程
度のパターンを示していることは第３図の場合と同様で
あり、該基板２はＸ−Ｙテーブル９上に載置されている
。

１０は光軸Ｓに沿って図示Ａ方向（紙面では上下方向）
に微動できる対物レンズであり、１１は検知側の集束レ
ンズ、１２はピンホール、１３はフォトディテクタであ
る。

なお、集束レンズ１１．ピンホール１２およびフォトデ
ィテクタ１３よりなる光学系は光信号の強弱を検知する
最小のユニットとして通常共焦点光学系と呼ばれている
ものである。

また点線で示す１４は偏光ビームスプリフタであり１５
は投光レンズである。

ここで該投光レンズ１５から平行な波長λ１のレーザ光
■と波長λ２のレーザ光■を同時に射出し偏光ビームス
プリッタ１４で共にパターン１の方向に反射させる。

この反射したレーザ光■、■は対物レンズ１０を通過し
た後、波長λ１のレーザ光■はパターン１に進入しパタ
ーン下面すなわち基板２の面の所定位置Ｆで焦点を結び
反射して■“となる。その後対物レンズ１０と偏光ビー
ムスプリッタ１４を透過し更に集束レンズ１１で集束さ
れてピンホール１２部分のＦｌで焦点を結びフォトディ
テクタ１３に強力な光信号として入射するように各光学
系を配置している。

一方、波長λ２のレーザ光■は上記レーザ光■と同様に
透明パターン１に進入するが、波長が異なっているため
該パターン内での屈折率に差が生じレーザ光■とは異な
った光路を辿る。

すなわち、該レーザ光■は図ではパターン内のＦｌ点に
焦点を結ぶようになっている。

従ってパターン下面すなわち基板２の面で反射したレー
ザ光■１は対物レンズ１０および偏光ビームスプリッタ
１４を透過し更に集束レンズ１１で集束されてもピンホ
ール１２で集束せず例えばＦｌ　　’に集束するのでフ
ォトディテクタ１３には微弱な光信号しか到達しない。

ここで、対物レンズ１０を光軸方向に微動させてレーザ
光■のパターン１内部における焦点位置Ｆ°を基板２上
のＦ点に合わせると、該レーザ光■の反射光■９は上記
のレーザ光■９とほぼ同じ光路を辿ることからピンホー
ル１２部分のＦｌで集束することになり、フォトディテ
クタ１３に強力な光信号を入射させることができる。

このことは、対物レンズ１０を移動することによってレ
ーザ光■の場合と■の場合それぞれについてフォトディ
テクタ１３に強力な光信号が到達することになり、対物
レンズ１０の作動距離から透明パターン１の厚さを演算
することができる。

またレーザ光を投射しなからＸ−Ｙテーブル９でパター
ン１を図示Ｂ方向に移動させると、該パターンの存在領
域を外れる位置ではフォトディテクタ１３に到達する光
信号が急激に変化するため、その変化の度合を演算する
ことによって断面形状が検知できる。

ここで例えば、 対物レンズ１０の作動距離をＵとし、レーザ光■■のパ
ターン１に対する入射角（＝パターンからの出射角）を
θ、波長λ１のレーザ光■のパターン１における屈折角
をα（この場合の屈折率はｎｌ）、波長λ２のレーザ光
■のパターン１における屈折角をβ（この場合の屈折率
はｎ２）とすると、 透明パターン１の厚さｈは、 ｓｉｎ　　α＝ｒｚｓｉｎ　　θ ｓｉｎ　　β＝ｎ２ｓｉｎ　　θ から、対物レンズ１０の作動距離Ｕを求めることによっ
て該パターン１の厚さｈと断面形状を検知することがで
きる。

一方、上記の対物レンズ１０を固定し共焦点光学系にお
けるピンホール１２をＦｌの位置から点線で示すＦｌ　
１の位置に微動させてもフォトディテクタ１３には強力
な光信号が到達する。

従ってピンホールの作動距離を検知しても全く同等の効
果が得られることを確認している。

第２図で、（Ａ）は全体の構成例を示しくＢ）は検知信
号例を示したものである。

図（Ａ）で、Ｘ−Ｙテーブル９上には透明パターン１が
形成された基板２が載置されている。

２０．２１はそれぞれ異なった波長（λ１．λ２）のレ
ーザ光を発振するレーザ光源であり、例えば２０は実線
で示す４００μｍの波長光■をまた２１は破線で示す９
００μｍの波長光■をそれぞれ発振するものである。

２２ａ、２２ｂはフィルタ、２３は上記二つの光ビーム
を同軸化し特定の偏光成分として送出するビームスプリ
フタ、２４は特定の偏光成分のみを反射し他の偏光成分
を透過するビームスプリッタ、２５は光軸方向（Ａ方向
）に微動可能な対物レンズ、２６は反射ミラ、２７は集
束レンズ、２８はピンホール、２９はフォトディテクタ
、３０は該フォトディテクタ２９の信号を演算処理して
表示するモニタ画像を示している。

ここで、レーザ光源２０．２１から発振した二つの光ビ
ームはビームスプリッタ２３で特定な偏光成分を持つ同
軸二光線となり、更にビームスプリフタ２４で反射した
後そのまま対物レンズ２５で集束せられて透明パターン
１の表面所定位置を照射する。

その後、Ｈｆ５　透明パターン１の下面すなわちｉ＋ｔ
２の上面で反射した光ビームは対物レンズ２５を通った
後ビームスプリッタ２４を透過し、集束レンズ２７で集
束せられてピンホール２８を経てフォトディテクタ２９
に入射するように構成されている。

この際、対物レンズ２５を図示されない焦点移動機構で
図示入方向に微動させることによってフォトディテクタ
２９には、光ビーム■、■のそれぞれについての光信号
としてのピークを検知することができる。

図（Ｂ）は図（Ａ）のモニタ画像３０における検知信号
の例を示したもので、横軸Ｘには時間をまた縦軸Ｙには
信号パワーをそれぞれ表わしている。

この場合、上記対物レンズ２５の移動で得られるカーブ
は図の如く二つのピークを示すカーブとなるため、該ピ
ーク間の時間Δｔから対物レンズ２５の作動距離Ｕを求
め第１図で説明した如く、透明パターン１の厚さおよび
断面形状を効率よく且つ正確に検知することができる。

なお第１図で説明した如く、第２図（Ａ）における対物
レンズ２５を固定し、共焦点光学系のピンホール２８を
図示されない移動機構によって光軸に沿う図示Ｂ方向に
微動させても、全く同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

上述の如（本発明により、基板上に形成された透明パタ
ーンの厚さおよび断面形状が効率的に且つ正確に検知で
きるパターン立体形状検知装置を提供することができる
。

２３．２４はビームスプリッタ、 ２５は対物レンズ、　　２６は反射ミラ、２７は集束レ
ンズ、　　２８はピンホール、２９はフォトディテクタ
、　３ｏはモニタ画像、をそれぞれ表わす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する原理図、 第２図は本発明の実施例を示す構成図、第３図は従来の
微細パターン検知方法の例を示した図、 である。図において、 １は透明パターン、　　２は基板、 ９はＸ−Ｙテーブル、 ２０．２１はレーザ光源、２２ａ、　２２ｂはフィルタ
、木溌」月ｒ洸明する岸ｙ工図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 異なる波長光を発振する二つのレーザ光源（２０、２１
   ）と、 該二つのレーザ光を、試料に対向して配置された一つの
   対物レンズ（２５）に導くための少なくとも２個のビー
   ムスプリッタ（２３、２４）を含む同軸光学系と、 上記試料で反射し該対物レンズ（２５）を逆行するレー
   ザ光を、上記同軸光学系中の１個のビームスプリッタ（
   ２４）を用いて集束レンズ（２７）とピンホール（２８
   ）およびフォトディテクタ（２９）よりなる共焦点光学
   系に導く光学系とで構成し、 上記対物レンズ（２５）またはピンホール（２８）を光
   軸に沿って微動可能としたことを特徴とするパターン立
   体形状検知装置。