JPH0543006U - 干渉式顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】干渉式顕微鏡装置の分解能を容易に向上させ
る。 【構成】干渉式顕微鏡装置は、波長帯域の広い光源１
と、リニーク型干渉装置２と、光電変換器等の検出装置
４と、照明装置３とを備え、等光路長付近の干渉像を得
る様にする。この照明装置３を構成する開口絞り１０の
開口を、円環状とする。これにより、リニーク型干渉装
置２を構成する第一、第二の対物レンズ６、７の入射瞳
の位置に形成される光源像の強度分布を輪環状とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案に係る干渉式顕微鏡装置は、例えば大規模集積回路（ＬＳＩ）の製造工 場に於いて、マスクパターンの寸法、或はウエハ上のレジストパターンの寸法を 測定するのに利用出来る。

【０００２】

【従来の技術】

集積回路（ＩＣ）、或は大規模集積回路（ＬＳＩ）の製造工場に於いて、マス クパターンの寸法、或はウエハ上に転写されたレジストパターンの寸法を測定す る場合、従来から干渉式顕微鏡装置が使用されている。

【０００３】 干渉式顕微鏡装置とは、干渉装置により被測定物表面の干渉像を造り、この干 渉像を光電変換器、写真撮影装置等の検出装置により画像等のデータとして取り 出し、上記被測定物の寸法等を測定するもので、一般に光源と、干渉装置と、検 出装置とから構成されている。上記光電変換器、写真撮影装置等に代えて、接眼 レンズを接続すれば干渉像を肉眼で直接観察する事が出来る。

【０００４】 干渉式顕微鏡装置の性能（分解能）は、干渉装置の性能に直接依存するが、こ の干渉装置として、従来から図４に示す、リニーク型干渉装置が知られている。 このリニーク型干渉装置は、光源１と、この光源１から発せられた光束を所定の 位置に結像するレンズ１３と、上記光束をそれぞれ被測定物８の表面並びに反射 平面９に向って進行する２光束に分けるビームスプリッタ５と、このビームスプ リッタ５と被測定物８との間位置に配設された第一の対物レンズ６と、同じくビ ームスプリッタ５と反射平面９との間位置に配設された第二の対物レンズ７とを 備えている。

【０００５】 光源１から出射し、上記ビームスプリッタ５により２分割させられた、それぞ れの光束の内、一の光束は被測定物８の表面に、他の光束は上記反射平面９に、 それぞれ投射する。被測定物８の表面、並びに反射平面９に於いて反射した光束 の、それぞれの光路長を調整する事により干渉縞が生じる。この干渉縞を検出装 置により出力する事で被測定物８表面に形成された回路等の寸法を測定出来る。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記ＩＣの高密度化、更には大規模集積回路（ＬＳＩ）の普及に伴 ない、これらＬＳＩ等の製造時に於けるマスクパターン等の寸法測定を、より精 密に行なう必要が生じている。この為、上述した干渉式顕微鏡装置の分解能を向 上させる必要がある。上記干渉式顕微鏡装置の分解能を向上させる為には、干渉 式顕微鏡装置を構成する干渉装置に於いて、ｎ・ sinθ_max （ｎは屈折率、θ_{ma x} はレンズの開口角）で表わされる開口数（ＮＡ）を増加させるか、或は使用す る光源の波長を短くする事が理論上知られており、例えば屈折率ｎの大きな油を 用いる油浸法と呼ばれる方法によって上記開口数を増加させ、分解能を向上させ る事が行なわれている。

【０００７】 しかしながら、上記開口数を増加する事は光学設計上の困難さを伴ない、又、 限界に達している為、開口数を増加させる事によって分解能を更に向上させる事 は期待出来ない。又、使用する光源の波長を短くする事は装置の複雑化、高価格 化等種々の制約が伴なう為、好ましくない。

【０００８】 一方、近年マーク・デビットソン等は、上記開口数の増加、並びに光源の短波 長化によらず分解能を向上させる事に成功した。

【０００９】 マーク・デビットソン等の用いた装置は、本考案の全体構成を示す図１に示す 様に、白熱電球等、波長帯域の広い光源１と、前述したビームスプリッタ５、第 一、第二の対物レンズ６、７、反射平面９から成る、リニーク型干渉装置２と、 この干渉装置２により得られた干渉像を拡大し、写真等の画像として出力する検 出装置４と、上記光源１とビームスプリッタ５との間位置に設けられ、上記第一 、第二の対物レンズ６、７の入射瞳の位置に光源像を形成する為の照明装置３と から構成されている。

【００１０】 上記照明装置３は、ケーラーの照明方法を利用したもので、従来から知られて いる様に集光レンズ、フィルター板、拡散板、視野絞り並びに開口絞り１０から 構成されている。上記開口絞り１０は、光線の開きを制限する為のもので、図５ に示す様に円形の通孔１１を有する薄板より成るものである。

【００１１】 そして、上述した様な構成を有する装置を用い、等光路長付近の干渉像を観察 する事により、分解能を向上させる事に成功した。

【００１２】 しかしながら、例えば前記ＬＳＩに於いてはより一層高密度化、高集積化が進 む傾向にある為、このＬＳＩのマスクパターンの寸法測定、或はレジストパター ンの寸法測定に用いられる干渉式顕微鏡装置の分解能も、更に向上させる事が望 まれている。本考案の干渉式顕微鏡装置は、上述の様な実情に鑑みて考案された ものである。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】

本考案の干渉式顕微鏡装置は、図１に示す様に、白熱電球等波長帯域の広い光 源１と、振幅分割方式による２光線束干渉装置の一種であるリニーク型干渉装置 ２と、この干渉装置２を構成する第一、第二の対物レンズの６、７の入射瞳の位 置に光源像を形成する為の照明装置３と、上記干渉装置２によって得られた干渉 像を拡大して出力する検出装置４とを備え、等光路長付近の干渉像を検出するも のである。上記構成は前述した従来装置と同様であるが、本考案に於いては更に 、上記第一、第二の対物レンズ６、７の入射瞳の位置に形成される光源像の強度 分布を輪帯形状とすべく、上記照明装置３を構成する開口絞り１０を、図２に示 す様に円環状の開口１２を有するものとしている。

【００１４】

【作用】

上述の様に構成される、本考案の干渉式顕微鏡装置を用いて、前記マスクパタ ーン等の被測定物の寸法を測定する場合の作用は次の通りである。

【００１５】 即ち、光源１から出た光は、照明装置３を通過した後、リニーク型干渉装置２ を構成するビームスプリッタ５により、このビームスプリッタ５で反射して被測 定物８に向かう光束と、このビームスプリッタ５を透過して反射平面９に向う光 束とに分かれる。

【００１６】 これら２つの光束の内、被測定物８に向う光束は、第一の対物レンズ６を通過 して被測定物８表面で反射し、この第一の対物レンズ６並びにビームスプリッタ ５を通過して検出装置４に入射する。他方、反射平面９に向う光束は、第二の対 物レンズ７を通過して反射平面９で反射し、更にこの第二の対物レンズ７を通過 して上記ビームスプリッタ５で反射し、上記検出装置４に向う。上記ビームスプ リッタ５に入り、各平面６、７で反射した後、検出装置４に入射する、２つの光 束の各光路長は、互いに等しくなる様、予め構成各部材の配置等を調整しておく 。上記各光路長が互いに等しいか否かは０次の干渉縞を検出する事により容易に 行なえる。

【００１７】 上記２つの光束は、互いに干渉し被測定物８表面の情報を含む干渉像を造る。 上記検出装置４は、拡大された干渉像を画像等として出力する為、この干渉像か ら被測定物８の寸法を知る事が可能となる。

【００１８】 上記した作用は、前述した従来の干渉式顕微鏡装置の作用と同様であるが、本 考案の干渉式顕微鏡装置に於いては、照明装置３を構成する開口絞り１０を、円 環状開口１２を有するものとする事により、従来装置に比較して分解能を向上さ せる事が出来る。

【００１９】 即ち、従来の干渉式顕微鏡装置、マーク・デビットソン等の装置、本考案装置 のそれぞれに於いて、分解能の指標となる点像強度分布（ＰＳＦ）を求めてみる と、上記照明装置３から第一の対物レンズ６を通り、被測定物８に入射する光の 振幅分布をＵ_I （ｘ）、被測定物８の複素反射率をｒ（ｘ）とした場合、上記被 測定物８で反射した光の振幅分布Ｕ（ｘ）は、Ｕ（ｘ）＝ｒ（ｘ）Ｕ_I （ｘ）-- ------（１）で表わされる。この光が再び第一の対物レンズ６を通過して検出装 置４に到達する光の振幅分布Ｕ´（ｘ）は、

【数１】 である。上記Ｋ（ｘ−ｘ´）は、顕微鏡対物レンズの結像性能を表わす、インコ ヒーレント照明での透過関数である。

【００２０】 一方、上記照明装置３を出た後、ビームスプリッタ５を透過して第二の対物レ ンズ７に入り、反射平面９で反射し、再び第二の対物レンズ７からビームスプリ ッタ５を介して検出装置４に入る光の振幅分布は、上記反射平面９が理想平面で あると仮定し、且つ光路長が全く等しいと仮定すればＵ_I （ｘ）である。従って 、検出装置４に到達した２つの光波の干渉像の強度分布Ｉ（ｘ）は

【数２】 に比例する。尚、この（２）式に於いて＜＞は時間平均を表わしている。この

【数３】 を上記（１）式、（２）式を用いて変形すると、

【数４】 となる。尚、上記Ｊ₀ （ｘ、ｘ´）は入射する光波の相互強度（mutual intensi ty）であり、

【数５】 である。

【００２１】 分解能の指標となる点像強度分布ＰＳＦは、上記（３）式に於いて上記

【数６】 にデルタ関数δ（ｘ´）を代入し、

【数７】 となる。即ち、ＰＳＦの大小は、｜Ｊ_O （ｘ、０）｜² の値によって定まる。Ｊ ₀ （ｘ、０）は、インコヒーレント光で照明されている場合、Van Cittert-Zern ike の定理により、顕微鏡対物レンズの瞳の位置につくる光源像のフーリエ変換 となる為、本考案装置、従来装置、マーク・デビットソン等の装置のそれぞれの 場合に就いて、光源像の強度分布をフーリエ変換し、更にその結果を（５）式に 代入してＰＳＦを求め、グラフ化した。

【００２２】 上述の様にして得られた点像強度分布ＰＳＦと、被測定物８表面上の距離Ｘと の関係は、図３に示す通りである。但し、上記Ｘは、装置の倍率等を考慮する必 要をなくす為、

【数８】 で表わしている。ここにＮＡは開口数、λは波長、ｘは実寸座標である。

【００２３】 上記図３に於いて曲線が急峻である程、干渉式顕微鏡装置の分解能が高い事を 表わしているが、実線ａで示される本考案装置に於ける点像強度分布が、他の２ つの曲線ｂ（マーク・デビットソン等の装置に於けるＰＳＦ）、ｃ（従来装置に 於けるＰＳＦ）に比較して最も急峻であり、高い分解能を有する事が解る。

【００２４】 尚、図３に示した何れの曲線ａ、ｂ、ｃに於いても、Ｘ＝１．５付近にサイド ローブが認められる。このサイドローブは、干渉式顕微鏡の性能に悪影響をもた らすものである。本考案装置の場合、前記マーク・デビットソン等の装置の場合 に比べてこのサイドローブが高いが、実用上問題とはならない程度のものである 。

【００２５】

【考案の効果】

本考案の干渉式顕微鏡装置は、上述の様に構成され作用する為、開口数を増大 させたり、光源の波長を短くしたりする事なく、容易に分解能を向上させる事が 可能となる。更に、従来使用していた干渉式顕微鏡装置が、リニーク型等、振幅 分割方式による２光線束干渉装置と白熱電球等の光源とを用いているものである 場合、この干渉式顕微鏡装置の照明装置を構成する開口絞りを、円環状開口を有 する開口絞りに代える事で分解能を向上させる事が可能となる為、実用上の効果 が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案が適用される干渉式顕微鏡装置の全体構
成を示す略図。

【図２】本考案に用いられる開口絞りの正面図。

【図３】点像強度分布を示す線図。

【図４】リニーク型干渉装置の原理を示す略図。

【図５】従来装置の照明装置を構成する開口絞りの正面
図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ リニーク型干渉装置 ３ 照明装置 ４ 検出装置 ５ ビームスプリッタ ６ 第一の対物レンズ ７ 第二の対物レンズ ８ 被測定物 ９ 反射平面 １０ 開口絞り １１ 円孔 １２ 円環状開口 １３ レンズ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 振幅分割方式による２光線束干渉装置
   と、光源と、上記干渉装置を構成する第一、第二の対物
   レンズの入射瞳の位置に光源像を形成する為の照明装置
   と、上記干渉装置により得られた干渉像を検出する為の
   検出装置とを備え、上記光源として波長帯域の広いもの
   を用い、等光路長付近の干渉像を得る干渉式顕微鏡装置
   であって、上記第一、第二の対物レンズの入射瞳の位置
   に形成される光源像の強度分布を輪帯形状とすべく、上
   記照明装置を構成する開口絞りを、円環状の開口を有す
   るものとした、干渉式顕微鏡装置。