JPH11264800A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】結像光学系あるいは撮像手段を動かすことな
く、選択された任意の波長ごとで発生する撮像手段上で
の結像位置のずれを簡単に補正する。 【解決手段】照明光を発する光源（１）と、該照明光に
基づいて被観察物体（３）を照明するための照明光学系
（２）と、照明された前記被観察物体からの光を集光し
て前記被観察物体の像を形成する結像光学系（４）と、
前記被観察物体の像を撮像するための撮像手段（５）
と、前記光源と前記撮像手段との間の光路中に配置可能
であって前記照明光の波長から任意の波長を選択するた
めの波長選択手段（８）と、前記選択された波長により
異なる位置に結像する前記像の位置を、前記撮像手段の
撮像面に結像させるための結像位置補正手段（９）とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、任意の波長で照明
された被観察物体の画像を取り込む事により被観察物体
の形状、寸法、欠陥等の情報を得る為の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばウエハ等の被観察物体
の表面の傷、ゴミ、膜厚むら等の欠陥の情報や、微小寸
法の計測を行うのに、被観察物体を照明してその画像を
取り込み更に画像処理等を行う事により検査を行なって
きた。またその時に被観察物体からの情報を任意の波長
に選択して観察できれば、被観察物体の情報をより多く
得ることができる。特にウエハ上に塗膜されたレジスト
の膜厚むらを検査する場合には、塗膜されたレジスト膜
の膜厚の状態に応じて観察し易い波長も変化するという
ことがある。またウエハ上に形成されるパターンからの
回折光もそのパターンのピッチや波長により回折角が変
化する。このように観察物体から得られる情報は波長の
違いにより変化する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、観察物体の結像
位置に例えばＣＣＤからなる撮像手段を配置するが、結
像光学系により結像される観察物体の像の位置は、波長
の違いに起因する光軸上での色収差の影響により変化し
てしまい、ある波長ではＣＣＤ上に結像するものの別の
波長ではＣＣＤ上とは異なる位置にずれて結像してしま
うという不都合が生じる。

【０００４】この不都合を解決する為には各波長に応じ
て結像レンズの位置を光軸に沿って移動する事により観
察物体の結像位置を撮像手段であるＣＣＤ上に調整する
ことが考えられる。しかし、この移動させる結像レンズ
の直径や全長が大きいと、これらの結像レンズの移動手
段が大掛かりになってしまい好ましくない。また、物理
的にレンズ移動手段が入らない場合もある。

【０００５】撮像手段であるＣＣＤ自体を光軸上に沿っ
て移動させることも考えられるが、この場合でも移動手
段が大掛かりになってしまい好ましくない。そこで、本
発明は、結像光学系あるいは撮像手段を移動させること
なく、選択された任意の波長ごとで発生する撮像手段上
での結像位置のずれを簡単に補正することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、照明光を発する光源と、該照明光に基づ
いて被観察物体を照明するための照明光学系と、照明さ
れた前記被観察物体からの光を集光して前記被観察物体
の像を形成する結像光学系と、前記被観察物体の像を撮
像するための撮像手段と、前記光源と前記撮像手段との
間の光路中に配置可能であって前記照明光の波長から任
意の波長を選択するための波長選択手段と、前記選択さ
れた波長により異なる位置に結像する前記像の位置を、
前記撮像手段の撮像面に結像させるための結像位置補正
手段とを備えるものである。

【０００７】ここで、ある態様によれば、前記波長選択
手段は前記被観察物体の前記光源側に配置されるもので
ある。また、別の態様によれば、前記波長選択手段は前
記被観察物体の前記撮像手段側に配置されるものであ
る。また、前記結像位置補正手段は、前記被観察物体と
前記撮像手段との間に挿脱可能に設けられた光学部材を
有することがこのましい。

【０００８】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記波長選択手段と前記結像位置補正手段とは、一体に構
成されるものである。この好ましい態様において、前記
波長選択手段及び前記結像位置補正手段は、第１の波長
選択特性及び第１の中心厚を有する第１部材と、第２の
波長選択特性及び第２の中心厚を有する第２部材とを少
なくとも有し、前記第１の中心厚は、前記第１の波長の
光による結像位置を前記撮像面上に一致させることがで
きる厚さに設定され、前記第２の中心厚は、前記第２の
波長の光による結像位置を前記撮像面上に一致させるこ
とができる厚さに設定されることがさらに好ましい。

【０００９】また、前記結像位置補正手段は、所定の中
心厚を持つ光学部材からなることが好ましく、該光学部
材の中心厚は、前記波長選択手段により選択された波長
における結像位置を、前記撮像面上に一致させることが
できる厚みに設定されることが好ましい。また、前記結
像位置補正手段は、平行平面板からなることが好まし
い。

【００１０】また、前記波長選択手段は、干渉フィルタ
からなることが好ましい。また、前記結像光学系は、少
なくとも前記被観察物体側がテレセントリックに構成さ
れることが好ましい。また、前記検査装置は、前記撮像
手段から得られる画像を観察するための画像出力手段を
さらに備えていることが好ましい。

【００１１】また、前記検査装置は、前記撮像手段から
得られる画像を画像処理することにより、前記被観察物
体の欠陥を自動的に検出することが好ましい。また、前
記被観察物体は基板であり、該基板に塗布されるレジス
トの膜厚むらを観察できることが好ましい。また、前記
被観察物体は基板であり、該基板からの回折光及び散乱
光の少なくとも一方に基づく画像を観察できることが好
ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明についての発明の実
施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に
かかる第１の実施形態を示す図である。図１において、
光源１からの光束は、例えば干渉フィルタからなる波長
選択手段８を通過することにより任意の波長に選択さ
れ、照明光学系２を介して被観察物体３へ照射される。
なお、光源１あるいは光源像の位置と照明光学系２の前
側焦点位置とは実質的に一致しており、被観察物体はケ
ーラー照明のもとでほぼ均一に照明される。

【００１３】図１の例では、照明光学系２により照明さ
れた被観察物体３からの回折光・散乱光を受光するため
に、照明光学系２の光軸に対して傾けられた光軸を有す
る結像光学系４が設けられている。この結像光学系４
は、被観察物体３からの回折光・散乱光に基づいて、例
えばＣＣＤからなる撮像手段５の撮像面（ＣＣＤの受光
面）に被観察物体３の像を形成する。なお、結像光学系
４に関しては、少なくとも被観察物体側がテレセントリ
ックに構成されることが好ましい。

【００１４】図２は、波長選択手段８の一例を示す図で
ある。図２において、ターレット状からなる部品１２に
複数の波長選択手段である干渉フィルタ８a、８b・・・
が配置されている。ここで、ターレット状からなる部品
１２を回転させることにより任意の波長を選択し、任意
の波長のもとで被観察物体３を照明する事ができる。な
お、本実施の形態では、各フィルタ８a、８b・・・の波
長選択特性は、例えばそれぞれ異なる中心波長を持ち、
それぞれの波長幅が該中心波長に対して±５ｎｍであ
る。ただし、波長選択特性は上記のものには限られず、
任意の中心波長、波長幅に設定することができる。ま
た、波長選択手段としては、干渉フィルタには限られ
ず、所定の波長域の光を選択できさえすればどのような
ものでも用いることができる。

【００１５】さて、波長選択手段８により選択される波
長が異なると、撮像手段の撮像面から外れた位置に被観
察物体３の像が形成されることがある。以下、図３及び
図４を参照して説明する。図３は、正の屈折力を持つレ
ンズにより発生する光軸上での色収差を示す図である。
一般に光学硝子は、波長が短くなるに従い屈折率は大き
くなる。従って、図３に示す通り、正の屈折力を持つレ
ンズでは長い波長（λ１）よりも短い波長（λ２）のほ
うが同じレンズでも焦点距離が短くなる。この特性から
発生してしまう収差に軸上の色収差がある。これを補正
するには複数のレンズ部材を使用する事によりある程度
の波長の範囲内ではほぼ同じ焦点位置になるように補正
する事が出来るが、基準の波長に対して、波長域が広く
なるとこのずれを補正する事が困難になってしまう。

【００１６】図４は、所定の厚さからなる光学部材によ
り結像位置が移動する様子を示した図である。空気中で
屈折力を持たない光学部材、例えば平行平面板内を光線
が通った時に光軸上で近軸像点が移動する量というのは
以下の式（１）により求める事ができる。

【００１７】

【数１】 ΔＸ＝ｄ（１−１／ｎ） （１） 但し、 ΔＸ：光軸上での近軸像点の移動量 ｄ：光学部材の光軸上での厚さ ｎ：光学部材の屈折率 である。

【００１８】上記（１）式により、波長による軸上の色
収差をΔＸとして計算すれば結像位置補正手段である光
学部材の中心厚を求める事ができる。図５に示す通り、
本実施形態では、上記（１）式により求められた中心厚
を有する複数の平行平面板（複数の結像位置補正手段）
をターレット状からなる部品１３に配置している。これ
により任意の結像位置補正手段９を選択する事が出来
る。この時波長選択手段８と結像位置補正手段９との切
り替えは選択される波長に合った結像位置補正手段９が
選択されるように連動して可動すると好ましい。

【００１９】なお、上記の例では、結像位置補正手段と
して異なる中心厚を有する平行平面板を用いたが、その
代わりに異なる屈折率を持つ平行平面板を適用しても良
く、あるいは異なる中心厚・曲率を有するレンズを適用
しても良い。また、図２及び図５に配置する光学部材の
数は必要に応じて決定されることは言うまでもない。こ
の構成により、波長選択手段８により選択された任意の
波長で被観察物体３を照明した際にも、結像光学系４に
よる色収差の影響を実質的に受けずに常に撮像手段５の
撮像面上に被観察物体３の像を形成することができる。

【００２０】図１に戻って、撮像手段５は、その上に形
成される像に基づいて信号を画像処理手段６へ出力し、
画像処理手段６は撮像手段５からの出力信号に基づいて
画像出力手段（モニタ）に被観察物体の画像を表示させ
る。この画像に基づいて、被観察物体３である基板上に
塗布されるレジストの膜厚むらを観察することや、この
基板からの回折光又は散乱光による画像を観察すること
ができる。

【００２１】次に、図６を参照して第２の実施形態につ
いて説明する。図６に示す検査装置は、被観察物体３か
らの直接反射光に基づいて、この被観察物体の像を撮像
するものである。なお、図６においては、図１に示す例
と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してある。
図６において、光源１からの光束は、波長選択手段８に
より任意の波長に選択され、光学部材２及び１０からな
る照明光学系を介して被観察物体３に照射される。そし
て、被観察物体３は、光学部材１０及び４からなる結像
光学系により撮像手段５に入力される。本実施形態で
は、光学部材２と光学部材１０との間の光路中（光学部
材１０と光学部材４との間の光路中）にハーフミラー１
４が配置されており、光学部材１０が照明光学系と結像
光学系とに共用されている。また、照明光学系中の光学
部材２は光源１の像を光学部材１０の前側焦点位置近傍
に結像させる。これにより、被観察物体３はケーラー照
明される。

【００２２】また、本実施形態においては、結像光学系
４，１０と撮像手段５との間に結像位置補正手段９が設
けられている。なお、本実施形態において、波長選択手
段８及び結像位置補正手段９の構成・動作は、前述の図
１の例と同様であるため、ここでは説明を省略するが、
本実施形態においても、波長選択手段８により選択され
た任意の波長で被観察物体３を照明した際にも、結像光
学系４による色収差の影響を実質的に受けずに常に撮像
手段５の撮像面上に被観察物体３の像を形成することが
できる。なお、撮像手段５からの出力が画像処理手段６
を経て画像出力手段（モニタ）７により出力される。

【００２３】なお、上述の例では、結像位置補正手段９
を結像光学系と撮像手段との間に配置したが、その代わ
りに結像光学系と被観察面との間の光路中に配置する構
成であっても良く、さらには結像光学系中において平行
光束とならない光路に配置しても良い。さて、上述の例
では、波長選択手段８と結像位置補正手段９とを別々に
設けたが、これらは１つの光学部材に設けても良い。

【００２４】図７は、波長選択手段と結像位置補正手段
との機能を一つの光学部材１１に持たせた第３の実施形
態を示す図である。なお、図７において、図１と同様の
機能を果たす部材には同一の符号を付している。この光
学部材１１は、図２または図５に示すごときターレット
状の部品に中心厚が異なる複数の光学部材を設けたもの
から構成されており、これら複数の光学部材には、それ
ぞれ所定の透過率特性を有する薄膜が設けられている。
すなわち、図７の例は、それぞれ中心厚が異なる複数の
干渉フィルターが波長選択部材及び結像位置補正部材の
機能を果たしている。なお、これらの干渉フィルターの
中心厚は、干渉フィルターが選択した任意の波長のもと
での被観察物体３の結像位置が撮像手段５の撮像面上に
位置する厚さに設定されている。

【００２５】図８に示す第４の実施の形態は、図６に示
した検査装置において、波長選択手段と結像位置補正手
段との機能を一つの光学部材１１に持たせたものであ
る。この光学部材１１の機能及び動作は、上述の第３の
実施形態と同じであるためここでは説明を省略する。さ
て、上述の各実施形態のように波長選択手段として干渉
フィルタを用いる場合には、図９の例のように干渉フィ
ルタを構成することが好ましい。

【００２６】図９は、任意の波長を選択する為の波長選
択手段として干渉フィルタを使用した場合に、ある特定
の波長を選択する方法を示した図である。なお、図９に
おいて、横軸は波長λをとり、縦軸はフィルタの透過率
Ｔをとっている。図９（ａ）は干渉フィルタＡの透過率
特性を示す図であって、ここから明らかなように多くの
波長成分を持つ光束が干渉フィルタＡを透過すると、選
択したい特定の波長以外に異なる波長成分も透過してし
まうことがある。

【００２７】図９（ｂ）は第２の干渉フィルタＢの透過
率特性を示す図である。この第２の干渉フィルタＢは、
不必要な波長成分をカットする特性を持ちなお且つ干渉
フィルタＡよりも広い波長幅ではあるが必要な波長成分
を透過する特性を持つ。これにより図９（ｃ）に示す通
り、必要とする任意の波長を選択する事ができる。この
ように２つのフィルタを使用する場合には、本発明の波
長選択手段に一方のフィルタを配置し、結像位置補正手
段の位置にもう一方のフィルタを配置し、なお且つ結像
位置補正手段の役目を果たす為に選択される各波長に従
った中心厚を持たせる様にすれば良い。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば煩雑な構造
となる結像光学系あるいは撮像手段を動かすことなく、
選択された任意の波長ごとで発生する撮像手段上での結
像位置のずれを簡単に補正する事が可能となる。更には
波長選択手段で使用する光学部材に、結像位置補正手段
の機能も合わせ持たせる事で、可動部も少なく出来より
少ない部品で構成する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施の形態による検査装
置を示す図である。

【図２】波長選択手段の一例を示す図である。

【図３】レンズによる軸上色収差を示す図である。

【図４】光学部材により結像位置が移動する様子を示す
図である。

【図５】結像位置補正手段の一例を示す図である。

【図６】本発明にかかる第２の実施の形態による検査装
置を示す図である。

【図７】本発明にかかる第３の実施の形態による検査装
置を示す図である。

【図８】本発明にかかる第４の実施の形態による検査装
置を示す図である。

【図９】特定の波長成分を選択する際に行う波長選択の
方法を示す図である。

【符号の説明】

１：光源 ２（１０）：照明光学系 ３：被観察物体 ４（１０）：結像光学系 ５：撮像手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明光を発する光源と、 該照明光に基づいて被観察物体を照明するための照明光
   学系と、 照明された前記被観察物体からの光を集光して前記被観
   察物体の像を形成する結像光学系と、 前記被観察物体の像を撮像するための撮像手段と、 前記光源と前記撮像手段との間の光路中に配置可能であ
   って前記照明光の波長から任意の波長を選択するための
   波長選択手段と、 前記選択された波長により異なる位置に結像する前記像
   の位置を、前記撮像手段の撮像面に結像させるための結
   像位置補正手段とを備えることを特徴とする検査装置。
2. 【請求項２】前記波長選択手段は前記被観察物体の前記
   光源側に配置されることを特徴とする請求項１記載の検
   査装置。
3. 【請求項３】前記波長選択手段は前記被観察物体の前記
   撮像手段側に配置されることを特徴とする請求項１記載
   の検査装置。
4. 【請求項４】前記結像位置補正手段は、前記被観察物体
   と前記撮像手段との間に挿脱可能に設けられた光学部材
   を有することを特徴とする請求項１，２または３記載の
   検査装置。
5. 【請求項５】前記波長選択手段と前記結像位置補正手段
   とは、一体に構成されることを特徴とする請求項３また
   は４記載の検査装置。
6. 【請求項６】前記波長選択手段及び前記結像位置補正手
   段は、第１の波長選択特性及び第１の中心厚を有する第
   １部材と、第２の波長選択特性及び第２の中心厚を有す
   る第２部材とを少なくとも有し、 前記第１の中心厚は、前記第１の波長の光による結像位
   置を前記撮像面上に一致させることができる厚さに設定
   され、 前記第２の中心厚は、前記第２の波長の光による結像位
   置を前記撮像面上に一致させることができる厚さに設定
   されることを特徴とする請求項５記載の検査装置。
7. 【請求項７】前記結像位置補正手段は、所定の中心厚を
   持つ光学部材からなり、 該光学部材の中心厚は、前記波長選択手段により選択さ
   れた波長における結像位置を、前記撮像面上に一致させ
   ることができる厚みに設定されることを特徴とする請求
   項１，２，３，４または５記載の検査装置。