JPS6378012A - パタ−ン検査装置 - 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〕 本発明は、線状の光ビームを用いて微細パターンの三次
元形状を検知するパターン検査装置において、非常に微
細なパターンをも容易に検知できるようにするとともに
、検査速度の向上をも可能にするために、上記線状の光
ビームの結像位置を光軸方向に順次移動させる像位置移
動手段を設けたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、微細パターン（例えばＩＣやＬＳＩ等のウェ
ハ上に形成されている配線パターン等）の三次元形状を
、ライン状の光ビームを用いて自動検査するパターン検
査装置に関する。

配線パターンの微細化および高密度化に伴い、導体配線
の三次元形状を検知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、検査の自動化が強く望まれている。

〔従来の技術〕

従来のパターン検査装置に係る光学系の概略構成を第３
図に示す。同図においては、紙面に対して垂直方向に長
い線状の光ビーム１を対物レンズ１の一部分から入射さ
せ、被検査対象Ｍ上に斜め上方から照射する。すると被
検査対象Ｍ上には、そこに形成されているパターンの凹
凸に沿った線状の像が得られる。そこで、上記照射の方
向とは異なる方向への反射光（破線）を上記対物レンズ
１の他の一部分を介して、レンズ２によって結像させる
。するとそこには、被検査対象Ｍ上のパターンの高さに
対応した位置に、光強度のピークができる。例えば、互
いに異なる高さｈｌ、ｈ２からの反射光からは、互いに
異なるピーク位置Ｐ１、Ｐ２が得られる。よって、光検
知器３でこれらのピーク位置を検知することにより、そ
の位置に基づきパターンの各位置の高さデータを得て、
これらの高さデータからパターンの三次元形状を検知す
ることができる。

また、従来の他の装置に係る光学系の概略構成を第５図
に示す。同図においては、レーザ１１からの光ビームを
レンズ１２によって集光させ、ハーフミラ−１３を介し
て、光軸方向に移動可能な対物レンズ１４によって被検
査対象Ｍ上に結像させる。次に、その反射光をハーフミ
ラ−１３で反射させ、ピンホール１５を介してホトマル
（光電子増倍管）１６で検知する。この時、対物レンズ
１４を光軸方向に上下させていけば、被検知面と光ビー
ムの結像位置とが一致した時に、ホトマル１６では最大
の信号強度が得られる。よって、ホトマル１６で最大信
号強度が得られた時の光ビームの結像位置から、被検知
面の高さを知ることができる。このようにして被検査対
象Ｍの各点で得られた高さデータからパターンの三次元
形状を検知することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した前者の装置では、照明光と反射光とで１つの対
物レンズ１を兼用するとともに、それらの方向を互いに
異ならせる必要があるため、どちらの光も対物レンズ１
の中央部からずれた１部分だけを使用できるにすぎず、
よってそれに応じて光ビームの径を小さくしなければな
らない。すると、例えば第４図（ａｌに破線で示すよう
に、対物レンズ１に対して大きな径を持つ光ビーム１２
を入射させた場合は、同図（′ｂ）に点線で示すように
、ビーム径を非常に小さく絞ることができるが、一方、
小さな径の上記光ビーム２．を入射させた場合は、同図
（ｂ）に実線で示すように、上記光ビーム１２のように
は小さく絞ることができなくなる。

光ビームの径は検知性能と大きく係わってくるので、上
記のように光ビームβ、の径を小さく絞ることができな
いと、徽細なパターンの検査が不可能となり、今後将来
におけるパターンの微細化に追従できなくなるという虞
れが生じる。

また、上述した後者の装置では、対物レンズ１４の受光
面を十分に使用しているので、光ビーム径を非常に小さ
く絞ることができるが、検査が一点でしかできないため
、検査に非常に多くの時間がかかってしまうという問題
点がある。

本発明は、上記諸問題点に鑑み、非常に微細なパターン
をも容易に検査できるとともに、検査の高速化をも可能
にしたパターン検査装置を提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、被検査対象に対して対物レンズを介し線状の
光ビームを結像し、これによって得られた線状の像をラ
インセンサで順次検知するようにしたパターン検査装置
において、上記被検査対象に対する上記線状の光ビーム
の結像位置を、上記ラインセンサの検知と対応させて光
軸方向に順次移動させる像位置移動手段を設けたもので
ある。

〔作　　用〕

上記線状の光ビームの結像位置を光軸方向に移動させる
と共に、これをラインセンサで順次検知していけば、「
点」ではなく「線」に沿った高さデータが一挙に得られ
る。従って、第５図に示したような１点で検査するもの
と比べれば、その検査原理は同じだが、検査速度は著し
く向上される。

しかも、第５図の装置の検査原理によれば、対物レンズ
の受光面いっばいを使用して大きな径の光ビームを入射
させることができることから、光ビームを極めて小さな
径に絞ることができ、従って非常に微細なパターンをも
検査することができるようになる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図である。本実
施例では、まずレーザ２１から出力された光ビームＪｌ
＋を、ミラー２２で反射させた後、シリンドリカルレン
ズ２３によって一方向（Ｘ方向）にだけ広げてやる。こ
のようにＸ方向にだけ広げられた光ビームｌ、２を、レ
ンズ２４を透過させた後、ハーフミラ−２５を介して対
物レンズ２６に入射させ、Ｘ方向に線状の光ビームβ、
４として被ヰ★査対象Ｍ上に真上から結像させる。する
とそこには、上記光ビーム１１４の結像位置と一致する
面上に、線状の像が形成される。この像を、対物レンズ
２６およびハーフミラ−２５を介して、ラインセンサ２
７で検知する。

なお、上記対物レンズ２６は、例えばその光軸方向を可
動方向とするピエゾ素子（不図示）に固定されており、
レンズ駆動部２８によって上記ピエゾ素子を駆動するこ
とにより、対物レンズ２６を光軸方向に順次移動できる
ようになっている。

このように対物レンズ２６を光軸方向に移動させれば、
それに伴い上記線状の光ビーム！！１４の結像位置が、
被検査対象Ｍに対し光軸方向に移動する。

すなわち本実施例は、対物レンズ２６をその光軸方向に
移動させることにより、光ビーム１１４の結像位置を順
次移動させるようにしたものである。

次に、上記結像位置の移動による高さ検知について、具
体的に説明する。上記のようにして対物レンズ２６をそ
の光軸方向に移動していけば、光ビームＮｌａの結像位
置と一致する面上に線状の像が形成されることになり、
う・ｆンセンサ２７において上記線状の像を検知した領
域からは最大信号強度が得られる。例えば、第１図に示
した例で、対物レンズ２６を下方に移動させることによ
り基板Ｒ上に結像位置が来たとすれば、その位置だけ線
状の像Ｌ１が形成されるので、ラインセンサ２７におけ
る上記像り、と対応する領域からは最高信号強度が得ら
れ、他の領域からは微小な信号強度しか得られない。一
方、対物レンズ２６を上記位置からΔｈだけ上方に移動
させることにより導体部Ｑ上に結像位置が来たとすれば
、その位置にだけ線上の像Ｌ２が形成されるので、ライ
ンセンサ２７の上記像Ｌ２と対応する領域からは最高信
号強度が得られ、他の領域からは微小な信号強度しか得
られない。従って、対物レンズ２６をその先軸方向に沿
って下方から上方に（もしくは上方から下方に）移動し
ていき、それに応じて基板Ｒもしくは導体部Ｑ上に形成
された像をラインセンサ２７で順次検知していくことに
より、ライン状の光ビームｌ、４による光切断画像に相
当する二次元画像が得られる。

なお、上記の検知では、対物レンズ２６の移動とライン
センサ２７の検知とを、ＣＰＵ３２の指令に基づき、レ
ンズ駆動部２８とセンサ駆動部（および増幅器）２９と
によって、互いに同期させている。

ラインセンサ２７から得られた上記二次元画像は、セン
サ駆動部（および増幅部）２９を介して画像処理部３１
に貯えられる。この画像処理部３１は、まず上記二次元
画像に基づき、上記線状の光ビーム１１４に沿ったＸ方
向の各位置における高さを検出する。そして、このよう
な高さの検出を、ステージ駆動部３０によってｘｙステ
ージＳをＸおよびＸ方向に順次移動しながら被検査対象
Ｍの各位置で行うことにより、導体部Ｑによるパターン
の三次元形状を得ることができる。最後に、このように
して得られた三次元形状を基準の形状と比較することに
より、パターンの欠陥等を判定する。

以上のように本実施例によれば、対物レンズ２６を移動
させることで線状の光ビームｊｉ’＋４の結像位置を光
軸方向に移動させ、これをラインセンサ２７で順次検知
していくようにしたものなので、第５図に示したような
「点」毎の検査ではなく、「線」に沿った長い領域を一
度に検査することができる。従って、本実施例は「点」
毎の検査と比べ、検査速度が著しく向上される。

しかも、第３図に示したように対物レンズの使用領域を
一部分に制限しなければならないことはなく、対物レン
ズ２６の受光面いっばいを使用して大きな径の光ビーム
を入射させることができるので、第４図に示した光ビー
ム１２と同様に線状の光ビームｊ２＋４を極めて小さな
径に絞ることができる。従って、非常に微細なパターン
をも精度良く検査することが可能になる。

次に、本発明の他の実施例の構成を第２図に示す。本実
施例は、線状の光ビームβ１４の結像位置を移動させる
ための手段として、第１図の実施例における対物レンズ
２６の上下動の代わりに、超音波偏向器４０をシリンド
リカルレンズ２３とレンズ２４の間に設けて、以下に述
べるようなシリンドリカルレンズ効果を生じさせるよう
にしたものである。

上記超音波偏向器４０はシリンドリカルレンズ２３によ
る光ビームの広がり方向（Ｘ方向）とは直交する方向（
Ｘ方向）の偏向方向を持ち、更に、その超音波媒体内に
生じた回折格子の周波数分布に応じた偏向角を持つ。こ
のような超音波偏向器４０に対し、そこを通過した光が
シリンドリカルレンズによってＸ方向に広げられるのと
同様の作用を受けるような周波数分布を持たせてやるこ
とにより、超音波偏向器４０を、破線で示したシリンド
リカルレンズ４０ａとして考えることができる。このよ
うなシリンドリカルレンズ４０ａを得るための回折格子
の周波数分布は、偏向器駆動部４１から出力される駆動
信号に対し必要な周波数変動を与えることによって得ら
れる。

本実施例では、このように超音波偏向器４０をシリンド
リカルレンズ４０ａとして利用するとともとに、上記周
波数変動の状態を徐々に変化させて、シリンドリカルレ
ンズ４０ａの焦点距離を順次変化させるようにすること
により、線状の光ビーム！、４の結像位置を光軸方向に
順次移動させるようにしている。なお、シリンドリカル
レンズ４０ａの焦点距離の変化とラインセンサ２７の検
知とは、ＣＰＵ３２の指令に基づき、偏向器駆動部４１
とセンサ駆動部（および増幅器）２９とによって、互い
に同期されている。

このように、超音波偏向器４０を用いて光ビームｊｌ’
＋４の結像位置を移動し、これをラインセンサ２７で順
次検知するようにしても、第１図の実施例と同様にして
パターンの三次元形状を得ることができる。

本実施例によれば、第１図の実施例と同様に光ビームＥ
１４を極めて小さな径に絞ることがきるので、非常に微
細なパターンを精度良く検査することが可能である。し
かも、「線」による検査であるとともに、超音波偏向器
４０による結像位置の移動は対物レンズ２６の移動によ
るものよりも高速で行うことができるので、検査速度が
更に一段と向上される。

なお、上記各実施例では、線状の光ビームｊｌｌ＋４の
絶対的な結像位置を移動させるようにしたものであるが
、被検査対象Ｍに対する相対的な結像位置を移動させる
ようにしてもよい。例えば、上記絶対的な結像位置を移
動させる代わりに、結像位置を固定してｘｙステージＳ
を光軸方向に移動させるよにうしてもよい。

また、線状の光ビーム１１４を作成するための手段とし
ては、上述したシリンドリカルレンズ２３等に限定され
ることはなく、例えばＸ方向の偏向方向を持つ超音波偏
向器を用いて光をＸ方向に線状に振ることによっても、
実質上、線状の光ビームを得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明のパターン検査装置によれば、被検査対象面状で
光ビームを極めて小さく絞ることができるので、非常に
微細なパターンの検査が可能となり、今後将来における
パターンの微細化の傾向にも十分に追従できるものとな
る。しかも、線状の光ビームを用いることから、「点」
ではなり「線」による検査が行われるので、検査速度の
著しい向上が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来の装置に係
る光学系を示す概略構成図、 第４図（ａ）、（ｂ）は上記従来の装置の問題点を説明
するための図、 第５図は従来の他の装置に係る光学系を示す構成図であ
る。 ２１・・・レーザ、 ２３・・・シリンドリカルレンズ、 ２６・・・対物レンズ、 ２７・・・ラインセンサ、 ２８・・・レンズ駆動部、 ４０・・・超音波偏向器、 ４１・・・偏向器駆動部。 ｌ乏簗伊つ 第３図 ンｉ３Ｇロｌ二氷しｒ：多１三Ｊ愕＝、そＰｊの６門題
黙第４図 ′第　５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）微細パターンを有する被検査対象に対して対物レン
   ズ（２６）を介し線状の光ビームを結像する結像手段（
   ２１、２２、２３、２４、２６；４０）と、 該結像手段によって得られた線状の像をラインセンサ（
   ２７）で順次検知し、前記微細パターンの三次元形状を
   得る検知手段（２６、２５、２７、２９、３１）とを有
   するパターン検査装置において、 前記被検査対象に対する前記線状の光ビームの結像位置
   を前記ラインセンサの検知と対応させて光軸方向に順次
   移動させる像位置移動手段（２６、２８；４０、４１）
   を設けたことを特徴とするパターン検査装置。 ２）前記像位置移動手段は、前記対物レンズ（２６）と
   、該対物レンズを前記光軸方向に移動させるレンズ駆動
   手段（２８等）とからなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のパターン検査装置。 ３）前記レンズ駆動手段は、前記対物レンズが固定され
   所定の駆動信号によって駆動されるピエゾ素子を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のパターン
   検査装置。 ４）前記像位置移動手段は、前記対物レンズの前段に配
   置された超音波波偏向器（４０）と、該超音波偏向器に
   対して焦点距離の順次変化するシリンドリカルレンズ効
   果を生じさせる偏向器駆動手段（４１）とからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン検査
   装置。 ５）前記偏向器駆動手段は、前記シリンドリカルレンズ
   効果を生じる為の周波数変動を持つ駆動信号を前記超音
   波偏向器に与えることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載のパターン検査装置。