JP2008309532A - 3次元測定装置及び検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による3次元測定装置は、光源装置(1,2,3)からライン状の照明ビームを発生する。照明光学系(4,5)を介して試料表面(6)を走査する。試料から出射したライン状の反射ビームは、結像光学系(8,9)を介してその結像面上にスリット像を形成する。結像光学系の結像面に、2個のラインセンサ(10,11)により構成される光検出手段を配置する。光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報及び試料表面の2次元画像情報を出力する信号処理回路とを具える。信号処理回路は、2つのラインセンサの対応する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段(33)及び加算信号を出力する手段(34)を有し、差分信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報を出力し、前記加算信号に基づいて試料表面の2次元画像情報を出力する。
【選択図】 図1
Description
さらに、本発明は、試料表面を検査する検査装置にも関するものである。
さらに、半導体ウェハの表面検査やマスクブランクスの検査には高いスループットが要求されているため、試料表面を高速で3次元測定できる検査装置の開発が強く要請されている。
さらに、本発明の別の目的は、干渉計を用いることなく、干渉計と同程度の高い分解能で試料表面を3次元測定でき、比較的安価に製造できると共に製造上の作業性も比較的容易な3次元測定装置を実現することにある。
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射した反射光を集光して結像面上に結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、試料表面から出射したライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報及び試料表面の2次元画像情報を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記ライン状照明ビームの延在方向に沿って配列された複数の受光素子を有する第1及び第2のラインセンサにより構成され、
前記信号処理回路は、2つのラインセンサの対応する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段及び加算信号を出力する手段を有し、差分信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報を出力し、前記加算信号に基づいて試料表面の2次元画像情報を出力することを特徴とする。
ライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射した反射光を集光して結像面上に結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、試料表面から出射したライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位を検出して欠陥検出信号を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記ライン状照明ビームの延在方向に沿って配列された複数の受光素子を有する第1及び第2のラインセンサにより構成され、
前記信号処理回路は、2つのラインセンサの対応する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段、及び差分信号を基準信号と比較する比較手段を有し、比較手段による比較結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする。
また、干渉計を用いることなく、試料表面高さ方向の変位分布を数nmの分解能で検出することができるので、製造の作業性及び製造コストが大幅に低減した3次元測定装置及び検査装置が実現される。
スリット3の開口部の幅:5μm
照明光の波長:550nm
対物レンズの開口数(NA):0.13
横倍率:1
シュミュレーション結果を図3Aに示す。
≒4.5μmとなり、試料表面の4.5μmにわたる高さ方向の変位が測定される。試料表面の高さ方向の変位と結像面上の変位との関係を図4に示す。尚、階調を10ビットに設定すると、分解能は、
4500nm÷1023≒4.4nmとなる。すなわち、nmオーダの分解能で試料表面の高さ方向の変位を測定することが可能である。
尚、各画素の高さ情報として、差分値(a-i−b-i)を用いたが、差分値を加算値で除算して正規化した差分値を用いることもできる。
尚、正規化回路56からの出力信号は、焦点誤差信号に相当するから、当該出力信号に基づいて光学系支持部材12をZ軸方向に駆動する駆動機構13の駆動信号を生成することができる。
2 集光レンズ
3 スリット
4 コリメータレンズ
5 照明レンズ
6 試料
7 ステージ
8 対物レンズ
9 結像レンズ
10 第1のラインセンサ
11 第2のラインセンサ
12 支持部材
13 駆動機構
14 駆動回路1
15 XY駆動機構
31,35 前置増幅器
32,36 A/D変換器
33 減算器
34 加算器
37,38 画像メモリ
39 ピクセルカウンタ
40 ステージ位置カウンタ
Claims (7)
- ライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射した反射光を集光して結像面上に結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、試料表面から出射したライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報及び試料表面の2次元画像情報を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記ライン状照明ビームの延在方向に沿って配列された複数の受光素子を有する第1及び第2のラインセンサにより構成され、
前記信号処理回路は、2つのラインセンサの対応する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段及び加算信号を出力する手段を有し、差分信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位情報を出力し、前記加算信号に基づいて試料表面の2次元画像情報を出力することを特徴とする3次元測定装置。 - 請求項1に記載の3次元測定装置において、前記第1及び第2のラインセンサは、前記結像光学系の結像面上に互いに直接隣接するように配置され、2つラインセンサの各受光素子は、ラインセンサの境界線をはさんで互いに対向するように配置されていることを特徴とする3次元測定装置。
- 請求項1に記載の3次元測定装置において、前記結像光学系と2つのラインセンサとの間に、試料表面から出射したライン状反射ビームを分割するビームスプリッタを配置し、ビームスプリッタにより分割された一方の反射ビームを第1のラインセンサにより受光し、他方の反射ビームを第2のラインセンサにより受光することを特徴とする3次元測定装置。
- 請求項1、2又は3に記載の3次元測定装置において、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段を有し、前記ラインセンサの受光素子の位置情報及びステージ位置検出手段から出力されるステージ位置情報に基づいて試料表面のアドレス情報を出力し、当該アドレス情報と前記差分信号出力とに基づいて試料表面の高さ方向の変位分布を出力することを特徴とする3次元測定装置。
- 請求項1、2、3又は4に記載の3次元測定装置において、前記光源装置、照明光学系、結像光学系、及び光検出手段を支持部材上に保持し、当該支持部材には、試料ステージをその試料支持面と直交する方向に駆動する駆動機構を連結し、前記差分信号から焦点誤差信号を形成し、得られた焦点誤差信号に基づいて前記駆動機構を作動させてフォーカス制御を行うことを特徴とする3次元測定装置。
- 試料表面を光学的に検査する検査装置であって、
ライン状の照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射したライン状照明ビームを、試料表面に対して斜めに投射する照明光学系と、
試料表面から出射した反射光を集光して結像面上に結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に配置され、試料表面から出射したライン状の反射ビームを受光する光検出手段と、
前記試料を支持すると共に当該試料をライン状照明ビームの延在方向と直交する方向に移動させるステージと、
光検出手段からの出力信号に基づいて試料表面の高さ方向の変位を検出して欠陥検出信号を出力する信号処理回路とを具え、
前記光検出手段は、前記ライン状照明ビームの延在方向に沿って配列された複数の受光素子を有する第1及び第2のラインセンサにより構成され、
前記信号処理回路は、2つのラインセンサの対応する受光素子の出力信号間の差分信号を出力する手段、及び差分信号を基準信号と比較する比較手段を有し、比較手段による比較結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする検査装置。 - 請求項6に記載の検査装置において、前記信号処理回路は、さらに、2つのラインセンサの対応する受光素子の出力信号間の加算信号を出力する手段と、加算信号を基準信号と比較する比較手段とを有し、比較手段からの出力結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする検査装置。
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