JP3367204B2 - Semiconductor inspection equipment - Google Patents

Semiconductor inspection equipment

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JP3367204B2
JP3367204B2 JP12662594A JP12662594A JP3367204B2 JP 3367204 B2 JP3367204 B2 JP 3367204B2 JP 12662594 A JP12662594 A JP 12662594A JP 12662594 A JP12662594 A JP 12662594A JP 3367204 B2 JP3367204 B2 JP 3367204B2
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和弘 西田
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
のパターンの幅等の微小寸法を計測するのに好適な半導
体検査装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】共焦点走査方式レーザ顕微鏡は、従来よ
り主として半導体集積回路の製造に際し、ウェハーやマ
スク上に形成されたパターンの幅等の寸法を計測するの
に利用されている。 【0003】共焦点走査方式レーザ顕微鏡の原理図を図
4(a)および図4(b)に示す。図4(a)におい
て、レーザ発振器1から出射されたレーザ光2aはター
ニングミラー3で反射され、レンズ4によって集光され
てピンホール5に通される。ピンホール5を通過したレ
ーザ光2aは、ビームスプリッタ6を透過して対物レン
ズ7で収束されて、試料(ウェハーやマスクあるいはレ
チクル)8に照射される。試料8の表面で反射された反
射光2bは、前記ビームスプリッタ6で反射されて、ピ
ンホール9を通過して光電子増倍管10によって光電変
換され、電気信号として検出される。 【0004】このようなレーザ顕微鏡で寸法測定を行な
う時は、レーザ光2aの焦点Fの位置を図4(a)のよ
うにパターン11の下(またはパターン11の上)の位
置に合わせて固定する。そして、スキャンコントローラ
12により試料8を高周波でX軸方向にスキャンさせな
がら、図示しないXYステージでY軸方向にゆっくりと
移動させる。このとき、図4(a)のようにビームスポ
ットがパターン11の下を通過している時は反射光2b
はすべてピンホール9を通過するので、光電子増倍管1
0の出力は最も高くなる。これに対し、図4(b)のよ
うにビームスポットがパターン11の上を通過している
時は、反射光2bはピンホール9の位置でフォーカスせ
ず、その大部分がそのピンホール9により遮られるので
光電子増倍管10の出力は最も低くなる。したがって、
スキャンコントローラ12によるスキャンに同期して光
電子増倍管10の出力に応じた輝度をテレビモニタ13
上に順次描いていくことにより、パターンの拡大画像1
4がテレビモニタ13に映し出され、その拡大画像14
に基づいてパターン11の線幅の自動計測等を高精度で
行なうことが可能となる。 【0005】以上の原理を用いた共焦点走査方式レーザ
顕微鏡の具体例を図5を参照して説明する。図5は、米
国Siscan−Systems社の製品である共焦点
走査方式レーザ顕微鏡(商品名Siscan−IIA)の
装置構成図である。この共焦点走査方式レーザ顕微鏡
は、信号ケーブル15で相互に接続された光学モジュー
ル16とワークステーション17により構成されてい
る。 【0006】光学モジュール16は、エアサスペンショ
ン18で支持された基台19上にXYステージ20が取
り付けられ、さらにその上部にスキャナー21が設置さ
れている。試料はスキャナー21上に真空吸着によりチ
ャックされて保持されるようになっている。スキャナー
21の上方にはフォーカス装置22が配置され、レーザ
ーヘッド23から出射されるレーザ光を対物レンズ7で
収束してスキャナー21上の試料に照射する。そして、
レーザーヘッド23内には前記図4(a)および図4
(b)に示した光学系が収容されている。また、レーザ
ヘッド23に隣接して、試料のレーザ照射位置付近の画
像を撮影するためのズームレンズ付テレビカメラ24が
下方に向けて配設されている。さらに、基台19の下方
には、電気回路シャーシ25、試料をチャックするため
の真空機器等の各種インジケータ26、レーザ用電源2
7や、試料をハンドリングしてスキャナー21上にセッ
トするとともに、そこから取り外すためのロボットの制
御装置等が設けられている。 【0007】一方、ワークステーション17には、操作
盤(キーボード)28、テレビモニタ13、プリンタ2
9、CPUを含む制御装置30が備えられ、前記光学モ
ジュール16がこのワークステーション17から操作で
きるようになっていると共に、テレビモニタ13には、
レーザ光による観測画像とテレビカメラ24による撮影
画像、および操作に必要なメニューなどが表示されるよ
うになっている。 【0008】次に、図5の共焦点走査方式レーザ顕微鏡
のシステム構成を図6に示す。試料8は、ウェハー・ハ
ンドリング・ロボット31によりスキャナー21上に搬
送されてチャックされている。レーザ発振器1からのレ
ーザ光2aは前記光学モジュール16を介して対物レン
ズ7から出射され、試料8に照射される。そして、その
反射光2bは光電子増倍管10で受光、検出される。 【0009】ワークステーション17のコンピュータ・
システム30はバス32を介して各部を制御する。すな
わち、ウェハーハンドラー制御部33はウェハー・ハン
ドリング・ロボット31を駆動して、試料8の搬出、搬
入を行なう。また、XYステージモータ制御部34は、
XYステージ20を駆動して、試料8の所望の被検査箇
所をレーザ光2aのスキャン範囲として位置決めを行な
う。また、Z軸フォーカス制御部35は、対物レンズ7
を上下方向に動かすことにより、試料8上のパターンの
下または上に焦点を合わせる。そして、焦点があったら
対物レンズ7の高さをそこに固定する。 【0010】スキャン制御および同期回路36は、スキ
ャン制御としてスキャン用波形の読み出しや同期制御を
行なうものである。ライン・スキャン波形メモリ37
は、サイン波等のスキャン用波形を記憶しており、スキ
ャン制御および同期回路36からの指令により、記憶し
ているスキャン波形を高速(たとえば2kHz)で読み
出す。読み出されたスキャン波形は、D/Aコンバータ
38でアナログ波形に変換され、アンプ39aを介して
スキャナー21のアクチュエータ(ボイス・コイル・モ
ータ、圧電素子等)をX軸方向に駆動し、レーザ光2a
照射位置をスキャニングする。スキャニング速度は速度
フィードバックにより規定速度に保持されている。 【0011】前記光電子増倍管10の出力は、プリアン
プ39bを介してA/Dコンバータ40でディジタル信
号に変換される。ピクセルタイミングおよび同期回路4
1は、各走査で連続して得られる光電子増倍管10の検
出情報とX軸上の位置との対応関係を取るものであっ
て、A/Dコンバータ40から順次出力されるデータに
対し、1走査ライン上のアドレスを与えてライン・スキ
ャン・ピクセル・メモリ42に取り込む。なお、ライン
・スキャン歪みメモリ43は、スキャン用波形と実際の
スキャナー21の動きのずれ等を補正して、正確なパタ
ーンがライン・スキャン・ピクセル・メモリ42に取り
込まれるようにするものである。 【0012】試料8のスキャニングは、XYステージ2
0のY軸を一定速度でゆっくり動かしながら行なわれ、
このとき、各スキャン毎にライン・スキャン・ピクセル
・メモリ42の内容がビデオ・ディスプレイ・メモリ4
4に順次取り込まれていき、これによってXY平面上の
所望の範囲のパターン画像がテレビモニタ13上のイメ
ージモニタ45の表示領域に表示される。また、テレビ
モニタ13上のグラフィックモニタ46の表示領域に
は、イメージモニタ45上においてカーソルで指示した
Y軸位置のX軸方向の光電子増倍管10の検出波形が表
示される。パターン幅の計測では、イメージモニタ45
上においてカーソルで指示した範囲について、ビデオ・
ディスプレイ・メモリ44に記憶されているパターンの
ピクセル数をカウントし、カーソル内のY軸方向各位置
のカウント値を平均した値を自動演算し、その結果が数
値としてテレビモニタ13上に表示される。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述する半
導体検査装置では、光源であるレーザ発振器の出力変動
やノイズ等により、レーザ発振器が出力するレーザ光の
強度が変動する。このために、ウエハーやマスクに形成
された膜の寸法を数nmの精度で測定しようとした場
合、光電子増倍管によって検出される上記膜の寸法情報
を示す信号に対して、このレーザ光の強度変動がノイズ
成分となって測定の再現性が低下するという問題があ
る。 【0014】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、光源であるレーザ発信器が出力するレ
ーザ光に強度変動が含まれている場合であっても、測定
の再現性が低下することのない半導体検査装置を提供す
ることを目的とする。 【0015】 【課題を解決するための手段】本発明による半導体検査
装置は、上述する問題を解決するために、レーザ光を対
象物に照射するレーザ発振手段と、該対象物からの反射
光の強度を検出する第1の検出手段と、前記レーザ光の
強度を検出する第2の検出手段と、前記反射光の強度を
前記レーザ光の強度によって除算した情報を発生する除
算手段とを具備し、該情報に基づいて前記対象物の表面
形状を表す情報を形成することを特徴とする。 【0016】 【作用】本発明による半導体検査装置によれば、第1の
検出手段の出力である被測定物の反射光の強度を示す信
号は、除算手段により第2の検出手段の出力であるレー
ザ光の強度を示す信号によって除算される。これによっ
て、第1の検出手段の出力信号として得られる対象物の
表面形状を表す情報に含まれるノイズ成分が除去され
る。 【0017】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図3を参
照して説明する。本実施例の半導体検査装置は、上述し
た共焦点走査方式レーザ顕微鏡を基本として、これに光
電子増倍管の出力信号に含まれるノイズ成分を除去させ
るために、以下に示す各装置を付加した構成になってい
る。なお、本発明による半導体検査装置において、図4
から図6に示した従来の半導体検査装置と構成の同一部
分には同一符号を付してその説明を省略する。 【0018】図1は、本実施例の半導体検査装置におけ
る光学系を示す図である。図において、符号47、4
8、49、58、59はターニングミラー、51はビー
ムエキスパンダ、52はコリメータレンズ、また80は
第2の光電子増倍管(第2の検出手段)である。 【0019】レーザ発振器1から出射されたレーザ光2
aは、ターニングミラー47、48によって反射されて
ビームスプリッタ6に入射される。このビームスプリッ
タ6に入射されたレーザ光2aは、ビームスプリッタ6
を透過してビームエキスパンダ51に入射され、ここで
集光されてピンホールを通過した後、コリメータレンズ
52に入射される。コリメータレンズ52においてレー
ザ光2aは、平行光線に整えられた後、ターニングミラ
ー49によって反射されて対物レンズ7に入射される。
対物レンズ7は、入射されたレーザ光2aを高精度に集
光させて試料8に照射する。 【0020】試料8に照射されたレーザ光2aは、試料
8の表面に形成される膜の反射率に応じて変調され、反
射される。この試料8によって反射された反射光2b
は、再びターニングミラー49によって反射されてコリ
メータレンズ52において集光され、ビームエキスパン
ダ51に設けられたピンホールを通過した後、平行光線
に整えられてビームスプリッタ6に入射される。そし
て、反射光2bは、ビームスプリッタ6によって全反射
され、ターニングミラー58によって進行方向を変えら
れて光電子増倍管10(第1の検出手段)に入射され
る。光電子増倍管10に入射された反射光2bは、ここ
で光電変換されて試料8の表面に形成された膜の反射率
に応じて生じた強度変化が検出される。 【0021】また、先にも説明したように、試料8に照
射されるレーザ光2aは、レーザ発振器1の出力変動や
ノイズ等によって強度変動を生じている。このため、光
電子増倍管10は、上記測定しようとする試料8の膜の
寸法に応じて生じた強度変化と同時に、上記レーザ発振
器1の出力変動やノイズ等によって生じる強度変動をノ
イズ成分として検出する。 【0022】一方、ビームスプリッタ6に入射されたレ
ーザ発振器の直接光であるレーザ光2aは、その一部が
反射されてターニングミラー59によって進行方向を変
えられて第2の光電子増倍管80に入射され、上記レー
ザ発振器1の出力変動やノイズ等によって生じるレーザ
光2aのノイズ成分が検出される。 【0023】次に、図2は、本発明による半導体検査装
置の一例を示すシステム構成図である。この半導体検査
装置は、図6に示す従来の半導体検査装置に対して、上
記光電子増倍管80の出力を増幅する増幅器81、およ
び光電子増倍管10の出力信号を光電子増倍管80の出
力信号によって除算する除算器82を付加した構成にな
っている。 【0024】試料8の表面に形成された膜の幅に応じて
生じたレーザ光2bの強度変化は、光電子増倍管10に
よって電気信号に変換され、プリアンプ39bによって
高S/Nで増幅された後、除算器82に入力される。ま
た、レーザ発振器1の出力変動やノイズ等によって生じ
るレーザ光2aの強度変化は、光電子増倍管80によっ
て電気信号に変換されて、プリアンプ81によって高S
/Nで増幅された後、除算器82に入力される。この除
算器82では、光電子増倍管10の出力信号が光電子増
倍管80の出力信号によって除算され、次段のA/Dコ
ンバータに入力されるようになっている。 【0025】ここで、図3を参照して、光電子増倍管1
0の出力信号を光電子増倍管80の出力信号で除算する
ことによって、光電子増倍管10の出力信号に含まれる
レーザ発振器1の出力変動やノイズ等によって生じるノ
イズ成分が除去される原理について詳しく説明する。 【0026】いま、光電子増倍管80が出力する信号を
A、光電子増倍管10が出力する信号をB、そして除算
器82が出力する信号をCとする。出力信号Bは、光源
であるレーザ発振器1の出力するレーザ光2aを直接光
電子増倍管80によって光電変換して得られた信号であ
り、レーザ発振器1による強度変動成分を含んでいる。
一方、信号Bは、レーザ発振器1が出力したレーザ光2
aを試料8に照射し、このレーザ光2aが試料8の表面
に形成された膜の反射率の差によって強度変化を受けて
反射された反射光2bを光電子増倍管10によって光電
変換して得られた信号である。したがって、信号Bは、
試料8の表面に形成された膜による強度変化成分に、光
源であるレーザ発振器1の出力変動やノイズによって生
じる上記強度変動がノイズ成分として重畳されている。 【0027】以上のことから、試料8の表面に形成され
た膜による強度変化成分をDとすると、信号Bは、(A
×D)として表される。したがって、光電子増倍管10
が出力する信号Bを光電子増倍管80が出力する信号A
により除算することによって、除算器82が出力する信
号Cは、 C=(A×D)/A=D として表され、光源であるレーザ発振器1の出力変動や
ノイズによって生じる強度変動によるノイズ成分が除去
されて、試料8の表面に形成された膜による強度変化成
分Dのみが出力される。 【0028】以上説明したように、本実施例の半導体検
査装置によれば、光電子増倍管10の出力信号に含まれ
るレーザ発振器1の出力変動やノイズによって生じる強
度変動によるノイズ成分は、レーザ光2aの強度変動を
検出する第3の光電子増倍管80の出力信号で除算され
ることにより除去される。これによって、除算器82の
出力信号には、試料8の表面に形成された膜の寸法に係
わる信号のみが出力され、寸法測定の再現性が向上す
る。 【0029】以上に本発明による半導体検査装置の一実
施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定さ
れるものではなく、各部の具体的な構成において種々の
設計的な変更を行ない得ることは勿論である。 【0030】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る半導体検査装置によれば、第2の検出手段の出力信号
として得られる対象物の表面形状を表す情報に含まれる
ノイズ成分が除去され、微小寸法の測定の再現性が向上
する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor inspection apparatus suitable for measuring minute dimensions such as the width of a pattern of a semiconductor integrated circuit. 2. Description of the Related Art A confocal scanning laser microscope has been conventionally used mainly for measuring dimensions such as the width of a pattern formed on a wafer or a mask when manufacturing a semiconductor integrated circuit. FIGS. 4A and 4B show the principle of a confocal scanning laser microscope. 4A, a laser beam 2a emitted from a laser oscillator 1 is reflected by a turning mirror 3, collected by a lens 4, and passed through a pinhole 5. FIG. The laser beam 2 a passing through the pinhole 5 is transmitted through the beam splitter 6, is converged by the objective lens 7, and is irradiated on the sample (wafer, mask, or reticle) 8. The reflected light 2b reflected by the surface of the sample 8 is reflected by the beam splitter 6, passes through the pinhole 9, is photoelectrically converted by the photomultiplier tube 10, and is detected as an electric signal. When measuring the dimensions with such a laser microscope, the position of the focal point F of the laser beam 2a is fixed to the position below (or above) the pattern 11 as shown in FIG. I do. The sample 8 is slowly moved in the Y-axis direction on an XY stage (not shown) while the sample 8 is scanned in the X-axis direction at a high frequency by the scan controller 12. At this time, when the beam spot passes under the pattern 11 as shown in FIG.
All pass through the pinhole 9, the photomultiplier tube 1
The output of 0 is the highest. On the other hand, when the beam spot passes over the pattern 11 as shown in FIG. 4B, the reflected light 2 b is not focused at the position of the pinhole 9 and most of the reflected light 2 b Since the light is blocked, the output of the photomultiplier tube 10 becomes the lowest. Therefore,
The brightness according to the output of the photomultiplier tube 10 is adjusted in synchronism with the scan by the scan controller 12.
By drawing sequentially on the top, the enlarged image 1 of the pattern
4 is displayed on the television monitor 13 and the enlarged image 14
, It is possible to automatically measure the line width of the pattern 11 with high accuracy. A specific example of a confocal scanning laser microscope based on the above principle will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an apparatus configuration diagram of a confocal scanning laser microscope (trade name: Siscan-IIA), which is a product of Siscan-Systems, USA. This confocal scanning laser microscope includes an optical module 16 and a workstation 17 interconnected by a signal cable 15. In the optical module 16, an XY stage 20 is mounted on a base 19 supported by an air suspension 18, and a scanner 21 is further mounted on the XY stage 20. The sample is chucked and held on the scanner 21 by vacuum suction. A focusing device 22 is disposed above the scanner 21, and converges a laser beam emitted from the laser head 23 by the objective lens 7 and irradiates the sample on the scanner 21. And
In the laser head 23, as shown in FIG.
The optical system shown in FIG. Further, a television camera 24 with a zoom lens for photographing an image near the laser irradiation position of the sample is disposed downwardly adjacent to the laser head 23. Further, below the base 19, an electric circuit chassis 25, various indicators 26 such as vacuum equipment for chucking a sample, a laser power supply 2
And a robot controller for handling the sample, setting it on the scanner 21, and removing it from the scanner 21. On the other hand, an operation panel (keyboard) 28, a television monitor 13, a printer 2
9. A control device 30 including a CPU is provided so that the optical module 16 can be operated from the workstation 17 and the television monitor 13 has
An observation image by the laser beam, an image photographed by the television camera 24, a menu necessary for operation, and the like are displayed. Next, FIG. 6 shows a system configuration of the confocal scanning laser microscope shown in FIG. The sample 8 is transferred onto the scanner 21 by the wafer handling robot 31 and chucked. The laser beam 2a from the laser oscillator 1 is emitted from the objective lens 7 via the optical module 16 and irradiates the sample 8. Then, the reflected light 2b is received and detected by the photomultiplier tube 10. The computer of the workstation 17
The system 30 controls each unit via a bus 32. That is, the wafer handler control unit 33 drives the wafer handling robot 31 to carry out and carry in the sample 8. The XY stage motor control unit 34
The XY stage 20 is driven to position a desired portion to be inspected on the sample 8 as a scan range of the laser beam 2a. Further, the Z-axis focus control unit 35
Is moved up and down to focus below or above the pattern on the sample 8. Then, when there is a focus, the height of the objective lens 7 is fixed there. [0010] The scan control and synchronization circuit 36 performs reading of a scan waveform and synchronization control as scan control. Line scan waveform memory 37
Stores a scan waveform such as a sine wave, and reads out the stored scan waveform at a high speed (for example, 2 kHz) in response to a command from the scan control and synchronization circuit 36. The read scan waveform is converted into an analog waveform by the D / A converter 38, and the actuator (voice coil motor, piezoelectric element, etc.) of the scanner 21 is driven in the X-axis direction via the amplifier 39a, and the laser light 2a
Scan the irradiation position. The scanning speed is maintained at a specified speed by speed feedback. The output of the photomultiplier tube 10 is converted into a digital signal by an A / D converter 40 via a preamplifier 39b. Pixel timing and synchronization circuit 4
Numeral 1 designates a correspondence relationship between the detection information of the photomultiplier tube 10 continuously obtained in each scan and the position on the X-axis. An address on one scan line is given and taken into the line scan pixel memory 42. The line scan distortion memory 43 corrects a deviation between the scan waveform and the actual movement of the scanner 21 and the like, so that an accurate pattern is taken into the line scan pixel memory 42. The scanning of the sample 8 is performed on the XY stage 2
It is performed while slowly moving the Y axis of 0 at a constant speed,
At this time, the contents of the line scan pixel memory 42 are stored in the video display memory 4 for each scan.
4, the pattern images in a desired range on the XY plane are displayed in the display area of the image monitor 45 on the television monitor 13. In the display area of the graphic monitor 46 on the television monitor 13, a detected waveform of the photomultiplier tube 10 in the X-axis direction at the Y-axis position indicated by the cursor on the image monitor 45 is displayed. In the measurement of the pattern width, the image monitor 45
For the area indicated by the cursor above,
The number of pixels of the pattern stored in the display memory 44 is counted, the average value of the count value at each position in the Y-axis direction in the cursor is automatically calculated, and the result is displayed on the television monitor 13 as a numerical value. . In the above-described semiconductor inspection apparatus, the intensity of the laser beam output from the laser oscillator fluctuates due to output fluctuation or noise of the laser oscillator serving as a light source. For this reason, when an attempt is made to measure the dimensions of a film formed on a wafer or a mask with a precision of several nanometers, a signal indicating the dimensional information of the film detected by a photomultiplier tube indicates that the laser light There is a problem that the intensity fluctuation becomes a noise component and the reproducibility of the measurement decreases. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the reproducibility of measurement can be improved even when the laser beam output from the laser light source, which is a light source, includes an intensity fluctuation. It is an object of the present invention to provide a semiconductor inspection apparatus in which the semiconductor device does not decrease. [0015] In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor inspection apparatus according to the present invention comprises: a laser oscillating means for irradiating a laser beam to an object; A first detecting means for detecting the intensity, a second detecting means for detecting the intensity of the laser light, and a dividing means for generating information obtained by dividing the intensity of the reflected light by the intensity of the laser light. And forming information representing a surface shape of the object based on the information. According to the semiconductor inspection apparatus of the present invention, the signal indicating the intensity of the reflected light of the device under test, which is the output of the first detecting means, is the output of the second detecting means by the dividing means. It is divided by a signal indicating the intensity of the laser light. Thus, the noise component included in the information representing the surface shape of the object obtained as the output signal of the first detection means is removed. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The semiconductor inspection apparatus of the present embodiment is based on the confocal scanning laser microscope described above, and is configured by adding the following devices to remove noise components included in the output signal of the photomultiplier tube. It has become. In the semiconductor inspection apparatus according to the present invention, FIG.
6 are assigned the same reference numerals as in the conventional semiconductor inspection apparatus shown in FIG. FIG. 1 is a diagram showing an optical system in a semiconductor inspection apparatus according to the present embodiment. In the figure, reference numerals 47, 4
8, 49, 58 and 59 are turning mirrors, 51 is a beam expander, 52 is a collimator lens, and 80 is a second photomultiplier tube (second detecting means). Laser light 2 emitted from laser oscillator 1
a is reflected by the turning mirrors 47 and 48 and enters the beam splitter 6. The laser beam 2a incident on the beam splitter 6 is
Is transmitted to the beam expander 51, is condensed here, passes through the pinhole, and then is incident on the collimator lens 52. The laser light 2 a is collimated by the collimator lens 52 and then reflected by the turning mirror 49 to be incident on the objective lens 7.
The objective lens 7 converges the incident laser beam 2a with high precision and irradiates the sample 8 with the laser beam 2a. The laser beam 2a applied to the sample 8 is modulated and reflected according to the reflectance of a film formed on the surface of the sample 8. Reflected light 2b reflected by this sample 8
Is reflected again by the turning mirror 49, condensed by the collimator lens 52, passes through a pinhole provided in the beam expander 51, is adjusted into parallel rays, and is incident on the beam splitter 6. Then, the reflected light 2b is totally reflected by the beam splitter 6, is changed its traveling direction by a turning mirror 58, and is incident on the photomultiplier tube 10 (first detecting means). The reflected light 2b incident on the photomultiplier tube 10 is photoelectrically converted here, and an intensity change generated according to the reflectance of the film formed on the surface of the sample 8 is detected. As described above, the intensity of the laser beam 2a applied to the sample 8 fluctuates due to fluctuations in the output of the laser oscillator 1 and noise. Therefore, the photomultiplier tube 10 detects, as a noise component, an intensity variation caused by the output variation of the laser oscillator 1 or noise or the like at the same time as the intensity variation caused according to the dimension of the film of the sample 8 to be measured. I do. On the other hand, a part of the laser light 2a, which is the direct light of the laser oscillator, incident on the beam splitter 6, is reflected, the traveling direction is changed by the turning mirror 59, and the laser light 2a is transmitted to the second photomultiplier tube 80. The noise component of the laser beam 2a which is incident and is caused by the output fluctuation of the laser oscillator 1, the noise or the like is detected. Next, FIG. 2 is a system configuration diagram showing an example of a semiconductor inspection apparatus according to the present invention. This semiconductor inspection apparatus is different from the conventional semiconductor inspection apparatus shown in FIG. 6 in that an amplifier 81 for amplifying the output of the photomultiplier tube 80 and an output signal of the photomultiplier tube 10 are output from the photomultiplier tube 80. The configuration is such that a divider 82 for dividing by a signal is added. The intensity change of the laser beam 2b generated according to the width of the film formed on the surface of the sample 8 is converted into an electric signal by the photomultiplier tube 10 and amplified by the preamplifier 39b with high S / N. Thereafter, it is input to the divider 82. Further, a change in the intensity of the laser light 2 a caused by an output fluctuation or noise of the laser oscillator 1 is converted into an electric signal by the photomultiplier tube 80, and the high-
After being amplified by / N, it is input to the divider 82. In the divider 82, the output signal of the photomultiplier tube 10 is divided by the output signal of the photomultiplier tube 80, and is input to the next-stage A / D converter. Here, referring to FIG. 3, the photomultiplier tube 1
The principle of dividing the output signal of 0 by the output signal of the photomultiplier tube 80 to remove noise components caused by output fluctuation of the laser oscillator 1 and noise included in the output signal of the photomultiplier tube 10 will be described in detail. explain. Now, let A be the signal output by the photomultiplier tube 80, B be the signal output by the photomultiplier tube 10, and C be the signal output by the divider 82. The output signal B is a signal obtained by directly photoelectrically converting the laser light 2 a output from the laser oscillator 1 as a light source by the photomultiplier 80, and includes an intensity fluctuation component by the laser oscillator 1.
On the other hand, the signal B is the laser light 2 output from the laser oscillator 1.
The sample 8 is irradiated with the laser beam 2a, and the laser beam 2a undergoes an intensity change due to the difference in the reflectance of the film formed on the surface of the sample 8, and the reflected light 2b reflected by the photomultiplier 10 is photoelectrically converted by the photomultiplier tube 10. This is the obtained signal. Therefore, signal B is
On the intensity change component due to the film formed on the surface of the sample 8, the intensity change caused by the output fluctuation of the laser oscillator 1 as a light source or noise is superimposed as a noise component. From the above, assuming that the intensity change component due to the film formed on the surface of the sample 8 is D, the signal B becomes (A
× D). Therefore, the photomultiplier tube 10
The signal B output by the photomultiplier tube 80 is the signal A output by the photomultiplier tube 80.
The signal C output from the divider 82 is expressed as C = (A × D) / A = D, and the noise component due to the output fluctuation of the laser oscillator 1 which is the light source and the intensity fluctuation caused by the noise is expressed as follows. Only the intensity change component D due to the film formed on the surface of the sample 8 after being removed is output. As described above, according to the semiconductor inspection apparatus of this embodiment, the noise component due to the output fluctuation of the laser oscillator 1 and the intensity fluctuation caused by the noise included in the output signal of the photomultiplier tube 10 is the laser light. It is removed by dividing by the output signal of the third photomultiplier tube 80 for detecting the intensity fluctuation of 2a. As a result, as the output signal of the divider 82, only a signal related to the dimension of the film formed on the surface of the sample 8 is output, and the reproducibility of the dimension measurement is improved. Although one embodiment of the semiconductor inspection apparatus according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes can be made in the specific configuration of each part. Of course. As described above in detail, according to the semiconductor inspection apparatus of the present invention, the noise component included in the information representing the surface shape of the object obtained as the output signal of the second detection means Is removed, and the reproducibility of measurement of minute dimensions is improved.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による半導体検査装置の光学系の一例を
示す図である。 【図2】本発明による半導体検査装置の一例を示すシス
テム構成図である。 【図3】本発明による半導体検査装置のノイズキャンセ
ル原理を説明する図である。 【図4】従来の共焦点走査方式レーザ顕微鏡の測定原理
を示す図である。 【図5】従来の半導体検査装置の一例を示す正面図であ
る。 【図6】従来の半導体検査装置の一例を示すシステム構
成図である。 【符号の説明】 1 レーザ発振器 6 ビームスプリッタ 7 対物レンズ 8 試料 10 光電子増倍管(第1の検出手段) 51 ビームエキスパンダ 52 コリメータレンズ 80 第2の光電子増倍管(第2の検出手段) 81 プリアンプ 82 除算器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical system of a semiconductor inspection device according to the present invention. FIG. 2 is a system configuration diagram showing an example of a semiconductor inspection device according to the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of noise cancellation of the semiconductor inspection device according to the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement principle of a conventional confocal scanning laser microscope. FIG. 5 is a front view showing an example of a conventional semiconductor inspection device. FIG. 6 is a system configuration diagram showing an example of a conventional semiconductor inspection device. [Description of Signs] 1 Laser oscillator 6 Beam splitter 7 Objective lens 8 Sample 10 Photomultiplier tube (first detection means) 51 Beam expander 52 Collimator lens 80 Second photomultiplier tube (second detection means) 81 Preamplifier 82 Divider

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/24 G02B 27/00 H01L 21/66 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/24 G02B 27/00 H01L 21/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 レーザ発振手段から出射されたレーザ光
を試料に照射し、該試料から得られる反射光の強度を検
出することによって試料の微小寸法を計測する半導体検
査装置であって、 レーザ発振手段から出射されたレーザ光の一部を反射さ
せると共に、残りのレーザ光を透過させ、かつ、この透
過方向から入射した反射光を全反射するビームスプリッ
タと、 該ビームスプリッタを透過したレーザ光を集光した後ピ
ンホールを通過させるビームエキスパンダと、 該ビームエキスパンダから出射したレーザ光を高精度に
集光して試料に照射する対物レンズと、 試料で反射し、前記対物レンズ及びビームエキスパンダ
を通過してビームスプリッタで全反射した反射光の強度
を検出する第1の検出手段と、 前記ビームスプリッタで一部反射したレーザ光の強度を
検出する第2の検出手段と、 前記第1の検出手段から得られる反射光の強度を前記第
2の検出手段から得られる反射光の強度によって除算す
ることにより、反射光の強度に含まれるレーザ光の強度
変動を除去する除算手段と を具備する ことを特徴とする
半導体検査装置。
(57) [Claims] [Claim 1] Laser light emitted from laser oscillation means
Is irradiated on the sample, and the intensity of the reflected light obtained from the sample is detected.
Semiconductor inspection that measures the minute dimensions of the sample
Inspection device, which reflects a part of the laser light emitted from the laser oscillation means.
While transmitting the remaining laser light, and
A beam splitter that totally reflects the reflected light
Rain was condensed with data, the laser beam transmitted through the beam splitter
Beam expander that passes through the hole and the laser light emitted from the beam expander with high accuracy
An objective lens for converging and irradiating the sample, and an objective lens and a beam expander for reflecting the light from the sample
Of the reflected light that has passed through and totally reflected by the beam splitter
Detecting means for detecting the intensity of the laser light partially reflected by the beam splitter.
Detecting the intensity of the reflected light obtained from the second detecting means and the first detecting means;
Divide by the intensity of the reflected light obtained from the detecting means 2
The intensity of the laser light included in the intensity of the reflected light
A semiconductor inspection apparatus , comprising: division means for removing fluctuation .
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