JP4725692B2

JP4725692B2 - 段差形状測定装置

Info

Publication number: JP4725692B2
Application number: JP2000002821A
Authority: JP
Inventors: 洋青木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: JP2001194123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は落射照明型顕微鏡に用いられる段差形状測定装置に関し、特に集積回路の形状を把握する段差形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の段差形状測定装置を示すブロック構成図、図６は試料の走査順序の説明図である。
【０００３】
この段差形状測定装置は、光源１０２と、この光源１０２から射出されたレーザ光を反射する可動式ミラー１０３と、この可動式ミラー１０３で反射され、試料面１０６ａで反射されたレーザ光を検出する検出器１５５と、この検出器１５５の受光面１５５ａ上における結像位置のずれに基づいて段差形状の高さの差を算出する信号処理回路１５６と、この算出結果に基づいて画像を出力する画像表示装置１５７とで構成されている。
【０００４】
光源１０２には光源１０２の出力を制御するレーザドライバ１０１が接続されている。
【０００５】
可動式ミラー１０３はレーザ光を２次元的に走査する。可動式ミラー１０３にはモータが取り付けられ、モータによって所定の方向に自在に回転可能である。
【０００６】
可動式ミラー１０３と試料面１０６ａとの間にはレンズ１０４，１０５が配置され、試料面１０６ａと検出器１５５との間にはレンズ１０７，１０８が配置されている。
【０００７】
受光面１５５ａは、受光面１５５ａに照射されたレーザ光の位置を座標として検出する２次元受光素子である。検出器１５５には信号処理回路１５６が接続され、信号処理回路１５６には画像表示装置１５７が接続されている。
【０００８】
次に、この段差形状測定装置による段差形状の測定を説明する。
【０００９】
光源１０２から射出されたレーザ光は、可動式ミラー１０３及びレンズ１０４，１０５を介して試料面１０６ａを照射する。レーザ光は可動式ミラー１０３によって試料面１０６ａで反射光を走査する。試料面１０６ａで反射された光はレンズ１０７，１０８を介して受光面１５５ａで検出される。
【００１０】
試料面１０６ａが基準の位置１７１にあるとき、レーザ光は受光面１５５ａの原点１８１に結像されるものとする。試料面１０６ａが基準の位置１７１より高い位置であるとき、レーザ光は受光面１５５ａの原点１８１の右側にずれた位置１８２に結像される（図７参照）。
【００１１】
試料面１０６ａが基準の位置１７１より低い位置であるとき、レーザ光は原点１８１の左側へずれた位置１８３に結像される（図７参照）。
【００１２】
モータを駆動して試料面１０６ａ上を２次元的に走査したとき、段差があるときには前述のように検出器１５５でずれが検出される。このずれに基づいて信号処理回路１５６で段差形状が測定され、画像表示装置１５７で段差形状として表示される。
【００１３】
次に、試料面上の走査順序を図６に基づいて説明する。
【００１４】
走査開始位置をＳとしたとき（図６参照）、レーザ光を最初の行の左端（走査開始位置Ｓ）から右端へ、次に一転して２行目の左端から右端へ移動し、最下行まで走査する。
【００１５】
しかし、試料面１０６ａに対して可動式ミラー１０３を２次元的に走査しなければならないので、可動式ミラー１０３の駆動機構が複雑になるとともに、走査時間がかかってしまうという問題がある。
【００１６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、段差形状の測定を短時間で行うことができる安価な段差形状測定装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明の段差形状測定装置は、光源と、この光源からの光を段差形状を有する物体面に照射する照明光学系と、前記物体面で反射された光を検出する検出手段と、前記検出手段の受光面上における像に基づいて前記段差形状の高さの差を算出する信号処理手段とを備える段差形状測定装置において、前記照明光学系の前記物体面と共役な位置に配置され直線状のパターンを有する投影用スリットと、前記照明光学系の光路上に配置され、前記スリットを透過した光を走査するための光学手段と、前記スリットを透過した光を瞳面上で半分に遮蔽するための遮蔽板とを備え、前記検出手段は走査された前記スリットの像を検出する２次元受光素子であり、前記信号処理手段は前記２次元受光素子で検出された前記スリットの像の前記直線からのずれに基づいて前記段差形状の高さを算出することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の段差形状測定装置であって、前記検出手段は対物レンズを介して結像した前記スリットの像を受光することを特徴とする段差形状測定装置。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の段差形状測定装置であって、前記対物レンズを介して前記物体面を観察する観察部を有していることを特徴とする段差形状測定装置。
【００１８】
スリットを透過した光は光学手段で走査された後、照明光学系を介して試料を照射する。試料で反射された光は２次元受光素子で検出され、結像位置のずれに基づいて段差形状の高さの差を信号処理手段で算出する。光学手段は試料上で１次元的に走査し、２次元検出手段である２次元受光素子が光を検出する。２次元受光素子の受光面上では、物体面上の測定位置における段差形状の高さに応じて、２次元受光素子の受光面上の結像位置が相対的に横にずれる。物体面上をスリット像が走査され、２次元受光素子が段差形状に応じてこのスリット像を捉えるので、物体面の段差形状が測定される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１はこの発明の一実施形態に係る段差形状測定装置を組み込んだ顕微鏡システムを示すブロック構成図、図２は段差形状測定装置の測定原理を説明するための図、図３は測定中の試料の状態を示す斜視図、図４は段差形状の測定結果の例を示す図、図５は試料の走査順序の説明図である。なお、図５において、段差は省略されている。
【００２１】
この顕微鏡システムは、顕微鏡装置１と、段差形状測定装置５１とで構成されている。
【００２２】
顕微鏡装置１は、試料照明光学系２０と、リレーレンズ９と、試料面（物体面）５ａからの光を透過するハーフミラー５４と、観察部１０とを備えている。
【００２３】
試料照明光学系２０は、光源２と、コレクタレンズ３と、視野絞り４と、光源２からの光を透過するハーフミラー６４と、光源２からの光を反射し、試料面５ａからの光を透過するハーフミラー６と、対物レンズ７とで構成されている。
【００２４】
段差形状測定装置５１は、スリット照明光学系（照明光学系）６０と、リレーレンズ９と、試料面５ａからの光を反射するハーフミラー５４と、このハーフミラー５４で反射された光（像）を検出する検出器（検出手段）５５と、この検出器５５の受光面５５ａ上における結像位置のずれに基づいて試料面５ａの段差形状の高さの差を算出する信号処理回路（信号処理手段）５６と、この信号処理回路５６の出力に基づいて画像を出力する画像表示装置５７とを備えている。
【００２５】
スリット照明光学系６０は、光源５２と、リレーレンズ６１と、試料面（物体面）５ａと共役な位置に配置され細長い直線状のパターンを有するスリット６２と、このスリット６２を透過した光を反射する可動式ミラー（光学手段）６３と、光路上に配置され、光源５２からの光を反射するハーフミラー６４と、光の半分を遮断する遮光板５３と、遮光板５３を通過した光を反射し、試料面５ａからの光を透過するハーフミラー６と、対物レンズ７とで構成されている。
【００２６】
遮光板５３はハーフミラー６４とハーフミラー６との間の瞳面に配置されている。
【００２７】
可動式ミラー６３にはモータ（図示せず）が取り付けられ、矢印ａに示す方向に回転可能である。
【００２８】
検出器５５は２次元受光素子である。
【００２９】
次に、この顕微鏡システムの作動を説明する。
【００３０】
光源２からの光は、コレクタレンズ３、視野絞り４、ハーフミラー６４及び遮光板５３を介してハーフミラー６で反射され、対物レンズ７を透過して試料面５ａ上に結像される。光は試料面５ａ上で反射され、その反射光は対物レンズ７及びハーフミラー６を逆行し、ハーフミラー６を透過する。更に、光はリレーレンズ９を介し、ハーフミラー５４を透過して観察部１０で結像される。
【００３１】
光源５２からの光は、スリット６２に照射され、スリット６２を透過後リレーレンズ６１を透過し、可動ミラー６３で反射される。更に、光はハーフミラー６４で反射され、遮光板５３を透過する。このとき図２に示すように光は瞳面の下半分を遮られ、上半分を透過する。遮光板５３を透過した光はハーフミラー６で反射され、対物レンズ７を透過し、試料面５ａで反射される。このとき細長いスリット６２を透過した光が試料面５ａに照射される。
【００３２】
光は試料面５ａにより反射され、対物レンズ７、ハーフミラー６を逆行する。光はハーフミラー６及びリレーレンズ９を介し、ハーフミラー５４で反射され、検出器５５の受光面５５ａ上で結像される。
【００３３】
検出器５５で検出された像は電気信号に変換され、信号処理回路５６に送られる。この信号処理回路５６において、電気信号は画像化可能な電気信号に変換される。更に、この電気信号は画像表示回路５７に送られ、画像として出力される。
【００３４】
スリット６２を透過した光が投影されている部分（測定領域）５８の全体が同じ高さにあるとき、検出器５５の受光面５５ａ上に投影された光は直線になる。
【００３５】
スリット６２を透過した光が投影されている部分５８に高い段差があるとき、検出器５５の受光面５５ａ上に投影された光は直線の一部が平行にずれる。
【００３６】
例えば、図３に示すように試料面５ａの段差形状の高さの差ｈ１，ｈ２，ｈ３は、図４に示すように受光面５５ａ上に結像された光の像のずれの差Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３としてそれぞれ画像表示される。
【００３７】
前述のように試料面５ａの段差形状の高さの差ｈ１，ｈ２，ｈ３（図３参照）がそれぞれ光の像のずれの差Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３（図４参照）に対応するので、光の像のずれの差Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を測定することにより段差形状の高さの差ｈ１，ｈ２，ｈ３を算出することができる。
【００３８】
また、モータにより可動式ミラー６３を回転させると、図５に示すように試料面５ａ上をスリット６２を透過した光の像が長手方向に対して垂直な方向（Ｘ方向）に走査する。このため試料面５ａ上の任意の位置、任意の領域の段差形状の高さの差が測定される。なお、図５においてＳは測定開始位置を示している。
【００３９】
この実施形態によれば、試料面５ａに対して可動式ミラー６３を１次元的に走査すればよいので、従来例に較べて簡単な構成で段差形状の高さの差を測定でき、段差形状測定装置５１を安価に提供できるとともに、測定時間の短縮が図れる。
【００４０】
なお、この実施形態では遮光板５３が可動式ミラー６３と体物レンズ７との間に配置されている場合について説明したが、遮光板５３は、試料面５ａと共役な位置にあれば、例えば対物レンズ７とリレーレンズ９との間にしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、物体面の断差形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る段差形状測定装置を組み込んだ顕微鏡システムを示すブロック構成図である。
【図２】図２は段差形状測定装置の測定原理を説明するための図である。
【図３】図３は測定中の試料の状態を示す斜視図である。
【図４】図４は段差形状の測定結果の例を示す図である。
【図５】図５は試料の走査順序の説明図である。
【図６】図６は試料の走査順序の説明図である。
【図７】図７は従来の段差形状測定装置を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
５ａ試料面（物体面）
５２光源
５３遮光板
５５検出器（検出手段）
５５ａ受光面
５６信号処理回路（信号処理手段）
６０スリット照明光学系（照明光学系）
６２スリット
６３可動式ミラー（光学手段）

Claims

光源と、この光源からの光を段差形状を有する物体面に照射する照明光学系と、前記物体面で反射された光を検出する検出手段と、前記検出手段の受光面上における像に基づいて前記段差形状の高さの差を算出する信号処理手段とを備える段差形状測定装置において、
前記照明光学系の前記物体面と共役な位置に配置され直線状のパターンを有する投影用スリットと、
前記照明光学系の光路上に配置され、前記スリットを透過した光を走査するための光学手段と、
前記スリットを透過した光を瞳面上で半分に遮蔽するための遮蔽板とを備え、
前記検出手段は走査された前記スリットの像を検出する２次元受光素子であり、
前記信号処理手段は前記２次元受光素子で検出された前記スリットの像の前記直線からのずれに基づいて前記段差形状の高さを算出することを特徴とする段差形状測定装置。
請求項１に記載の段差形状測定装置であって、
前記検出手段は対物レンズを介して結像した前記スリットの像を受光することを特徴とする段差形状測定装置。
請求項２に記載の段差形状測定装置であって、
前記対物レンズを介して前記物体面を観察する観察部を有していることを特徴とする段差形状測定装置。