JP4850523B2 - Confocal microscope - Google Patents
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Description
本発明は共焦点型顕微鏡、特に半導体ウェハのノッチのような切欠き部の内周面の状態を高解像度画像として観察できる共焦点型顕微鏡に関するものである。
また、本発明は、共焦点型顕微鏡に用いられる対物レンズ系にも関するものである。
The present invention relates to a confocal microscope, and more particularly to a confocal microscope capable of observing a state of an inner peripheral surface of a notch such as a notch of a semiconductor wafer as a high resolution image.
The present invention also relates to an objective lens system used in a confocal microscope.
半導体ウェハには、結晶方位を示すノッチが形成されており、各処理工程においては、ノッチを位置決めの基準として用いて各種の処理が行われる。ノッチは、ウェハの周縁に形成された半円形又はＶ字状の凹部ないし切欠き部であり、ウェハの素子形成領域に近接している。よって、ノッチの内周面に前工程で形成された皮膜等が残存すると、次の処理工程の位置決め精度が低下するだけでなく、残存する皮膜等が異物となり、半導体デバイスの製造歩留りを低下させる要因となる。従って、ノッチの内周面の状態を高分解能で観察できる顕微鏡の開発が強く要請されている。 The semiconductor wafer has a notch indicating a crystal orientation. In each processing step, various processes are performed using the notch as a positioning reference. The notch is a semicircular or V-shaped recess or notch formed at the periphery of the wafer, and is close to the element formation region of the wafer. Therefore, if the film or the like formed in the previous process remains on the inner peripheral surface of the notch, not only the positioning accuracy of the next processing process is lowered, but also the remaining film or the like becomes a foreign substance, which reduces the manufacturing yield of the semiconductor device. It becomes a factor. Accordingly, there is a strong demand for the development of a microscope that can observe the state of the inner peripheral surface of the notch with high resolution.
半導体ウェハ等の試料表面の状態を高分解能画像として観察する顕微鏡として、共焦点型顕微鏡が既知である（例えば、特許文献１参照）。この共焦点型顕微鏡では、レーザ光源から発生したレーザビームを音響光学素子により主走査方向に偏向し、音響光学素子から出射したレーザビームを振動ミラーにより副走査方向に偏向し、対物レンズを介して試料表面に投射している。試料表面からの反射光は、対物レンズにより集光され、振動ミラーを経てリニァイメージセンサにより受光されている。 A confocal microscope is known as a microscope for observing the surface state of a sample such as a semiconductor wafer as a high-resolution image (see, for example, Patent Document 1). In this confocal microscope, the laser beam generated from the laser light source is deflected in the main scanning direction by the acousto-optic element, the laser beam emitted from the acousto-optic element is deflected in the sub-scanning direction by the oscillating mirror, and passed through the objective lens. Projecting onto the sample surface. The reflected light from the sample surface is collected by the objective lens and received by the linear image sensor via the vibrating mirror.
共焦点型顕微鏡は、高解像度の試料像を撮像できるので、半導体ウェハの表面状態を観察するのに好適である。しかしながら、開口数の大きな対物レンズを用いるため、対物レンズの先端を試料表面に近接して撮像しなければならない。一方、ウェハの周縁に形成されているノッチはウェハの周縁に形成された凹部であるため、対物レンズをノッチの内周面に接近させようとすると、対物レンズが半導体ウェハの周縁と衝突してしまい、ノッチの内周面の状態を観察することは極めて困難である。一方、開口数の小さい対物レンズを用いた場合、対物レンズが半導体ウェハの周縁領域と衝突せずに撮像できるが、低解像度のノッチ画像しか撮像されず、ノッチ内周面の微細な状態を把握することは極めて困難である。また、ノッチの内周面を2次元ＣＣＤカメラで撮像しても、ＣＣＤカメラの分解能が比較的低いため、所望の解像度の画像が撮像されないのが実情である。 The confocal microscope is suitable for observing the surface state of the semiconductor wafer because it can capture a high-resolution sample image. However, since an objective lens having a large numerical aperture is used, the tip of the objective lens must be imaged close to the sample surface. On the other hand, since the notch formed on the periphery of the wafer is a recess formed on the periphery of the wafer, the objective lens collides with the periphery of the semiconductor wafer when trying to bring the objective lens closer to the inner peripheral surface of the notch. Therefore, it is extremely difficult to observe the state of the inner peripheral surface of the notch. On the other hand, when an objective lens with a small numerical aperture is used, the objective lens can be imaged without colliding with the peripheral area of the semiconductor wafer, but only a low-resolution notch image is captured, and the fine state of the inner peripheral surface of the notch is grasped. It is extremely difficult to do. Further, even if the inner peripheral surface of the notch is imaged with a two-dimensional CCD camera, the actual situation is that an image with a desired resolution is not captured because the resolution of the CCD camera is relatively low.
本発明の目的は、半導体ウェハの周縁に形成されたノッチのような切欠き部や溝等の内周面を高解像度画像として撮像できる共焦点型顕微鏡を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、切欠き部等の内周面を撮像できる共焦点型顕微鏡に好適な対物レンズ系を実現することにある。
An object of the present invention is to provide a confocal microscope capable of capturing an inner peripheral surface such as a notch such as a notch or a groove formed on the periphery of a semiconductor wafer as a high resolution image.
Another object of the present invention is to realize an objective lens system suitable for a confocal microscope capable of imaging an inner peripheral surface such as a notch.
本発明による共焦点型顕微鏡は、互いに平行な第１及び第２の面と、これら２つの面の間に位置する端縁と、第１及び第２の面と平行な中心面とを有する半導体ウェハの端縁を撮像すると共に端縁に形成されたノッチの内周面を撮像するのに好適な共焦点型顕微鏡であって、
ライン状光ビームを発生するライン状光ビーム発生手段と、ライン状光ビームをその延在方向と直交する方向に周期的に偏向するビーム偏向手段と、偏向されたライン状光ビームを試料に向けて投射する対物レンズ系と、対物レンズ系をその光軸方向にそって移動させる対物レンズ移動手段と、複数の受光素子を有し、試料からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサと、リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対して４５°の角度に設定され、
前記対物レンズ系は、その光軸にそって配置した複数のレンズと、これら複数のレンズを支持する鏡筒とを有し、入射したライン状光ビームが出射する先頭側において、鏡筒及び少なくとも先頭のレンズに切欠き部が形成され、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする。
A confocal microscope according to the present invention includes a semiconductor having first and second planes parallel to each other, an edge located between the two planes, and a central plane parallel to the first and second planes. A confocal microscope suitable for imaging an edge of a wafer and imaging an inner peripheral surface of a notch formed in the edge,
A line-shaped light beam generating means for generating a line-shaped light beam, a beam deflecting means for periodically deflecting the line-shaped light beam in a direction perpendicular to the extending direction thereof, and the deflected line-shaped light beam directed toward the sample An objective lens system for projecting, an objective lens moving means for moving the objective lens system along its optical axis direction, and a plurality of light receiving elements, and receives reflected light from the sample via the objective lens system. A linear image sensor, and a signal processing device that outputs a two-dimensional image signal of the sample based on an output signal from the linear image sensor;
The optical axis of the objective lens system is set at an angle of 45 ° with respect to the center plane of the semiconductor wafer,
The objective lens system includes a plurality of lenses arranged along the optical axis and a lens barrel that supports the plurality of lenses, and at the head side from which the incident linear light beam is emitted, notch at the top of the lens is formed,
From the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer, images of the edge are respectively taken while changing the relative distance between the objective lens system and the edge,
In the signal processing circuit, an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized .
高解像度の試料像を撮像するためには、開口数の大きな対物レンズ系を用いる必要がある。開口数の大きな対物レンズ系の焦点距離は短いため、半導体ウェハのノッチの内部を撮像しようとすると、対物レンズ系の先端が半導体ウェハに衝突してしまう。そこで、本発明では、対物レンズ系の先頭側に光軸をはさんで対向する２つの切欠き部を形成する。切欠き部を形成することにより、対物レンズ系の先頭部分がノッチの内部に進入できるため、ノッチの内周面の高解像度画像を撮像することができる。尚、本発明者が種々の実験及び解析を行った結果、先頭のレンズに切欠き部が形成されても、視野の中央部分の画像の解像度が僅かに低下するだけである。一方、視野の周辺の画像を形成する多くの光は、レンズの周辺を通過するため、切欠き部が形成されてもほとんど影響を受けないことが確認されている。 In order to capture a high-resolution sample image, it is necessary to use an objective lens system having a large numerical aperture. Since the objective lens system with a large numerical aperture has a short focal length, the tip of the objective lens system collides with the semiconductor wafer when attempting to image the inside of the notch of the semiconductor wafer. Therefore, in the present invention, two notches that are opposed to each other with the optical axis interposed are formed on the front side of the objective lens system. By forming the notch, the leading portion of the objective lens system can enter the inside of the notch, so that a high-resolution image of the inner peripheral surface of the notch can be taken. As a result of various experiments and analyzes by the present inventor, even if a notch is formed in the leading lens, the resolution of the image at the center of the field of view is only slightly reduced. On the other hand, since much light that forms an image around the field of view passes through the periphery of the lens, it has been confirmed that even if a notch is formed, it is hardly affected.
本発明による共焦点型顕微鏡では、２つの切欠き部は入射するライン状光ビームをはさんで対向するように位置する。 In the confocal microscope according to the present invention, the two notches are positioned so as to face each other with the incident line-shaped light beam interposed therebetween.
本発明による別の共焦点型顕微鏡は、互いに平行な第１及び第２の面と、これら２つの面の間に位置する端縁と、第１及び第２の面と平行な中心面とを有する半導体ウェハの端縁を撮像すると共に端縁に形成されたノッチの内周面を撮像するのに好適な共焦点型顕微鏡であって、
走査ビームを発生するレーザ光源と、走査ビームを第１の方向に周期的に偏向する第１のビーム偏向手段と、第１のビーム偏向手段から出射した走査ビームを第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向する第２のビーム偏向手段と、第２のビーム偏向手段から出射した走査ビームを試料に向けて投射する対物レンズ系と、対物レンズ系を光軸方向に移動させる対物レンズ駆動手段と、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し試料からの反射光を前記対物レンズ系及び第２のビーム偏向手段を介して受光するリニァイメージセンサと、リニァイメージセンサからの出力信号を受け取って試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対して４５°の角度に設定され、
前記対物レンズ系は、その光軸にそって配置した複数のレンズと、これら複数のレンズを支持する鏡筒とを有し、入射したライン状光ビームが出射する先頭側において、鏡筒及び少なくとも先頭のレンズに切欠き部が形成され、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする。
Another confocal microscope according to the present invention comprises first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces. A confocal microscope suitable for imaging an edge of a semiconductor wafer having an image and an inner peripheral surface of a notch formed in the edge,
A laser light source that generates a scanning beam, a first beam deflecting unit that periodically deflects the scanning beam in a first direction, and a scanning beam emitted from the first beam deflecting unit are orthogonal to the first direction. 2nd beam deflecting means periodically deflecting in the direction of 2; an objective lens system for projecting the scanning beam emitted from the second beam deflecting means toward the sample; and moving the objective lens system in the optical axis direction An objective lens driving unit and a linear unit having a plurality of light receiving elements arranged in a direction corresponding to the first direction and receiving reflected light from the sample through the objective lens system and the second beam deflecting unit. An image sensor and a signal processing device that receives an output signal from the linear image sensor and outputs a two-dimensional image signal of the sample;
The optical axis of the objective lens system is set at an angle of 45 ° with respect to the center plane of the semiconductor wafer,
The objective lens system includes a plurality of lenses arranged along the optical axis and a lens barrel that supports the plurality of lenses, and at the head side from which the incident linear light beam is emitted, notch at the top of the lens is formed,
From the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer, images of the edge are respectively taken while changing the relative distance between the objective lens system and the edge,
In the signal processing circuit, an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized .
当該共焦点型顕微鏡においては、対物レンズ系に形成された２つの切欠き部は、走査ビームをはさんで対向するように位置する。 In the confocal microscope, the two notches formed in the objective lens system are positioned so as to face each other with the scanning beam interposed therebetween.
本発明による共焦点型顕微鏡の好適実施例は、対物レンズ系は、凹レンズが先頭に配置され、ほぼ４５度又はそれ以上の開口角を有することを特徴とする。開口角が４５°以上の対物レンズ系を用いることにより、方位角が９０°にわたる試料表面の画像を撮像することができる。この結果、素子形成面と端面とが９０°の角度をなす半導体ウェハの端縁の画像を一回の撮像操作により撮像することが可能である。 A preferred embodiment of the confocal microscope according to the invention is characterized in that the objective lens system has an aperture angle of approximately 45 degrees or more, with the concave lens at the head. By using an objective lens system having an opening angle of 45 ° or more, an image of the sample surface with an azimuth angle of 90 ° can be taken. As a result, it is possible to capture an image of the edge of the semiconductor wafer in which the element forming surface and the end surface form an angle of 90 ° by a single imaging operation.
本発明による共焦点型顕微鏡の好適実施例は、信号処理装置は、前記対物レンズ系を光軸方向に移動させながら撮像した複数の2次元画像のうち、各画素の最大輝度値から構成される2次元画像信号を出力することを特徴とする。半導体ウェハのノッチ等の凹部の表面と対物レンズ系との間の光軸方向の距離は、部分的に相違する。一方、開口数の大きな対物レンズ系の焦点深度は浅いため、１枚の2次元画素だけではノッチの全内周面に焦点が合った画像を撮像することができない。そこで、対物レンズ系を光軸方向に移動させながら複数の2次元画像を撮像し、信号処理装置において、各画素毎に最大輝度値を抽出して2次元画像を形成する。これにより、視野全体にわたって焦点の合った全焦点画像を撮像することができる。 In a preferred embodiment of the confocal microscope according to the present invention, the signal processing device includes a maximum luminance value of each pixel among a plurality of two-dimensional images captured while moving the objective lens system in the optical axis direction. A two-dimensional image signal is output. The distance in the optical axis direction between the surface of a recess such as a notch of the semiconductor wafer and the objective lens system is partially different. On the other hand, since the focal depth of an objective lens system having a large numerical aperture is shallow, an image focused on the entire inner peripheral surface of the notch cannot be captured with only one two-dimensional pixel. Therefore, a plurality of two-dimensional images are picked up while moving the objective lens system in the optical axis direction, and a two-dimensional image is formed by extracting the maximum luminance value for each pixel in the signal processing device. Thereby, the omnifocal image which focused on the whole visual field can be imaged.
本発明による共焦点型顕微鏡の好適実施例は、当該共焦点型顕微鏡を用いて半導体ウェハに形成されたノッチの内周面を観察する際、前記対物レンズ系の先頭のレンズの少なくとも一部分がノッチの内部に進入することを特徴とする。
対物レンズ系の先頭のレンズがノッチの内部まで進入することにより、ノッチの最奥部の画像も鮮明に撮像することができる。
In a preferred embodiment of the confocal microscope according to the present invention, when observing the inner peripheral surface of the notch formed on the semiconductor wafer using the confocal microscope, at least a part of the leading lens of the objective lens system is notch. It is characterized by entering the inside of the.
When the first lens of the objective lens system enters the inside of the notch, an image at the innermost part of the notch can be clearly captured.
本発明による別の共焦点型顕微鏡は、互いに平行な第１及び第２の面と、これら２つの面の間に位置する端縁と、第１及び第２の面と平行な中心面とを有する半導体ウェハの端縁を撮像すると共に端縁に形成されたノッチの内周面を撮像するのに好適な共焦点型顕微鏡であって、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側から、第１の対物レンズ系を介して半導体ウェハの端縁に向けてライン状光ビームを投射し、端縁からの反射ビームを前記第１の対物レンズ系を介して第１のリニァイメージセンサにより受光する第１の撮像装置と、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面とは反対の第２の面側から、第２の対物レンズ系を介して半導体ウェハの端縁に向けてライン状光ビームを投射し、端縁からの反射ビームを前記第２の対物レンズ系を介して第２のリニァイメージセンサにより受光する第２の撮像装置と、
第１及び第２の撮像装置から出力される出力信号を受け取って端縁の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記第１及び第２の対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対してそれぞれ４５°の角度に設定されると共に互いに９０°の角度をなすように設定され、
前記第１及び第２の対物レンズ系は、半導体ウェハのノッチの内周面を観察する際、先頭に配置したレンズの少なくとも一部分がノッチの内部に進入するように、光軸をはさんで対向する２つの切欠き部が形成され、
前記第１及び第２の撮像装置により、半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする。
Another confocal microscope according to the present invention comprises first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces. A confocal microscope suitable for imaging an edge of a semiconductor wafer having an image and an inner peripheral surface of a notch formed in the edge,
A line-shaped light beam is projected from the first surface side across the edge of the semiconductor wafer toward the edge of the semiconductor wafer via the first objective lens system , and a reflected beam from the edge is projected. A first imaging device that receives light by a first linear image sensor via the first objective lens system;
A linear light beam is projected from the second surface side opposite to the first surface across the edge of the semiconductor wafer toward the edge of the semiconductor wafer via the second objective lens system. a second imaging device that receives the second linear § image sensor of the reflected beam through the second objective lens system from the end edge,
A signal processing device that receives output signals output from the first and second imaging devices and outputs a two-dimensional image signal of the edge ;
The optical axes of the first and second objective lens systems are each set to an angle of 45 ° with respect to the central plane of the semiconductor wafer and set to make an angle of 90 ° with each other,
The first and second objective lens systems face each other across the optical axis so that at least a part of the lens arranged at the head enters the notch when observing the inner peripheral surface of the notch of the semiconductor wafer. Two notches are formed,
The first and second imaging devices are used to change the relative distance between the objective lens system and the edge from the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer. Take a picture of each edge,
In the signal processing circuit, an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized .
本発明による別の共焦点型顕微鏡は、互いに平行な第１及び第２の面と、これら２つの面間に位置する端縁と、第１及び第２の面と平行な中心面とを有する半導体ウェハの端縁を撮像すると共に端縁に形成されたノッチの内周面を撮像するのに好適な共焦点型顕微鏡であって、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側から、端縁を２次元走査するための光ビームを第１の対物レンズ系を介して投射し、端縁からの反射光を前記第１の対物レンズ系を介して撮像素子により受光する第１の撮像装置と、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面とは反対の第２の面側から、端縁を２次元走査するための光ビームを第２の対物レンズ系を介して投射し、端縁からの反射光を前記第２の対物レンズ系を介して撮像素子により受光する第２の撮像装置と、
第１及び第２の撮像装置からの出力信号を受け取って試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記第１及び第２の対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対してそれぞれ４５°の角度に設定されると共に互いに９０°の角度をなすように設定され、
前記第１及び第２の対物レンズ系は、半導体ウェハのノッチの内周面を観察する際、先頭に配置したレンズの少なくとも一部分がノッチの内部に進入するように、光軸をはさんで対向する２つの切欠き部が形成され、
前記第１及び第２の撮像装置により、半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする。
Another confocal microscope according to the present invention has first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces. A confocal microscope suitable for imaging an edge of a semiconductor wafer and imaging an inner peripheral surface of a notch formed in the edge,
From the first surface side across the edge of the semiconductor wafer, a light beam for two-dimensional scanning of the edge is projected through a first objective lens system, and reflected light from the edge is projected. A first imaging device that receives light by an imaging device via a first objective lens system;
A light beam for two-dimensional scanning of the edge is projected through a second objective lens system from the second surface side opposite to the first surface across the edge of the semiconductor wafer , a second imaging device for receiving the image sensor light reflected through the second objective lens system from the end edge,
A signal processing device that receives output signals from the first and second imaging devices and outputs a two-dimensional image signal of the sample;
The optical axes of the first and second objective lens systems are each set to an angle of 45 ° with respect to the central plane of the semiconductor wafer and set to make an angle of 90 ° with each other,
The first and second objective lens systems face each other across the optical axis so that at least a part of the lens arranged at the head enters the notch when observing the inner peripheral surface of the notch of the semiconductor wafer. Two notches are formed,
The first and second imaging devices are used to change the relative distance between the objective lens system and the edge from the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer. Take a picture of each edge,
In the signal processing circuit, an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized .
本発明による共焦点型顕微鏡の別の好適実施例は、前記第１及び第２の撮像装置の対物レンズ系の光軸は、共に同一平面上に位置すると共に、互いに９０度の角度をなすことを特徴とする。 In another preferred embodiment of the confocal microscope according to the present invention, the optical axes of the objective lens systems of the first and second imaging devices are both located on the same plane and are at an angle of 90 degrees with each other. It is characterized by.
本発明では、対物レンズ系に光軸をはさんで対向する２つの切欠き部が形成されているので、半導体ウェハのノッチ等の凹部や切欠き部の内周面の高解像度画像を撮像することができる。 In the present invention, since the two notch portions facing the optical axis are formed in the objective lens system, a high-resolution image of a recess such as a notch of the semiconductor wafer or the inner peripheral surface of the notch portion is captured. be able to.
図１は本発明による共焦点型顕微鏡の基本概念を説明するための線図である。本例では、撮像対象として半導体ウェハを用いる。図１（ａ）は半導体ウェハ１の端縁に入射する２本の走査ビームの入射状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は半導体ウェハの中心面Ｓの上方から見た平面図である。半導体ウェハ１は中心面Ｓを有し、この中心面Ｓをはさんで素子形成面である第１の表面１ａと裏面である第２の表面１ｂとを有し、これら第１の表面と第２の表面との間に端縁２が位置する。端縁２は、２つの斜面２ａ及び２ｂを有し、これらの斜面間に中心面と直交する端面２ｃが存在する。第１の斜面２ａは第１の表面１ａに連なり、第２の斜面２ｂは第２の表面１ｂと連なる。 FIG. 1 is a diagram for explaining the basic concept of a confocal microscope according to the present invention. In this example, a semiconductor wafer is used as an imaging target. FIG. 1A is a perspective view showing an incident state of two scanning beams incident on the edge of the semiconductor wafer 1, and FIG. 1B is a plan view seen from above the center plane S of the semiconductor wafer. is there. The semiconductor wafer 1 has a center surface S, and has a first surface 1a that is an element formation surface across the center surface S and a second surface 1b that is a back surface. The edge 2 is located between the two surfaces. The edge 2 has two slopes 2a and 2b, and an end face 2c perpendicular to the center plane exists between these slopes. The first slope 2a is continuous with the first surface 1a, and the second slope 2b is continuous with the second surface 1b.
端縁２に向けて第１の走査ビーム３ａ及び第２の走査ビーム３ｂを投射する。これら第１及び第２の走査ビームは、後述する第１及び第２の撮像装置からそれぞれ出射する。第１及び第２の走査ビームは、半導体ウェハの中心面Ｓと直交する面内に延在するライン状の光ビーム又は周期的に高速振動ないし高速偏向する走査ビームとする。第１の走査ビーム３ａは中心面Ｓの第１の側から投射され、第２の走査ビームは中心面Ｓをはさんで第１の側とは反対側である第２の側から投射される。従って、半導体ウェハ１の端縁２には、中心面Ｓをはさんで両側から同一面内に延在する２本のライン状光ビーム又は２本の周期的に高速振動する光ビームがそれぞれ入射する。尚、第１の走査ビーム３ａは、第１の表面１ａの一部並びに第１の斜面２ａ及び端面２ｃの一部に入射し、第２の走査ビーム３ｂは、第２の表面１ｂの一部並びに第２の斜面２ｂ及び端面２ｃの一部に入射する。尚、第１及び第２の走査ビームを投射する対物レンズの光軸をＺ１及びＺ２とし、これらの光軸は同一面内に位置すると共に９０°の角度をなす。走査ビームを含む面内の光軸Ｚ１と直交する方向をｘ１とし、光軸Ｚ２と直交する方向をｘ２とする。尚、ｘ１及びｘ２方向は、後述する一次元画像の画素の配列方向とする。本例では、２つの撮像装置を用いて２本の装置ビームを投射する構成としたが、勿論、１台の撮像装置を用い、半導体ウェハの一方の側から撮像し、次に半導体ウェハを回動させて反対側から撮像することも可能である。 A first scanning beam 3 a and a second scanning beam 3 b are projected toward the edge 2. These first and second scanning beams are emitted from first and second imaging devices described later, respectively. The first and second scanning beams are linear light beams extending in a plane orthogonal to the central plane S of the semiconductor wafer, or scanning beams that periodically oscillate or deflect at high speed. The first scanning beam 3a is projected from the first side of the center plane S, and the second scanning beam is projected from the second side opposite to the first side across the center plane S. . Accordingly, two line-shaped light beams or two light beams that periodically oscillate at high speeds are incident on the edge 2 of the semiconductor wafer 1 from the opposite sides of the center plane S. To do. The first scanning beam 3a is incident on a part of the first surface 1a and the first inclined surface 2a and a part of the end surface 2c, and the second scanning beam 3b is a part of the second surface 1b. In addition, the light is incident on a part of the second inclined surface 2b and the end surface 2c. Note that the optical axes of the objective lens for projecting the first and second scanning beams are Z1 and Z2, and these optical axes are located in the same plane and form an angle of 90 °. A direction orthogonal to the optical axis Z1 in the plane including the scanning beam is x1, and a direction orthogonal to the optical axis Z2 is x2. Note that the x1 and x2 directions are the arrangement directions of pixels of a one-dimensional image described later. In this example, two apparatus beams are projected using two image pickup apparatuses. Of course, one image pickup apparatus is used to pick up an image from one side of the semiconductor wafer, and then rotate the semiconductor wafer. It is also possible to move and image from the opposite side.
図２は本発明による共焦点型顕微鏡の第１の実施例を示す線図である。本例では、測定ビームとして測定面内で周期的に高速振動する測定ビームを用いて半導体ウェハの端縁を走査する。本発明による共焦点型顕微鏡は、第１及び第２の２つの共焦点型の撮像装置１０及び１１を有し、これら２つの撮像装置は半導体ウェハの中心面Ｓをはさんで両側にそれぞれ配置され、半導体ウェハの端縁２の2次元画像を両方の側から撮像する。尚、第１及び第２の撮像装置は同一構成であるため、図面上第１の撮像装置についてだけ詳細に図示する。撮像装置は、半導体レーザ２０を有し、半導体レーザ２０から発生するレーザビームにより半導体ウェハの端縁を走査する。レーザビームは、エキスパンダ光学系２１により拡大平行光束に変換する。エキスパンダ光学系２１から出射したレーザビームは、第１のビーム偏向装置である音響光学素子２２に入射し、当該音響光学素子により入射したレーザビームを第１の方向に周期的に偏向する。音響光学素子２２から出射したレーザビームは、リレーレンズを経て偏光ビームスプリッタ２４に入射し、その偏光面で反射し、１／４波長板２５及びリレーレンズ２６を経て振動ミラー２７に入射する。振動ミラー２７は、入射したレーザビームを第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向する。 FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a confocal microscope according to the present invention. In this example, the edge of the semiconductor wafer is scanned using a measurement beam that periodically oscillates at high speed in the measurement plane. The confocal microscope according to the present invention has first and second confocal imaging devices 10 and 11, which are respectively arranged on both sides of the center plane S of the semiconductor wafer. Then, a two-dimensional image of the edge 2 of the semiconductor wafer is taken from both sides. Since the first and second imaging devices have the same configuration, only the first imaging device is illustrated in detail in the drawing. The imaging apparatus includes a semiconductor laser 20 and scans the edge of the semiconductor wafer with a laser beam generated from the semiconductor laser 20. The laser beam is converted into an expanded parallel light beam by the expander optical system 21. The laser beam emitted from the expander optical system 21 is incident on an acoustooptic element 22 that is a first beam deflecting device, and the incident laser beam is periodically deflected in the first direction. The laser beam emitted from the acousto-optic element 22 is incident on the polarization beam splitter 24 via the relay lens, reflected on the polarization plane, and incident on the vibrating mirror 27 via the quarter-wave plate 25 and the relay lens 26. The oscillating mirror 27 periodically deflects the incident laser beam in a second direction orthogonal to the first direction.
振動ミラー２７で反射したレーザビームはリレーレンズ２８を経て対物レンズ系２９に入射する。対物レンズ２９は、図面上単一のレンズとして図示したが、複数のレンズが配列された対物レンズ系を用いる。当該対物レンズ系は、開口角が４５°以上のものを用いることにより、方位角が１８０°にわたる端縁であっても、半導体ウェハの中心面を挟んで両側から測定することにより、２回の測定操作により端縁の2次元画像を撮像することができる。対物レンズ系２９の支持枠にはサーボモータ３０が連結され、サーボモータ３０により光軸方向にそって自在に移動する。レーザビームは対物レンズ系２９によりスポット状に集束して半導体ウェハ１の端縁２に入射する。従って、端縁２は、走査ビームにより２次元走査されることになる。尚、走査ビームは、半導体ウェハの第１の表面の一部、斜面２ａ及び端面２ｃの一部を走査する。 The laser beam reflected by the vibration mirror 27 enters the objective lens system 29 through the relay lens 28. Although the objective lens 29 is illustrated as a single lens in the drawing, an objective lens system in which a plurality of lenses are arranged is used. By using an objective lens system having an opening angle of 45 ° or more, even if the edge has an azimuth angle of 180 °, the objective lens system can be measured twice by measuring from both sides across the center plane of the semiconductor wafer. A two-dimensional image of the edge can be taken by the measurement operation. A servo motor 30 is connected to the support frame of the objective lens system 29, and the servo motor 30 moves freely along the optical axis direction. The laser beam is focused in a spot shape by the objective lens system 29 and is incident on the edge 2 of the semiconductor wafer 1. Therefore, the edge 2 is two-dimensionally scanned by the scanning beam. The scanning beam scans a part of the first surface of the semiconductor wafer, a part of the inclined surface 2a and the end surface 2c.
走査中に、対物レンズ２９を光軸方向に移動させながら走査する。従って、走査ビームの集束点は光軸方向に移動するので、端縁の各部位は、ある瞬時に走査ビームの集束点が位置し、それ以外の場合集束性又は発散性の走査ビームが入射する。 During scanning, scanning is performed while the objective lens 29 is moved in the optical axis direction. Therefore, since the focal point of the scanning beam moves in the optical axis direction, the focal point of the scanning beam is positioned at an instant at each part of the edge, and in other cases, a converging or divergent scanning beam is incident. .
半導体ウェハ１の端縁２からの反射光は、対物レンズ系２９により集光され、リレーレンズ２８を経て振動ミラー２７に入射する。従って、半導体ウェハからの反射ビームは振動ミラーによりデスキャンされることになる。振動ミラーで反射した反射光は、リレーレンズ２６及び１／４波長板２５を経て偏光ビームスプリッタ２４に入射する。この反射ビームは１／４波長板２５を２回透過しているので、偏向ビームスプリッタ２４を透過し、結像レンズ３１を経てリニァイメージセンサ３２に入射し、光電変換されて半導体ウェハ端縁の一次元画像信号が出力される。この一次元画像信号は、増幅器３３を経て信号処理回路４０に供給され、信号処理回路において半導体ウェハの端縁の2次元画像信号が出力される。尚、リニァイメージセンサ３２の読出制御及び振動ミラー２７の駆動制御はコントローラの制御のもとで行うものとする。 The reflected light from the edge 2 of the semiconductor wafer 1 is collected by the objective lens system 29 and enters the oscillating mirror 27 via the relay lens 28. Therefore, the reflected beam from the semiconductor wafer is descanned by the vibrating mirror. The reflected light reflected by the vibration mirror enters the polarization beam splitter 24 through the relay lens 26 and the quarter wavelength plate 25. Since this reflected beam passes through the quarter wavelength plate 25 twice, it passes through the deflecting beam splitter 24, enters the linear image sensor 32 through the imaging lens 31, and is photoelectrically converted to the edge of the semiconductor wafer. A one-dimensional image signal is output. The one-dimensional image signal is supplied to the signal processing circuit 40 through the amplifier 33, and a two-dimensional image signal of the edge of the semiconductor wafer is output from the signal processing circuit. Note that the read control of the linear image sensor 32 and the drive control of the vibrating mirror 27 are performed under the control of the controller.
同様に、第２の撮像装置１１により、第１の側とは反対側の第２の側から半導体ウェハの端縁２の一次元画像を撮像し、得られた一次元画像信号を画像処理装置４０に供給する。 Similarly, the second image pickup device 11 picks up a one-dimensional image of the edge 2 of the semiconductor wafer from the second side opposite to the first side, and uses the obtained one-dimensional image signal as an image processing device. 40.
図３は信号処理装置の一例を示す線図である。リニァイメージセンサ３２から出力される端縁の一次元画像信号は増幅器３３により増幅されて信号処理装置４０に入力する。リニァイメージセンサからの出力信号はＡ／Ｄ変換器４１によりＡ／Ｄ変換され、比較器４２に入力すると共に、セレクタ４３にも入力し、画像メモリ４４に試料の2次元画像の各画素の輝度値が記憶される。画像メモリ４４に記憶されている各画素の輝度値は順次読み出され、比較器４２において、対物レンズが光軸方向にそって移動する間に検出された新たな輝度値と画像メモリに格納されている輝度値とを2次元画像の各画素毎に比較する。新たに検出された輝度値が画像メモリに記憶された輝度値よりも大きい場合新たな輝度値が選択され、新たな輝度値が画像メモリ４４に書き込まれる。このようにして、半導体ウェハの端縁の2次元画像信号のうち、リニァイメージセンサに入射する反射光の最大輝度値が各画素毎に画像メモリ４４に記憶される。この結果、ノッチの内周面全体にわたって合焦した2次元画像が撮像される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a signal processing apparatus. The one-dimensional image signal of the edge output from the linear image sensor 32 is amplified by the amplifier 33 and input to the signal processing device 40. The output signal from the linear image sensor is A / D converted by the A / D converter 41 and input to the comparator 42 and also to the selector 43, and the image memory 44 stores each pixel of the two-dimensional image of the sample. The brightness value is stored. The luminance value of each pixel stored in the image memory 44 is sequentially read out and stored in the image memory by the comparator 42 with the new luminance value detected while the objective lens moves along the optical axis direction. The brightness value is compared for each pixel of the two-dimensional image. When the newly detected luminance value is larger than the luminance value stored in the image memory, a new luminance value is selected and the new luminance value is written in the image memory 44. In this way, the maximum luminance value of the reflected light incident on the linear image sensor among the two-dimensional image signals at the edge of the semiconductor wafer is stored in the image memory 44 for each pixel. As a result, a two-dimensional image focused on the entire inner peripheral surface of the notch is captured.
このようにして、半導体ウェハの一方の側から見た2次元画像が撮像されるが半導体ウェハの両側から撮像した2次元画像を出力することも可能である。すなわち、第２の撮像装置のリニァイメージセンサからの出力信号も信号処理装置４０に入力させ、上述した信号処理を行う。そして、半導体ウェハの端縁の反対側から撮像した2次元画像も別の画像メモリに記憶し、合成回路（図示せず）により２つの撮像装置により撮像された端縁の2次元画像を合成して出力することも可能である。 In this manner, a two-dimensional image viewed from one side of the semiconductor wafer is captured, but it is also possible to output a two-dimensional image captured from both sides of the semiconductor wafer. That is, an output signal from the linear image sensor of the second imaging device is also input to the signal processing device 40, and the signal processing described above is performed. A two-dimensional image captured from the opposite side of the edge of the semiconductor wafer is also stored in another image memory, and a two-dimensional image of the edge captured by the two imaging devices is synthesized by a synthesis circuit (not shown). Can also be output.
次に、ノッチ観察について説明する。図４は、ノッチの形状及びノッチと対物レンズ系との関係を示す線図である。図４ａに示すように、半導体ウェハ１の周縁に形成されたノッチ４は凹部であるから、ノッチの内周面の状態を観察しようとすると、対物レンズ系２９を、その先頭のレンズがノッチ内部に位置するように接近させる必要がある。この場合、開口数の大きな対物レンズ系の焦点距離が短いため、ノッチの内周面上に焦点を合わせようとすると、対物レンズ系の先頭のレンズ及び鏡筒が半導体ウェハに衝突してしまい、ノッチの内周面上に焦点を合わせることができず、従来の共焦点型顕微鏡では、ノッチの内周面の状態を観察することができなかった。そこで、本発明では、対物レンズ系に改良を加えることにより、ノッチの内周面の状態が観察できるようにする。 Next, notch observation will be described. FIG. 4 is a diagram showing the shape of the notch and the relationship between the notch and the objective lens system. As shown in FIG. 4a, the notch 4 formed on the peripheral edge of the semiconductor wafer 1 is a concave portion. Therefore, when the state of the inner peripheral surface of the notch is to be observed, the objective lens system 29 is shown with its leading lens inside the notch. It is necessary to approach so as to be located. In this case, since the focal length of the objective lens system having a large numerical aperture is short, when trying to focus on the inner peripheral surface of the notch, the top lens and the lens barrel of the objective lens system collide with the semiconductor wafer, The focus could not be focused on the inner peripheral surface of the notch, and the state of the inner peripheral surface of the notch could not be observed with the conventional confocal microscope. Therefore, in the present invention, the state of the inner peripheral surface of the notch can be observed by improving the objective lens system.
図５は本発明の対物レンズ系の一例を示す線図であり、図５（ａ）は改良前の対物レンズ系を示し、図５（ｂ）は改良後の本発明による対物レンズ系を示し、図５（ｃ）は鏡筒を除いて先頭の凹状の第１面を有する凸レンズ側から光軸方向にそって見た図である。対物レンズ系は、光軸Ｌを有し、光軸にそって先頭の凸レンズ５１を含み合計６枚のレンズ５１〜５６を有し、これらのレンズは鏡筒５７内に支持する。尚、対物レンズ系のレンズ数は、単なる一例であり、所望の枚数で構成することができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the objective lens system of the present invention. FIG. 5 (a) shows the objective lens system before improvement, and FIG. 5 (b) shows the objective lens system according to the invention after improvement. FIG. 5C is a view taken along the optical axis direction from the convex lens side having the first concave first surface except for the lens barrel. The objective lens system has an optical axis L and includes a total of six lenses 51 to 56 including a leading convex lens 51 along the optical axis, and these lenses are supported in a lens barrel 57. The number of lenses in the objective lens system is merely an example, and can be configured by a desired number.
前述したように、ノッチの内周面を観察しようとすると、対物レンズ系の先端が半導体ウェハと衝突してしまい、対物レンズ系の焦点をノッチの内周面上に位置させることできない。そこで、本発明では、対物レンズ系の鏡筒及び少なくとも先頭の凸レンズの一部分が除去されるように、光軸をはさんで２つの切欠き部６０ａ及び６０ｂを形成する（図５ａ及びｂ参照）。このように、２つの切欠き部を形成することにより、対物レンズ系がノッチ付近の半導体ウェハと衝突することなく、対物レンズ系の先端部分をノッチ内部に進入させることができ、ノッチの内周面上に焦点を合わせることが可能になる。 As described above, when the inner peripheral surface of the notch is to be observed, the tip of the objective lens system collides with the semiconductor wafer, and the focal point of the objective lens system cannot be positioned on the inner peripheral surface of the notch. Therefore, in the present invention, the two notches 60a and 60b are formed across the optical axis so that the lens barrel of the objective lens system and at least a part of the leading convex lens are removed (see FIGS. 5a and 5b). . Thus, by forming two notches, the tip of the objective lens system can enter the notch without colliding with the semiconductor wafer near the notch, and the inner circumference of the notch It becomes possible to focus on the surface.
次に、対物レンズ系による半導体ウェハからの反射光の集光状態について説明する。図６（ａ）は対物レンズ系から半導体ウェハに入射する光線及び対物レンズ系により集光される光線を模式的に示す図であり、図６（ｂ）は対物レンズ系の先頭の凸レンズ５１から出射する走査ビームの走査状態及び集光状態を示す図である。視野の中央部分の映像情報を表す光線はレンズのほぼ全体を通過する。従って、対物レンズ系に切欠き部を形成した場合、若干解像度に影響を与えることになる。一方、半導体ウェハの素子形成面１ａ並びに端面２ｃにおいては、これらの面にほぼ垂直に入射した光線だけが対物レンズ系により集光され、垂直以外の入射角で入射した光線例えばレンズの中央部を通る光線は対物レンズ系により集光されない。従って、対物レンズ系に切欠き部を形成しても、視野の周辺の画像の解像度にほとんど影響を与えない。このように、対物レンズ系に切欠き部を形成しても、対物レンズ系全体としての解像度低下は、視野の中央の画像に僅かな影響を与えるだけあり、対物レンズ系全体としてなんら問題は生じない。 Next, a state of collecting reflected light from the semiconductor wafer by the objective lens system will be described. FIG. 6A is a diagram schematically showing a light beam incident on the semiconductor wafer from the objective lens system and a light beam condensed by the objective lens system, and FIG. 6B is a diagram from the leading convex lens 51 of the objective lens system. It is a figure which shows the scanning state and condensing state of the scanning beam to radiate | emit. Rays representing the video information in the central part of the field pass through almost the entire lens. Therefore, when a notch is formed in the objective lens system, the resolution is slightly affected. On the other hand, on the element forming surface 1a and the end surface 2c of the semiconductor wafer, only light rays incident on these surfaces substantially perpendicularly are collected by the objective lens system, and light rays incident at an incident angle other than normal, for example, the central portion of the lens are reflected. The rays that pass through are not collected by the objective lens system. Therefore, even if the notch is formed in the objective lens system, the resolution of the image around the field of view is hardly affected. As described above, even if the notch portion is formed in the objective lens system, the reduction in resolution of the objective lens system as a whole only slightly affects the image at the center of the field of view. Absent.
図６（ｂ）に示すように、走査ビームと切欠き部との位置関係は、走査ームをはさんで両側に切欠き部が位置するように設定する。このように走査ビームと切欠き部との関係を規定することにより、視野の周辺の画像を形成する光線は、切欠き部によりほとんどカットされず、解像度に悪影響を及ぼすことはない。 As shown in FIG. 6B, the positional relationship between the scanning beam and the notch is set so that the notch is positioned on both sides of the scanning frame. By defining the relationship between the scanning beam and the notch in this way, the light rays forming the image around the field of view are hardly cut by the notch, and the resolution is not adversely affected.
図７は本発明による共焦点型顕微鏡の第２の実施例を示す線図である。本例では、ビーム走査を行うのではなく、ライン状光ビーム副走査方向に周期的に偏向することにより試料表面を2次元走査する。光源としてレーザ光源７０を用いる。レーザ光源７０から出射したレーザ光は、エキスパンダ光学系７１により拡大光束に変換され、シリンドリカルレンズ７２により第２の方向に集束した偏平なビームに変換される。当該ビームは、偏光ビームスプリッタ７３を透過し、１／４波長板７４を通過してマイクロミラー装置（ＤＭＤ）７５の光入射面に垂直に入射する。 FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the confocal microscope according to the present invention. In this example, instead of performing beam scanning, the sample surface is two-dimensionally scanned by periodically deflecting in the line-shaped light beam sub-scanning direction. A laser light source 70 is used as a light source. The laser light emitted from the laser light source 70 is converted into an expanded light beam by the expander optical system 71 and converted into a flat beam focused in the second direction by the cylindrical lens 72. The beam passes through the polarization beam splitter 73, passes through the ¼ wavelength plate 74, and enters the light incident surface of the micromirror device (DMD) 75 perpendicularly.
本発明では、マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子を個別に駆動して画像表示装置として使用するのではなく、駆動パルス発生装置（図示せず）から全てのマイクロミラー素子に同一の駆動パルスを供給し、各ミラー面の全体としての高速回動により入射したレーザビームを発散性の非コヒーレントな光ビームに変換する。マイクロミラー装置７５は、光入射面に2次元マトリックス状に配置した複数のマイクロミラー素子を有し、各マイクロミラー素子は、例えば１４μｍ×１４μｍの矩形のアルミニウムのミラー面を有する。各マイクロミラー素子に同一の駆動パルスが入力すると、各ミラー面は、全体として高速で往復回動ないし往復傾動し、入射したレーザビームを高速偏向させる。すなわち、各ミラー面は、支持柱を中心にして、供給される駆動パルスに応じて、中立点をはさんで一方の側から他方の側に周期的に高速回動するため、各ミラー面に入射したビーム部分がそれぞれ高速で偏向されることになる。この結果、全体として見た場合、マイクロミラー装置７５から発散性のライン状光ビームが出射する。尚、マイクロミラー装置による偏向方向を前記第２の方向と直交する第１の方向とし、この第１の方向をライン状光ビームの延在方向とし、第１の方向を含む面を前述した走査ビーム面とする。 In the present invention, each micromirror element of the micromirror device is not individually driven and used as an image display device, but the same drive pulse is supplied to all the micromirror elements from a drive pulse generator (not shown). Then, the incident laser beam is converted into a divergent non-coherent light beam by the high-speed rotation of each mirror surface as a whole. The micromirror device 75 has a plurality of micromirror elements arranged in a two-dimensional matrix on the light incident surface, and each micromirror element has a rectangular aluminum mirror surface of 14 μm × 14 μm, for example. When the same drive pulse is input to each micromirror element, each mirror surface rotates or reciprocates at high speed as a whole, and deflects the incident laser beam at high speed. That is, each mirror surface is periodically rotated at high speed from one side to the other side with a neutral point between the mirror pillars according to the drive pulse supplied, so that each mirror surface has a center. Each incident beam portion is deflected at high speed. As a result, when viewed as a whole, a divergent line light beam is emitted from the micromirror device 75. Note that the direction of deflection by the micromirror device is a first direction orthogonal to the second direction, the first direction is the extending direction of the line-shaped light beam, and the surface including the first direction is scanned as described above. The beam surface.
一方、マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子は、全体として同一の駆動パルスが入力しても、各ミラー面は、微視的に見た場合、その質量等の差によりそれぞれランダムな状態で回動ないし傾動する。このため、入射したレーザビームの各マイクロミラー面に入射したビーム部分は、それぞれランダムな状態で反射する。この結果、マイクロミラー装置から出射するライン状光ビームは、ビーム全体として見た場合、位相関係がそれぞれランダムな状態となり、もはやコヒーレント性は維持されず、発散性の非コヒーレントな光ビームに変換される。この結果、グレァ等が発生しない鮮明な画像を撮像することが可能である。尚、マイクロミラー装置によりレーザビームが非コヒーレントな光ビームに変換されることは、実験により実証されている。 On the other hand, each micromirror element of the micromirror device rotates in a random state due to the difference in mass, etc., when viewed microscopically, even if the same drive pulse is input as a whole Or tilt. For this reason, the beam portion incident on each micromirror surface of the incident laser beam is reflected in a random state. As a result, the line-shaped light beam emitted from the micromirror device is converted into a divergent, non-coherent light beam because the phase relationship becomes random when viewed as a whole beam, the coherency is no longer maintained. The As a result, it is possible to capture a clear image in which no glare or the like occurs. It has been proved by experiments that the laser beam is converted into a non-coherent light beam by the micromirror device.
マイクロミラー装置７５から出射した非コヒーレントなライン状光ビームは、１／４波長板７４を透過し、偏光ビームスプリッタ７３の偏光面で反射する。偏光ビームスプリッタ７３から出射したライン状光ビームは、集束性の球面レンズ７６に入射し、第１の方向に拡大された平行な光ビームに変換される。このライン状の平行光ビームは、第２のシリンドリカルレンズ７７により第２の方向に集束され、リレーレンズ７８を経て第２の偏光ビームスプリッタ７９に入射する。第２の偏光ビームスプリッタから出射した光ビームは、結像レンズ８０を透過し、振動ミラー８１に入射する。この振動ミラー８１は、入射したライン状光ビームを、その延在方向（第１の方向）と直交する方向に周期的に偏向する。 The non-coherent line light beam emitted from the micromirror device 75 is transmitted through the quarter-wave plate 74 and reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 73. The line-shaped light beam emitted from the polarization beam splitter 73 is incident on the converging spherical lens 76 and converted into a parallel light beam expanded in the first direction. The line-shaped parallel light beam is focused in the second direction by the second cylindrical lens 77 and enters the second polarization beam splitter 79 via the relay lens 78. The light beam emitted from the second polarization beam splitter passes through the imaging lens 80 and enters the vibrating mirror 81. The oscillating mirror 81 periodically deflects the incident line-shaped light beam in a direction orthogonal to the extending direction (first direction).
振動ミラーから出射したライン状光ビームは、リレーレンズ８２及び８３並びに１／４波長板８４を経て対物レンズ系８５に入射する。当該対物レンズ系８５は、図５に示すように、光軸をはさんで２つの切欠き部が形成された対物レンズ系とする。対物レンズ系８５にはサーボモータ８６が連結され、このサーボモータにより光軸方向にそって移動することが可能である。尚、対物レンズ系と走査ビーム面との関係は、図６（ｂ）に示すように、対物レンズ系の先頭のレンズから出射するライン状光ビームの両側に切欠き部６０ａ及び６０ｂが位置するように設定する。従って、半導体ウェハのノッチの内周面の画像を撮像する場合であっても、対物レンズ系が半導体ウェハと衝突する不具合が解消される。 The linear light beam emitted from the vibration mirror enters the objective lens system 85 through the relay lenses 82 and 83 and the quarter wavelength plate 84. As shown in FIG. 5, the objective lens system 85 is an objective lens system in which two notches are formed with the optical axis interposed therebetween. A servo motor 86 is connected to the objective lens system 85, and can be moved along the optical axis direction by this servo motor. As shown in FIG. 6B, the relationship between the objective lens system and the scanning beam plane is such that the notches 60a and 60b are located on both sides of the linear light beam emitted from the head lens of the objective lens system. Set as follows. Therefore, even when an image of the inner peripheral surface of the notch of the semiconductor wafer is taken, the problem that the objective lens system collides with the semiconductor wafer is solved.
ライン状光ビームは、対物レンズ８５により集束され、集束性のライン状光ビームとして、半導体ウェハ１の端縁に入射する。 The line-shaped light beam is focused by the objective lens 85 and is incident on the edge of the semiconductor wafer 1 as a convergent line-shaped light beam.
半導体ウェハ試料１からライン状の反射光が発生し、当該ライン状の反射光は、対物レンズ系８５により集光され、１／４波長板８４、リレーレンズ８３及び８２を経て振動ミラー８１に入射する。このライン状の反射ビームは、振動ミラー８１によりデスキャンされ、結像レンズ８０を経て偏光ビームスプリッタ７９に入射する。この試料からの反射光は１／４波長板８４を２回通過しているから、偏光ビームスプリッタ７９を透過し、リニァイメージセンサ８７に入射する。 Line-shaped reflected light is generated from the semiconductor wafer sample 1, and the line-shaped reflected light is collected by the objective lens system 85 and enters the oscillating mirror 81 through the quarter-wave plate 84 and the relay lenses 83 and 82. To do. This line-shaped reflected beam is descanned by the vibrating mirror 81 and enters the polarizing beam splitter 79 through the imaging lens 80. Since the reflected light from the sample passes through the quarter-wave plate 84 twice, it passes through the polarization beam splitter 79 and enters the linear image sensor 87.
リニァイメージセンサ８７は、第１の方向にそって配列した複数の受光素子を有する。従って、半導体ウェハ１からのライン状の反射光は、リニァイメージセンサの各受光素子上に入射するから、リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積した電荷を振動ミラー８１と同期して読み出し、増幅器８８を介して信号処理装置４０に供給する。信号処理装置４０は、図３に基づいて説明した信号処理を行って半導体ウェハの端縁の2次元画像信号を出力する。 The linear image sensor 87 has a plurality of light receiving elements arranged along the first direction. Accordingly, since the line-shaped reflected light from the semiconductor wafer 1 is incident on each light receiving element of the linear image sensor, the charge accumulated in each light receiving element of the linear image sensor is read in synchronization with the vibrating mirror 81, The signal is supplied to the signal processing device 40 via the amplifier 88. The signal processing device 40 performs the signal processing described with reference to FIG. 3 and outputs a two-dimensional image signal of the edge of the semiconductor wafer.
図７に示す撮像装置を２台設け、図１に示すように、半導体ウェハの中心面をはさんで両側から同一平面上に位置する２本のライン状光ビームを投射して半導体ウェハの端縁の１８０度の方位にわたる2次元画像を撮像することも可能である。尚、この場合、一方の撮像装置が撮像中の場合他方の撮像装置を待避させ、対物レンズ系が相互に衝突しないようにする。また、２台の撮像装置で撮像された画像は、信号処理装置において、画像合成することにより１８０度の方位角にわたる画像をモニタ上に表示することが可能である。 Two imaging devices shown in FIG. 7 are provided, and as shown in FIG. 1, two line-shaped light beams located on the same plane are projected from both sides across the center plane of the semiconductor wafer to end the semiconductor wafer. It is also possible to take a two-dimensional image over a 180 degree azimuth of the edge. In this case, when one of the imaging devices is imaging, the other imaging device is retracted so that the objective lens systems do not collide with each other. In addition, the images captured by the two imaging devices can be displayed on a monitor with an image having an azimuth angle of 180 degrees by combining the images in the signal processing device.
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、ライン状光ビーム発生装置として、実施例ではレーザ光源とマイクロミラー装置の組み合わせを用いたが、水銀ランプやキセノンランプから出射する光束をスリットを用いてライン状光ビームとすることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, as a line-shaped light beam generator, a combination of a laser light source and a micromirror device is used in the embodiment. However, a light beam emitted from a mercury lamp or a xenon lamp can be converted into a line-shaped light beam using a slit. is there.
１ 半導体ウェハ
２ 端縁
３ａ，３ｂ 走査ビーム
２０ レーザ光源
２１ エキスパンダ光学系
２２ 音響光学素子
２３，２６，２８ リレーレンズ
２４ 偏光ビームスプリッタ
２５ １／４波長板
２７ 振動ミラー
２９ 対物レンズ
３０ サーボモータ
３１ 結像レンズ
３２ リニァイメージセンサ
３３ 増幅器
４０ 信号処理装置
４１ Ａ／Ｄ変換器
４２ 比較器
４３ セレクタ
４４ 画像メモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor wafer 2 Edge 3a, 3b Scanning beam 20 Laser light source 21 Expander optical system 22 Acousto-optic element 23, 26, 28 Relay lens 24 Polarizing beam splitter 25 1/4 wavelength plate 27 Vibrating mirror 29 Objective lens 30 Servo motor 31 Imaging lens 32 Linear image sensor 33 Amplifier 40 Signal processor 41 A / D converter 42 Comparator 43 Selector 44 Image memory
Claims (11)
ライン状光ビームを発生するライン状光ビーム発生手段と、ライン状光ビームをその延在方向と直交する方向に周期的に偏向するビーム偏向手段と、偏向されたライン状光ビームを試料に向けて投射する対物レンズ系と、対物レンズ系をその光軸方向にそって移動させる対物レンズ移動手段と、複数の受光素子を有し、試料からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサと、リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対して４５°の角度に設定され、
前記対物レンズ系は、その光軸にそって配置した複数のレンズと、これら複数のレンズを支持する鏡筒とを有し、入射したライン状光ビームが出射する先頭側において、鏡筒及び少なくとも先頭のレンズに切欠き部が形成され、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする共焦点型顕微鏡。 An image of an edge of a semiconductor wafer having first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces, and an edge A confocal microscope suitable for imaging an inner peripheral surface of a notch formed at an edge,
A line-shaped light beam generating means for generating a line-shaped light beam, a beam deflecting means for periodically deflecting the line-shaped light beam in a direction perpendicular to the extending direction thereof, and the deflected line-shaped light beam directed toward the sample An objective lens system for projecting, an objective lens moving means for moving the objective lens system along its optical axis direction, and a plurality of light receiving elements, and receives reflected light from the sample via the objective lens system. A linear image sensor, and a signal processing device that outputs a two-dimensional image signal of the sample based on an output signal from the linear image sensor;
The optical axis of the objective lens system is set at an angle of 45 ° with respect to the center plane of the semiconductor wafer,
The objective lens system includes a plurality of lenses arranged along the optical axis and a lens barrel that supports the plurality of lenses, and at the head side from which the incident linear light beam is emitted, notch at the top of the lens is formed,
From the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer, images of the edge are respectively taken while changing the relative distance between the objective lens system and the edge,
A confocal microscope characterized in that an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized in the signal processing circuit .
レーザビームを、非コヒーレントなライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生手段と、ライン状光ビームをその延在方向と直交する方向に周期的に偏向するビーム偏向手段と、偏向されたライン状光ビームを試料に向けて投射する対物レンズ系と、対物レンズ系をその光軸方向にそって移動させる対物レンズ移動手段と、複数の受光素子を有し、試料からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサと、リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対して４５°の角度に設定され、
前記対物レンズ系は、その光軸にそって配置した複数のレンズと、これら複数のレンズを支持する鏡筒とを有し、入射したライン状光ビームが出射する先頭側において、鏡筒及び少なくとも先頭のレンズに切欠き部が形成され、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする共焦点型顕微鏡。 An image of an edge of a semiconductor wafer having first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces, and an edge A confocal microscope suitable for imaging an inner peripheral surface of a notch formed at an edge,
A line-shaped light beam generating means for converting a laser beam into a non-coherent line-shaped light beam, a beam deflecting means for periodically deflecting the line-shaped light beam in a direction orthogonal to the extending direction , and a deflected line An objective lens system for projecting a light beam toward the sample, an objective lens moving means for moving the objective lens system along the optical axis direction, and a plurality of light receiving elements, and the reflected light from the sample is reflected by the objective lens A linear image sensor that receives light through a lens system, and a signal processing device that outputs a two-dimensional image signal of a sample based on an output signal from the linear image sensor;
The optical axis of the objective lens system is set at an angle of 45 ° with respect to the center plane of the semiconductor wafer,
The objective lens system includes a plurality of lenses arranged along the optical axis and a lens barrel that supports the plurality of lenses, and at the head side from which the incident linear light beam is emitted, notch at the top of the lens is formed,
From the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer, images of the edge are respectively taken while changing the relative distance between the objective lens system and the edge,
A confocal microscope characterized in that an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized in the signal processing circuit .
走査ビームを発生するレーザ光源と、走査ビームを第１の方向に周期的に偏向する第１のビーム偏向手段と、第１のビーム偏向手段から出射した走査ビームを第１の方向と直交する第２の方向に周期的に偏向する第２のビーム偏向手段と、第２のビーム偏向手段から出射した走査ビームを試料に向けて投射する対物レンズ系と、対物レンズ系を光軸方向に移動させる対物レンズ駆動手段と、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し試料からの反射光を前記対物レンズ系及び第２のビーム偏向手段を介して受光するリニァイメージセンサと、リニァイメージセンサからの出力信号を受け取って試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対して４５°の角度に設定され、
前記対物レンズ系は、その光軸にそって配置した複数のレンズと、これら複数のレンズを支持する鏡筒とを有し、入射したライン状光ビームが出射する先頭側において、鏡筒及び少なくとも先頭のレンズに切欠き部が形成され、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする共焦点型顕微鏡。 An image of an edge of a semiconductor wafer having first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces, and an edge A confocal microscope suitable for imaging an inner peripheral surface of a notch formed at an edge,
A laser light source that generates a scanning beam, a first beam deflecting unit that periodically deflects the scanning beam in a first direction, and a scanning beam emitted from the first beam deflecting unit are orthogonal to the first direction. 2nd beam deflecting means periodically deflecting in the direction of 2; an objective lens system for projecting the scanning beam emitted from the second beam deflecting means toward the sample; and moving the objective lens system in the optical axis direction An objective lens driving unit and a linear unit having a plurality of light receiving elements arranged in a direction corresponding to the first direction and receiving reflected light from the sample through the objective lens system and the second beam deflecting unit. An image sensor and a signal processing device that receives an output signal from the linear image sensor and outputs a two-dimensional image signal of the sample;
The optical axis of the objective lens system is set at an angle of 45 ° with respect to the center plane of the semiconductor wafer,
The objective lens system includes a plurality of lenses arranged along the optical axis and a lens barrel that supports the plurality of lenses, and at the head side from which the incident linear light beam is emitted, notch at the top of the lens is formed,
From the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer, images of the edge are respectively taken while changing the relative distance between the objective lens system and the edge,
A confocal microscope characterized in that an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized in the signal processing circuit .
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側から、第１の対物レンズ系を介して半導体ウェハの端縁に向けてライン状光ビームを投射し、端縁からの反射ビームを前記第１の対物レンズ系を介して第１のリニァイメージセンサにより受光する第１の撮像装置と、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面とは反対の第２の面側から、第２の対物レンズ系を介して半導体ウェハの端縁に向けてライン状光ビームを投射し、端縁からの反射ビームを前記第２の対物レンズ系を介して第２のリニァイメージセンサにより受光する第２の撮像装置と、
第１及び第２の撮像装置から出力される出力信号を受け取って端縁の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記第１及び第２の対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対してそれぞれ４５°の角度に設定されると共に互いに９０°の角度をなすように設定され、
前記第１及び第２の対物レンズ系は、半導体ウェハのノッチの内周面を観察する際、先頭に配置したレンズの少なくとも一部分がノッチの内部に進入するように、光軸をはさんで対向する２つの切欠き部が形成され、
前記第１及び第２の撮像装置により、半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする共焦点型顕微鏡。 An image of an edge of a semiconductor wafer having first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a central surface parallel to the first and second surfaces, and an edge A confocal microscope suitable for imaging an inner peripheral surface of a notch formed at an edge,
A line-shaped light beam is projected from the first surface side across the edge of the semiconductor wafer toward the edge of the semiconductor wafer via the first objective lens system , and a reflected beam from the edge is projected. A first imaging device that receives light by a first linear image sensor via the first objective lens system;
A linear light beam is projected from the second surface side opposite to the first surface across the edge of the semiconductor wafer toward the edge of the semiconductor wafer via the second objective lens system. a second imaging device that receives the second linear § image sensor of the reflected beam through the second objective lens system from the end edge,
A signal processing device that receives output signals output from the first and second imaging devices and outputs a two-dimensional image signal of the edge ;
The optical axes of the first and second objective lens systems are each set to an angle of 45 ° with respect to the central plane of the semiconductor wafer and set to make an angle of 90 ° with each other,
The first and second objective lens systems face each other across the optical axis so that at least a part of the lens arranged at the head enters the notch when observing the inner peripheral surface of the notch of the semiconductor wafer. Two notches are formed,
The first and second imaging devices are used to change the relative distance between the objective lens system and the edge from the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer. Take a picture of each edge,
A confocal microscope characterized in that an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized in the signal processing circuit .
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側から、端縁を２次元走査するための光ビームを第１の対物レンズ系を介して投射し、端縁からの反射光を前記第１の対物レンズ系を介して撮像素子により受光する第１の撮像装置と、
前記半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面とは反対の第２の面側から、端縁を２次元走査するための光ビームを第２の対物レンズ系を介して投射し、端縁からの反射光を前記第２の対物レンズ系を介して撮像素子により受光する第２の撮像装置と、
第１及び第２の撮像装置からの出力信号を受け取って試料の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具え、
前記第１及び第２の対物レンズ系の光軸は、半導体ウェハの中心面に対してそれぞれ４５°の角度に設定されると共に互いに９０°の角度をなすように設定され、
前記第１及び第２の対物レンズ系は、半導体ウェハのノッチの内周面を観察する際、先頭に配置したレンズの少なくとも一部分がノッチの内部に進入するように、光軸をはさんで対向する２つの切欠き部が形成され、
前記第１及び第２の撮像装置により、半導体ウェハの端縁をはさんで前記第１の面側及び第２の面側から、対物レンズ系と端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、
前記信号処理回路において第１の面側から撮像した画像と第２の面側から撮像した画像とを合成することを特徴とする共焦点型顕微鏡。 Imaging an edge of a semiconductor wafer having first and second surfaces parallel to each other, an edge located between the two surfaces, and a center plane parallel to the first and second surfaces, and the edge A confocal microscope suitable for imaging the inner peripheral surface of the notch formed in
From the first surface side across the edge of the semiconductor wafer, a light beam for two-dimensional scanning of the edge is projected through a first objective lens system, and reflected light from the edge is projected. A first imaging device that receives light by an imaging device via a first objective lens system;
A light beam for two-dimensional scanning of the edge is projected through a second objective lens system from the second surface side opposite to the first surface across the edge of the semiconductor wafer , a second imaging device for receiving the image sensor light reflected through the second objective lens system from the end edge,
A signal processing device that receives output signals from the first and second imaging devices and outputs a two-dimensional image signal of the sample;
The optical axes of the first and second objective lens systems are each set to an angle of 45 ° with respect to the central plane of the semiconductor wafer and set to make an angle of 90 ° with each other,
The first and second objective lens systems face each other across the optical axis so that at least a part of the lens arranged at the head enters the notch when observing the inner peripheral surface of the notch of the semiconductor wafer. Two notches are formed,
The first and second imaging devices are used to change the relative distance between the objective lens system and the edge from the first surface side and the second surface side across the edge of the semiconductor wafer. Take a picture of each edge,
A confocal microscope characterized in that an image captured from the first surface side and an image captured from the second surface side are synthesized in the signal processing circuit .
The confocal microscope according to claim 9 or 10, wherein the optical axes of the objective lens systems of the first and second imaging devices are both located on the same plane.
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