JP5611149B2 - 光学顕微鏡装置及びこれを備えた検査装置 - Google Patents
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Description
図1に、実施例に係る光学顕微鏡装置100aの概略的な構成を示す。図1は、試料を落斜照明で照明し、試料からの反射光を取得して撮像する装置について表している。
光学顕微鏡装置100aで使用する一対の開口フィルタ140b及び180dの構造例を、図2A、図2B及び図3に示す。なお、図2Aに示す開口フィルタと図2Bに示す開口フィルタで一対の開口フィルタを構成し、図2Aに示す開口フィルタと図3に示す開口フィルタで他の一対の開口フィルタを構成する。
図4A及び図4Bに、ビームスプリッタ150の他の構造例を示す。ビームスプリッタ150の平面領域は、透過領域150aと反射領域150bで構成される。この実施例の場合、ビームスプリッタ150は透過性の基板で構成され、反射領域150bに対応する基板表面には、光を50%以上反射させる膜を形成する。因みに、透過領域150aは、透過性の基板で構成されているため、光が透過する。
図5に、実施例に係る光学顕微鏡装置100bの概略的な構成を示す。図5には、図1との対応部分に同一符号を付して表している。図5と図1の違いは、照明光学系120の開口フィルタ140aと結像光学系165の開口フィルタ180cの特性である。
図7に、実施例に係る光学顕微鏡装置100cの概略的な構成を示す。図7には、図1との対応部分に同一符号を付して表している。図7と図1の違いは、照明光学系120の開口フィルタ140bと結像光学系165の開口フィルタ180bの特性である。
図8に、実施例に係る光学顕微鏡装置100dの他の概略的な構成を示す。図8には、図1との対応部分に同一符号を付して表している。図8と図1の違いは、照明光学系120の開口フィルタ140aと結像光学系の開口フィルタ180aの特性である。
図9に、実施例に係る光学顕微鏡装置100eの概略的な構成を示す。図9には、図1との対応部分に同一符号を付して表している。本実施例に係る光学顕微鏡装置100eは、透過物体の観察向けに、透過照明光学系を採用する点を特徴とする。例えば光学顕微鏡装置100eは、ガラス基板等の観察や検査に適用して好適である。
図10A及び図10Bを用い、各実施例に係る撮像方法の効果を説明する。図10Aは、輪帯照明で試料を照明して暗視野観察する場合における照明光の光路と試料表面における反射光の光路を示している。
、図10Bのθ4 とθ1 の差に相当する角度をゼロにすることが可能であり、非常に小さい段差を持ったパターンを像として捕らえることに適している。
図11A及び図11Bに、図5に示す光学顕微鏡装置100bに用いて好適な他の光学系の構成例を示す。ここでは、光学顕微鏡装置100bによる撮像を、結像用の対物レンズ160の外側に配置した暗視野照明用の光学素子162を用いて実現する方法について説明する。
図12に、前述した装置構成を応用した検査装置の全体構成例を示す。図12に示す検査装置は、検査用の画像の取得に用いられる荷電粒子線装置と、試料を所定位置にアライメントする際に用いられる光学顕微鏡装置100fにより構成される。
図13に、明視野観察では、低いコントラストしか得られない試料の例を示す。(a)は試料170の平面図を、(b)は試料170のA−A’断面図を示している。試料170は、基板172とパターン174から構成される。半導体ウエハの場合、パターン174は、直線で構成されることが多い。もっとも、孤立パターンでは、曲線形状のパターン174もあり得る。図13では、線幅Wでパターン高さ(段差)hの直線から構成される矩形パターンを示した。
C_BF≒c/(2d)
により表すことができる。従って、背景部分とパターン部分で光の反射率に差がない試料の場合には、光学的コントラストC_BFは小さい値となる。
C_DF=(a−b)/(a+b)
により表すことができる。従って、パターン部分で散乱される光を多く結像光学系に取り込めれば、コントラストを高めることが可能となる。
以上説明したように、各実施例に係る装置構成の採用により、従来の明視野観察では十分なコントラストが得られなかった試料に対しても十分なコントラストを得ることが可能となる。そして、各光顕微鏡装置を半導体ウエハの検査装置に適用することにより、ウエハのアライメントに必要なパターンコントラストを安定的に得ることが可能になる。
前述の実施例では、結像光学系165を構成する対物レンズ160を通して照明光を試料(対物面170)に導く例を説明したが、従来の明暗視野対物レンズで用いられているように、照明光を対物レンズの外側から試料に導く方式と併用しても良い。
110…照明光源
120…照明光学系
165…結像光学系
180a、180b、180c、180d…結像光学系の開口フィルタ
193…撮像素子
140a、140b…照明光学系の開口フィルタ
170…結像光学系の物体面(試料面)
Claims (20)
- 試料の拡大像を観察又は撮像する光学顕微鏡装置において、
照明光源と、
前記照明光源からの光を試料に導く照明光学系と、
試料からの反射光、散乱光、または回折光を集め、像を形成する結像光学系と、
結像光学系のシステム開口を規定する位置に配置され、正反射光成分を減衰させる第1の開口フィルタと、
結像光学系の像面に配置され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
照明光学系中で、前記第1の開口フィルタと共役な位置に配置された第2の開口フィルタと、
前記第1の開口フィルタの開口部に対応する位置に設けられ光を透過する透過領域と、前記第2の開口フィルタの開口部に対応する位置に設けられ前記透過領域より高い反射率の反射領域を有するビームスプリッタと
を有することを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項1に記載の光学顕微鏡装置において、
前記第1及び第2の開口フィルタのうちの一方は、コヒーレンスファクタが1未満(σ<1)の円形状の開口を有し、他方は輪帯状の開口を有する
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項2に記載の光学顕微鏡装置において、
前記第1の開口フィルタはコヒーレンスファクタが1未満(σ<1)の円形状の開口を有し、前記第2の開口フィルタは輪帯状の開口を有する
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項2に記載の光学顕微鏡装置において、
前記第2の開口フィルタはコヒーレンスファクタが1未満(σ<1)の円形状の開口を有し、前記第1の開口フィルタは輪帯状の開口を有する
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項2に記載の光学顕微鏡装置において、
前記輪帯状の開口は、非光透過性の円板状の第1の部材と、前記開口に対して外側に位置して前記開口の外延を規定する非光透過性の第2の部材で挟まれた空間として形成され、前記第1の部材を支持するように前記第2の部材から延びる支持部材は、試料面に形成されたパターンに対して平行又は直角に配置される
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項5に記載の光学顕微鏡装置において、
前記支持部材は4つであり、前記第1の部材を四方向から支持する
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項1に記載の光学顕微鏡装置において、
前記結像光学系により形成される光学像の平均明るさが、前記撮像素子による光電変換特性が線形な領域に入るように、前記第1の開口フィルタの透過特性と前記第2の開口フィルタの透過特性の関係を定める
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項1に記載の光学顕微鏡装置において、
前記照明光学系からの光を結像光学系の対物レンズを通して試料に照射する
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 荷電粒子源と、荷電粒子線が照射される試料を保持する試料ステージと、前記荷電粒子源から放射された荷電粒子線を試料上で走査させる走査コイルと、前記荷電粒子線が照射した試料から得られる信号を検出する検出器とを有する荷電粒子線装置と、
照明光源と、前記照明光源からの光を前記試料に導く照明光学系と、試料からの反射光、散乱光、または回折光を集め、像を形成する結像光学系と、結像光学系のシステム開口を規定する位置に配置され、正反射光成分を減衰させる第1の開口フィルタと、結像光学系の像面に配置され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、照明光学系中で、前記第1の開口フィルタと共役な位置に配置された第2の開口フィルタと、前記第1の開口フィルタの開口部に対応する位置に設けられ光を透過する透過領域と前記第2の開口フィルタの開口部に対応する位置に設けられ前記透過領域より高い反射率の反射領域を有するビームスプリッタと、を有する光学顕微鏡と
を有する検査装置。 - 請求項9に記載の検査装置において、
前記第1及び第2の開口フィルタのうちの一方は、コヒーレンスファクタが1未満(σ<1)の円形状の開口を有し、他方は輪帯状の開口を有する
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項10に記載の検査装置において、
前記第1の開口フィルタはコヒーレンスファクタが1未満(σ<1)の円形状の開口を有し、前記第2の開口フィルタは輪帯状の開口を有する
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項10に記載の検査装置において、
前記第2の開口フィルタはコヒーレンスファクタが1未満(σ<1)の円形状の開口を有し、前記第1の開口フィルタは輪帯状の開口を有する
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項10に記載の検査装置において、
前記輪帯状の開口は、非光透過性の円板状の第1の部材と、前記開口に対して外側に位置して前記開口の外延を規定する非光透過性の第2の部材で挟まれた空間として形成され、前記第1の部材を支持するように前記第2の部材から延びる支持部材は、試料面に形成されたパターンに対して平行又は直角に配置される
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項13に記載の検査装置において、
前記支持部材は4つであり、前記第1の部材を四方向から支持する
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項9に記載の検査装置において、
前記結像光学系により形成される光学像の平均明るさが、前記撮像素子による光電変換特性が線形な領域に入るように、前記第1の開口フィルタの透過特性と前記第2の開口フィルタの透過特性の関係を定める
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項9に記載の検査装置において、
前記照明光学系からの光を結像光学系の対物レンズを通して試料に照射する
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項1に記載の光学顕微鏡装置において、
前記第2の開口フィルタの遮光領域は、前記ビームスプリッタの前記透過領域と前記反射領域の境界を遮光する位置に設定される
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項9に記載の検査装置において、
前記第2の開口フィルタの遮光領域は、前記ビームスプリッタの前記透過領域と前記反射領域の境界を遮光する位置に設定される
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項4に記載の光学顕微鏡装置において、
前記光学像に対してコントラストが低下した空間周波数成分を強調する処理を行う画像処理装置を有する
ことを特徴とする光学顕微鏡装置。 - 請求項12に記載の検査装置において、
前記光学像に対してコントラストが低下した空間周波数成分を強調する処理を行う画像処理装置を有する
ことを特徴とする検査装置。
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