JPH01107139A

JPH01107139A - パターン検知装置

Info

Publication number: JPH01107139A
Application number: JP26282687A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Iwata; 敏岩田; Moritoshi Ando; 護俊安藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　　　要〕例えばＩＣ等の製造工程中で形成される微細なレジスト
のような透明パターンを光学的に自動検知するパターン
検知装置に関し、上記透明パターンを確実かつ正確に検知できることを目
的とし、平坦面上に透明パターンの形成された被検知対象に対し
、入射面に平行な直線偏光としたライン状の光をブリュ
ースター角で入射させる光照射手段と、前記ライン状の
光が前記透明パターンを介し前記平坦面で反射された光
を検知光として検知する光検知手段と、該光検知手段で
得られた検知画像における前記検知光の位置に基づき前
記透明パターンの高さを算出する演算手段とを備えるよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えばＩＣ等の製造工程中で形成される微細
なレジストのような透明パターンを光学的に自動検知す
るパターン検知装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＩＣ等における微細な配線パターンを検知する装
置としては、第７図に示すような光切断法を利用したも
のが提案されている。

同図の装置では、まずレーザ１の出力光をミラー２を介
しスリット３に導く。このスリット３は対物レンズ４の
入射瞳部に配置されており、ここを光が通過することに
よりスリット３の形状に沿ったライン状の光が得られる
。このライン状の光を対物レンズ４によって被検知対象
（例えばＡ１等からなる微細な配線パターンの形成され
たＩＣ）Ｍに結像させる。この際、第８図に概略的に示
すように、スリット３を通過して得られたライン状の光
Ｌ＋　は対物レンズ４により光軸を中心にｙ方向からＸ
方向に９０゛回転され、ライン状の微細な光Ｌ２として
結像される。対物レンズ４の開口数（ＮＡ）が例えば０
．７である場合、光Ｌ２の幅Ｗを０．３　μｍ程度に微
細化することができる。

このようにしてライン状の光Ｌ２が形成された液検知対
象Ｍ上に配線パターンによる凹凸が存在する場合、ライ
ン状の光Ｌ２は上記凹凸に沿った不連続な形状となる。

そこで、その反射光をもう１個の対物レンズ５で結像さ
せることにより、そこには上記配線パターンの断面形状
に相当する光切断像が形成される。これをＣＣＤセンサ
６で検知し、その検知画像の高さ方向のずれを求めるこ
とにより、配線パターンの高さを得る。このような高さ
検知を被検知対象Ｍの全体に対して順次行うことにより
、配線パターンの三次元形状を得ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の装置では、上述したように光切断法を利用す
ることにより、ＩＣ上におけるＡ１配線パターン等の不
透明パターンの検知は可能である。

ところが、透明レジストのような透明パターンに対して
前記と同様に光を投影すると、透明パターンの上面及び
底面で二種類の反射光が生じ、これらが混在して検知さ
れてしまう。このように混在した反射光の中から上面で
の反射光のみを取出すことは極めて困難であり、従って
透明パターンの高さを検知することは不可能であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、透明パターンを確実かつ
正確に検知することのできるパターン検知装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理構成図である。本発明は、光照
射手段１１、光検知手段１２、及び演算手段１３を備え
て構成されている。

光照射手段１１は、表面に透明パターン（例えば透明な
レジストパターン等）Ｎの形成された被検知対象Ｍに対
し、入射面に平行な直線偏光（すなわちｐ偏光）とした
ライン状の光Ｌｌｌをブリュースター角θ、で入射させ
る手段である。なお第１図においては、上記入射面は図
の表面に等しく、上記直線偏光の振動方向は矢印Ａで示
されている。

また、ライン状の光Ｌ１１は、図の表面に対し実直方向
に延びている。

光検知手段１２は、上記ライン状の光Ｌ１１が透明パタ
ーンＮを介しくすなわち屈折し）その底面Ｎ、で反射し
て得られた光Ｌ１□を検知光として検知する手段である
。

演算手段１３は、光検知手段１２で得られた検知像にお
ける上記の光（検知光）Ｌ、２の位置（すなわち出射位
置Ｂ）に基づき、透明パターンＮの高さｈを算出する手
段である。

〔作　　　用〕

一般に、透明体へ任意の直線偏光が入射する場合、その
反射光及び屈折光のそれぞれの振幅と入射角との関係は
、第２図に示すように、入射面に対して平行な直線偏光
（ｐ偏光）成分と垂直な直線偏光（Ｓ偏光）成分とで異
なる。特に、Ｓ偏光（曲線すで示す）では反射光の振幅
がゼロになるような入射角が存在しないのに対し、ｐ偏
光（曲線ａで示す）では入射角θ、で反射光の振幅がゼ
ロになり、屈折光だけが十分な振幅を持つ。このような
入射角θ、は、一般にブリュースター角（偏光角）と呼
ばれている。このブリュースター角θ、は、入射側媒質
をｎｌ、屈折側媒質をｎ２とすると、ｔａｎ　θｐ　”ｎｚ　／ｎ＋　　　　　　＋　’　・
’　ｉｆ）で表わされる角度である。

このことから、第３図に示すように、媒質■から媒質■
に対し任意の光１０をブリュースター角θ２で入射させ
た場合、その反射光７！１にはＳ偏光（その振動方向を
記号Ｃで示す）のみが含まれ、ｐ偏光（その振動方向を
矢印りで示す）は全て屈折光１２に含まれる。従って、
第１図に示したように、ｐ偏光成分のみからなるライン
状の光Ｌ＋＋をブリュースター角θ、で透明パターンＮ
に入射させれば、そこからの表面反射はなり、透明パタ
ーンＮの内部への屈折光だけが得られる。そのため、従
来のように透明パターンＮの上面及び底面からの二種類
の反射光が混在するようなことは全くなく、光検知手段
１２では透明パターンＮの底面Ｎ、からの反射光を検知
光Ｌｔｚとして確実に検知することができる。

この時、第４図（ａ）、　（ｂ）に示すように、透明パ
ターンＮからの検知光Ｌｌ！の出射位置Ｂは透明パター
ンＮの高さｈに依存する。例えば、透明パターンＮの高
さｈがり、の場合（同図（ａ））と、それよりも低いｈ
ｚ（＜ｈ＋）の場合（同図（ｂ））とでは、上記出射位
置ＢはΔＷだけずれる。このような出射位置Ｂは、光検
知手段１２で得られる検知像から明確に知ることができ
る。従って、演算手段１３が出射位置Ｂを知ることによ
り、透明パターンＮの高さｈに対する出射位置Ｂの依存
関係に基づき、透明パターンＮの実際の高さｈを正確に
算出することができる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第５図は、本発明の一実施例を示す概略構成図である。

ここでは、被検知対象Ｍとして、微細な透明レジストか
らなる透明パターンの形成されたＩＣを考える。

本実施例は、光照射手段として、レーザ２１、ミラー２
２、ｐ偏光を作るための偏光フィルタ２３、ライン状の
光を作るためのスリット２４、及び開口数（ＮＡ）の大
きな対物レンズ２５を備えている。対物レンズ２５は被
検知対象Ｍへの入射光軸がブリュースター角θ２をなす
ように配置されており、その入射瞳部にスリット２４が
配置されている。この光照射手段では、まずレーザ２１
の出力光がミラー２２を介し偏光フィルタ２３に導かれ
る。偏光フィルタ２３を通過したレーザ光は、ｐ偏光（
すなわち、後述する光り、の被検知対象Ｍへの入射面に
対し平行な直線偏光）Ｌ＋ｏとなって、スリット２４を
通過する。スリット２４を通過したｐ偏光は、スリット
２４の形状に沿ったライン状の光に整形される。このよ
うにして得られたライン状の光は、対物レンズ２５によ
り、第８図に示したと同様にライン状の微細な光Ｌｌ＋
にされて、被検知対象Ｍ上に結像される。ただしこの際
、上記のライン状の光Ｌｌ＋は、第、６図＋ａ）に示す
ように、被検知対象Ｍ上の透明パターン（レジストパタ
ーン）Ｎに対してブリュースター角θ２て入射する。な
お、対物レンズ２５のＮＡが大きくても、その出射光（
Ｌｌｌ）のビームウェスト部では光軸方向の光のみが存
在すると考えることができるので、実質上、前記の弐（
１）を満足する。

このようにｐ偏光からなるライン状の光Ｌ１１をブリュ
ースター角θ２て透明パターンＮに入射させれば、先に
第２図及び第３図に基づき述べた原理により、透明パタ
ーンＮの上面からの反射光Ｉ、１１１はなくなり、透明
パターンＮの内部への屈折光Ｌ１１．たけとなる。この
屈折光Ｌ１１．は透明パターンＮの底面（Ｓｔ等からな
る半導体層の表面）Ｎｌでほぼ１００％反射された後、
透明パターンＮ外へ検知光り、□として出射される。一
方、ライン状の光Ｌ１１のうち、透明パターンＮに入射
することなく　（すなわち透明パターンＮの側方を）そ
のまま進行した光ＬＩＩＣは、上記半導体層の表面で反
射される（反射光Ｌ＋ｆｆ）。

本実施例は、上記のようにして得られた光Ｌ１□及びＬ
１３を検知する光検知手段として、対物レンズ２６及び
ＣＣＤセンサ２７を備えている。この光検知手段では、
第６図（ａ）に示した光Ｌ１□及びＬ１３を対物レンズ
２６により結像させ、これをＣＣＤセンサ２７で検知す
る。この際、上述したように透明パターンＮからの表面
反射がないため、従来のように透明パターンＮの上面及
び底面からの二種類の反射光が混在するようなことは全
くない。よって、ＣＣＤセンサ２７は上記の光Ｉ、＋ｚ
及びＬｌｆｆだけを確実に検知できる。

ＣＣＤセンサ２７による検知画像の一例を第６図（ｂ）
に示す。同図において、高い位置にある像ｍ、が光Ｌ１
ｇに対応し、低い位置にある像ｍｔが光Ｌ１３に対応す
る。この画像で、像ｍ２に対する像ｍ１の高さ（すなわ
ち、光ＬＩ２と光Ｌｌｌ間の距離）ｈ’は、透明パター
ンＮでの屈折によって生じた透明パターンＮの底面Ｎ、
の見かけの高さを示す。この時、第６図（ａ）に示した
透明パターンＮからの光ＬＩＺの出射位置Ｂが、第４図
で述べたように透明パターンＮの実際の高さｈに依存し
、また光Ｌ１３の半導体層上での反射位ＨＥが変化しな
いことから、上記の見かけの高さｈ′も高さｈに依存す
る。すなわち、透明パターンＮの屈折率ｎ（通常のレジ
ストの場合、ｎ＝１．６８）及びブリュースター角θ、
を既知の値とすることにより、ｈ′をｈの関数として表
わすことができる。

そこで本実施では、透明パターンＮの高さｈを算出する
演算手段として、第５図に示すように画像メモリ２８及
び第１．第２の演算回路２９，３０を備えている。この
演算手段では、まず上記ＣＣＤセンサ２７で得られた検
知画像（第６図（ｂ）参照）を画像メモリ２８に記憶す
る。そして第１の演算回路２９により、記憶されている
検知画像の中から光ＬＩ２に対応する像ｍ１のみを取出
し、他の像ｍ２を除去することにより、見かけの高さｈ
′を求める。続いて、第２の演算回路３０により、上述
したｈ′とｈの関係に基づき透明パターンＮの実際の高
さｈを算出する。このような高さｈの検知を被検知対象
Ｍの全体に対して順次行うことにより、透明パターンＮ
の三次元形状を得ることができる。

本実施例では、以上に説明したように、透明パターンＮ
の上面からの反射光をなくすことにより、透明パターン
Ｎで屈折して得られた光ＬＩ２と透明パターンＮに入射
することなく得られた光Ｌ１３とを確実に検知できる。

更に、これらの光Ｌ　Ｉ２及びＬ１２を検知して見かけ
の高さｈ′を得ることにより、微細な透明パターンＮの
実際の高さｈを簡単かつ正確に求めることができる。

なお、光照射手段及び光検知手段における光学系の構成
は、第５図に示した構成に限定されることはない。また
、演算手段による演算も、上記実施例のようにｈ′を求
める処理は必ずしも必要ではなく、出射位置Ｂに基づい
て高さｈを算出できるのであれば、どのような演算を用
いてもよい。

また、本発明は、ＩＣ中のレジストパターン以外の他の
透明パターンの検知に使用することもでき、更に透明パ
ターンは必ずしも微細なパターンである必要はな°い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来では検知困
難であった透明パターンの高さを、非常に確実かつ正確
に検知することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図はｐ偏光及びＳ偏光の入射角に対する反射光振幅
及び屈折光振幅の依存関係を示す図、第３図はブリュー
スター角の原理を説明するための図、第４図（ａ）及び（ｂ）は透明パターンＮの高さｈと検
知光ＬＩ！の出射位置Ｂとの関係を示す図、第５図は本
発明の一実施例を示す概略構成図、第６図（ａｌ及び（
ｂｌは同実施例の特徴的作用を説明するための要部構成
図及びＣＣＤセンサ２７による検知画像の一例を示す図
、第７図は従来のパターン検知装置を示す概略構成図、第８図はスリット３及び対物レンズ４によるライン形成
の原理を示す概略図である。１１・・・光照射手段、１２・・・光検知手段、１３・・・演算手段、２１・・・レーザ、２３・・・偏光フィルタ、２４・　・　・スリット、２５．２６・・・対物レンズ、２７・・・ＣＣＤセンサ、２８・・・画像メモリ、２９・・・第１の演算回路、３０・・・第２の演算回路、Ｌ、・・・ライン状の光、Ｌ１□・・・検知光、 θ、・・・ブリュースター角、Ｂ・・・出射位置、Ｍ・・・被検知対象、Ｎ・　・・透明パターン。特許出願人　　　　富士通株式会社本発明の原工里オ五族図第１図７′カニ−スター角の原理第３図 ΔＷ道日月ハ９ターンＮの音之ｈヒ宇莢タロ、ｔＬＩ２の工
遺寸イ立厘Ｂ　ヒの開イ系第４図従来のｌザターン巾岨ｙ口、装置ライン形成゛の号ｆ里第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に透明パターンの形成された被検知対象に対
し、入射面に平行な直線偏光としたライン状の光をブリ
ュースター角で入射させる光照射手段（１１）と、前記
ライン状の光が前記透明パターンを介しその底面で反射
された光を検知光として検知する光検知手段（１２）と
、該光検知手段で得られた検知画像における前記検知光
の位置に基づき前記透明パターンの高さを算出する演算
手段（１３）とを備えることを特徴とするパターン検知
装置。
（２）前記光照射手段（１１）は、レーザ光を通過させ
て前記直線偏光を得る偏光フィルタ（２３）と、該直線
偏光をライン状の光に整形するスリット（２４）と、該
ライン状の光を前記被検知対象上にブリュースター角で
入射させ結像させる対物レンズ（２５）とを備えること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン検知
装置。
（３）前記対物レンズ（２５）は、大きな開口数を有す
ると共に、前記スリット（２４）を介して得られたライ
ン状の光を光軸を中心として９０゜回転させて結像させ
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のパター
ン検知装置。
（４）前記光検知手段（１２）は、前記透明パターンの
底面で反射された光を結像させる対物レンズ（２６）と
、該対物レンズによる結像面上に配置された光センサ（
２７）とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第３項のいずれか１つに記載のパターン検知装置
。
（５）前記光センサ（２７）はＣＣＤセンサであること
を特徴とする特許請求の範囲第４項記載のパターン検知
装置。
（６）前記演算手段（１３）は、前記光検知手段（１２
）で得られた検知画像を記憶する画像メモリ（２８）と
、該画像メモリに記憶された検知画像の中から前記検知
光に対応する像の位置のみを取出す第１の演算回路（２
９）と、該第１の演算回路で得られた位置及び前記透明
パターンの屈折率並びに前記ブリュースター角に基づい
て前記透明パターンの高さを算出する第２の演算回路（
３０）とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第５項のいずれか１つに記載のパターン検知装置
。
（７）前記透明パターンは、半導体層上に形成された透
明レジストパターンであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項乃至第６項のいずれか１つに記載のパターン
検知装置。