JPH02114113A - 平面度測定機能付き顕微鏡装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、顕微鏡装置、特に、自動焦点合わせ装置を備
えている顕微鏡装置に関し、例えば、半導体装置の製造
工程において、ウェハの外観検査を実施するのに利用し
て有効なものに関する。

〔従来の技１イｉ〕 半導体装置の製造工程において、ウェハの外観検査を実
施するのに、自動焦点合わせ装置を備えている光学式顕
ｖｌｌ鏡装置が使用されている。

一方、ウェハの検査については平面度に関する検査が実
施されており、この平面度を検査する装置として、ウェ
ハにレーザビームを走査しながら照射し、ウェハからの
反射光により平面度を測定するように構成されているウ
ェハ平面度測定装置がある。

なお、ウェハの検査技術を述べである例としては、株式
会社工業調査会発行「電子材料１９８５年１１月号別冊
」昭和６０年１１月２０日発行Ｐ２１５〜Ｐ２２１、が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ウェハにレーザビームを走査しながら照
射して平面度を測定するように構成されているウェハ平
面度測定装置においては、プロセス工程を経たウェハや
、反りが比較的大きなウェハ等については、レーザビー
ムの乱反射が発生するため、平面度を測定することがで
きないという問題点があることが、本発明者によって明
らかにされた。

本発明の目的は、プロセスを経たウェハや、反りが比較
的大きなウェハ等についても平面度を測定することがで
きる平面度測定機能付き顕微鏡装置を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、試料を保持するテーブルと、テーブルに保持
された試料に対向する対物レンズと、テーブルと対物レ
ンズとを相対的に垂直および水平移動させる移動装置と
、試料上の各測定点と対物レンズとの間についての焦点
合わせを前記移動装置を制御することにより自動的に実
行する自動焦点合わせ装置と、前記各測定点の自動焦点
合わせ時のそれぞれにおける前記移動装置による各垂直
方向への移動量についての各データを総合することによ
り、前記試料の平面度を求めるコントローラとを設けた
ものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、試料を対物レンズに対して相対
的に水平移動させて測定点を複数箇所設定するとともに
、各測定点において自動焦点合わせを実行し、各自動焦
点合わせ時における対物レンズの試料に対する移動量を
各測定点に対応させてそれぞれ記録することにより、試
料の平面度を測定することができるため、試料表面の性
状および反りの大小にかかわらず、試料の平面度を簡単
な構造により測定することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である平面度測定機能付き顕
微鏡装置を示す模式図、第２図（ａ）、（ｂｌおよび第
３図（ａ）、［有］）はその作用を説明するための各説
明図、第４図は同じく線図である。

本実施例において、本発明に係る平面度測定機能付き顕
微鏡装置は、ウェハの外観検査を実施するとともに、ウ
ェハの平面度測定を実施し得るように構成されている。

この平面度測定機能付き顕微鏡装置りは水平に据え付け
られるベース２を備えており、ベース２上にはスタンド
３が垂直に立脚されている。スタンド３には上下動ブロ
ック４が垂直方向に移動するように取り付けられており
、このブロック４はヘース２に据え付けられたナーボモ
ータ等から成る駆動装置５により駆動されるようになっ
ている。

駆動装置５はコントローラ６の指令により上下動ブロッ
ク４を上下動させるとともに、コントローラ６によりフ
ィードバック制御されることにより、上下動ブロック４
を所望の目標高さ位置に精密に移動させ得るように構成
されており、かつ、その移動量を検出してコントローラ
６に送信し得るように構成されている。上下動ブロック
４には支持アーム７が略水平に配されて一体移動するよ
うに突設されており、支持アーム７の先端部にはＸＹ子
テーブル０が水平に支持されている。ＸＹ子テーブル０
上にはウェハ８を保持するためのチャック９が取り付け
られており、ＸＹ子テーブル０はサーボモータ等から成
る駆動装置１１によりＸＹ力方向水平移動されることに
より、チャック９に保持されたウェハ８をＸＹ力方向送
るように構成されている。駆動装置１１はコントローラ
６の指令によりｘＹ子テーブル０をＸＹ力方向水平移動
させるとともに、コントローラ６によりフィードバック
制御されることにより、ウェハ８を所望の目標位置に精
密に移動させ得るように構成されており、かつ、その移
動量を検出してコントローラ６に送信し得るように構成
されている。

一方、スタンド３の上部には鏡筒１２がウエハ８の真上
に位置し得るように配されて、略垂直に据え付けられて
おり、鏡筒１２の下端部には光学式の対物レンズ１３が
ウェハ８と対向するように配されて支持されている。ま
た、鏡筒１２の上端部には光学式の接眼レンズ１４が、
その光軸を対物レンズ１３の光軸と一致されて配設され
ており、接眼レンズ１４は適当な操作手段（図示せず）
により対物レンズ１３に対する焦点距離を適宜調整し得
るように構成されている。

鏡筒１２内部には第１ハーフミラ−１５が対物レンズ１
３の光軸上に配設されており、第１ハーフミラ−１５の
光学的後方には第１ミラー１６を介して第２ハーフミラ
−１７が配設されている。

この第２ハーフミラ−１７の透過側にはスリット１８が
光軸を一致されてそれに直交するように配設されており
、スリット１８のハーフミラ−１７と反対側位置には、
一対の赤外光発光ダイオード２０．２０がレンズ１９を
介して光軸の両側にそれぞれ配設されている。また、第
２ハーフミラ−１７の反射側には一対のダイオードＡ、
Ｂから成る差動ダイオード２１が、光軸に対して対称形
になるように配設されており、この差動ダイオード２１
はその受光量についての検出結果をコントローラ６に送
信するように構成されている。そして、コントローラ６
はコンピュータ等から成り、後述するような作用を実現
するように構成されており、コントローラ６を含む構成
要素により、自動焦点合わせ装置および平面度測定装置
が実質的に構成されている。

次に作用を説明する。

被検査物としてのウェハ８はＸＹ子テーブル０上に供給
され、チャック９により位置決め保持される。

ウェハ８についての外観検査は接眼レンズ１４を覗くこ
とにより実施される。すなわち、適当な照明装置（図示
せず）により照明されたウェハ８からの反射光は、対物
レンズ１３、第１ハーフミラ−１５、および各種光学系
を介して接眼レンズ１４に導かれるため、ウェハ８の各
部は接眼レンズ１４において拡大観察される。このとき
、ウェハ８上の観察したい場所はコントローラ６の制御
による駆動装置１１のＸＹ子テーブル０についての操作
により適宜設定される。また、その観察点の移動に伴う
焦点合わせは、後述する自動焦点合わせ作動により逐時
実施される。

また、ウェハ８についての平面度測定は次のように実施
される。

まず、対物レンズ１３がウェハ８の最初の測定点に対向
される。この測定点は任意の点でよい力（コントローラ
６によりその座標が特定されるとともに、その座標が記
憶される。この測定点はＸＹ座標を有するが、便宜上、
Ｘ座標のみを用いて説明する。そして、第４図に示され
ているように、第１の測定点はｘｌとし、以降、第２、
第３・・・・・・の測定点はそれぞれＸ、、Ｘ！、・・
・Ｘ７とする。

対物レンズ１３と第１測定点Ｘ１との関係がＸＹ子テー
ブル０により、相対的に位置決めされると、コントロー
ラ６の指令により赤外光発光ダイオード２０．２０から
赤外光２２がウェハ８の第１測定点Ｘ１に、スリット１
８、第２ハーフミラ−１７、ミラー１６、第１ハーフミ
ラ−１５および対物レンズ１３を介して、スリット像を
もって照射される。このスリット像は正方形の小さなス
ポット像２３になっている。ウェハ８に照射された赤外
光２２はウェハ８で反射され、第１ハーフミラ−１５、
ミラー１６および第２ハーフミラ−１７を介してダイオ
ード２１によって受光される。

この受光により、差動ダイオード２１には前記スポット
像２３が再結像される。

このとき、第２図に示されているように、基準面Ｆ０か
らの変位量ΔＸと、差動ダイオード２１上のスポット像
２３の移動とはある範囲内では比例関係が保たれる。す
なわち、変位量は差動ダイオード２１のＡ、８面上の入
射光量差に対応されている。つまり、 Δｘ＝Ｋ　（Ａ−Ｂ） なる関係がある。変換定数には測定面の反射率が影響す
るので、測定面の色、あらさ、汚れ、傾き等によって感
度が変わるが、これは入射全光量で上記関係式を補正す
れば感度変化を除くことができる、実際には、外乱光の
影響を除く工夫、その他光学系に種々の工夫がなされて
いる。

ところで、被測定物としてのウェハ８がプロセス工程を
経たものである場合、第３図に示されているように、ウ
ェハ８の表面には段差がある。このような場合において
、自動焦点合わせ用スポット像２３内に段差がある場合
のピントの合い方は以下のようになる。

（１）　　上側（Ａ面）と下側（Ｂ面）での面積比が、
Ａ＝Ｂ、の場合、差動ダイオード２１にてフォーカス面
として認識される高さは、Ａ面とＢ面との中間（０面）
となる。

（２）　　上側（Ａ面）と下側（Ｂ面）でのスポット像
２３の面積比が、Ａ＞Ｂ、の場合は０面より上側（Ｂ面
）となる。

（３）上側（Ａ面）と下側（Ｂ面）でのスポット像２３
の面積比が、Ａ＜８、の場合は０面より下側（８面）と
なる。

このようにウェハ上の段差にスポット像２３がかかった
場合、フォーカス面はスポット像２３内の上側と下側の
面積比に比例して変化する。

したがって、本実施例においては、ウェハ８に段差が形
成されている場合であっても、平面度を測定し得ること
になる。

このようにして、基準面Ｆ０からの変位量ΔＸが測定さ
れると、その変位量ΔＸがコントローラ６にインプット
される。コントローラ６はこの変位量ΔＸに基づいて、
対物レンズ１３の焦点が第１測定点Ｘ、において合致す
るのに必要な対物レンズ１３とウェハ８との相対位置関
係を求め、かつ、その関係を作り出すのに必要な上下動
ブロック４の移動量を求める。そして、コントローラ６
の指令により、駆動装置５が作動され、上下動ブロック
４が所望の移動量だけ移動される。このとき、フィード
バック制てゴ０が実施されるが、このフィードバック制
御の目標位置６ｉ認検出子として、前記自動焦点合わせ
装置を利用してもよい。

一方、この上下動ブロック４の移動量、または、前記変
位量ΔＸはコントローラ６に第４図に示されているよう
に、第１測定点Ｘｌの座標に対応されて記憶ないしは記
録される。

第１測定点Ｘ、についての測定が終了すると、コントロ
ーラ６の指令により駆動装置１１が作動され、ＸＹ子テ
ーブル０の移動により、対物レンズ１３がウェハ８の第
２測定点ｘ２に相対的に移動される。この第２測定点Ｘ
２の座標がコントローラ６により特定されるとともに、
記憶される。

続いて、この第２測定点Ｘ２において、前述した第１測
定点Ｘ、におけると同様、変位■ΔＸの測定が実施され
るとともに、自動焦点合わせが実施される。そして、こ
の第２測定点×２における上下動ブロック４の移動量、
または変位量ΔＸがコントローラ６に、第４図に示され
ているように、第２測定点Ｘｔの座標に対応されて記憶
ないしは記録される。

以降、前記作動が繰り返されることにより、第３測定点
Ｘ３、第４測定点ｘ４・・・・・・についての座標と、
求められた焦点合わせ距離とが対応されて、第４図に示
されているように、記憶（記録）されて行く。

そして、コントローラ６はこのようにして求められた各
測定点ｘ１〜ｘ７についての測定結果を第４図に示され
ているように、総合することにより、ウェハ８の平面度
を測定する。この測定結果はコントローラ６に接続され
たモニタテレビや、プリンタ等のような周辺機器（図示
せず）により出力され、視覚的に認識されることになる
。

このようにして、外観検査および平面度測定を適宜実施
されたウェハ８は、チャンク９の保持を解除されてＸＹ
子テーブル０からアンローディングされ、次工程へと送
り出される。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（［）試料を対物レンズに対して相対的に水平移動させ
て測定点を複数箇所設定するとともに、各測定点におい
て自動焦点合わせを実行し、各自動焦点合わせ時におけ
る対物レンズの試料に対する移動量を各測定点に対応さ
せてそれぞれ記録することにより、試料の平面度を測定
することができるため、試料表面の性伏および反りの大
小にかかわらず、試料の平面度を簡単な構造により測定
することができる。

（２）顕微鏡装置によってウェハの外観検査を実行する
ことにより、ウェハの平面度測定と外観検査とに共用す
ることができるため、半導体装置の製造工程において、
設備費およびランニングコストを軽減させることができ
るとともに、作業性を高めることができ、生産性を向上
させることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない 例えば、自動焦点合わせ装置としては、オプトマイクロ
メータを使用するに限らず、エアマイクじ】メータや、
被写体にレーザ光を照射してその反射角によって距離を
測定する光学式測距装置等を使用してもよい。

顕微鏡装置の具体的構造や、試料を保持するテーブル、
テーブルを移動させる移動手段の構成等は前記実施例に
限定されるものではない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるウェハの平面度測定
技術に適用し光場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、ホトマスクの平面度測定技術等に通
用することができ、特に、本発明は、外観検査が実施さ
れる板状物の試料の平面度を測定する場合について使用
することにより、優れた効果を発揮する。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

試料を対物レンズに対して相対的に水平移動させて測定
点を複数箇所設定するとともに、各測定点において自動
焦点合わせを実行し、各自動焦点合わせ時における対物
レンズの試料に対する移動量を各測定点に対応させてそ
れぞれ記録することにより、試料の平面度を測定するこ
とができるため、試料表面の性状および反りの大小にか
かわらず、試料の平面度を簡単な構造により測定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である平面度測定機能付き顕
微鏡装置を示す模式図、 第２図（ａ）、（ｂ）および第３図（ａＪ、（ｂ）はそ
の作用を説明するための各説明図、 第４図は同じく線図である。 ■・・・平面度測定機能付き顕微鏡装置、２・・・ベー
ス、３・・・スタンド、４・・・上下動ブロック、５・
・・駆動装置、６・・・コントローラ、７・・・支持ア
ーム、８・・・ウェハ（試料）、９・・・チャック、１
０・・・ＸＹ子テーブル１１・・・駆動装置、１２・・
・鏡筒、Ｉ３・・・対物レンズ、１４・・・接眼レンズ
、１５．１７・・・ハーフミラ−１６・・・ミラー　１
　Ｂ−・・スリット、１９・・・レンズ、２０・・・赤
外光発光ダイオード、２１・・・差動ダイオード、２２
・・・赤外光、２３・・・スポット像。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料を保持するテーブルと、テーブルに保持された
   試料に対向する対物レンズと、テーブルと対物レンズと
   を相対的に垂直および水平移動させる移動装置と、試料
   上の各測定点と対物レンズとの間についての焦点合わせ
   を前記移動装置を制御することにより自動的に実行する
   自動焦点合わせ装置と、前記各測定点の自動焦点合わせ
   時のそれぞれにおける前記移動装置による各垂直方向へ
   の移動量についての各データを総合することにより、前
   記試料の平面度を求めるコントローラとを備えているこ
   とを特徴とする平面度測定機能付き顕微鏡装置。 ２、前記自動焦点合わせ装置がオプトマイクロメータを
   使用されて成り、自動焦点合わせが前記対物レンズを通
   して実行されるように構成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の平面度測定機能付き顕微鏡
   装置。