JPH0272315A - フォーカス方法 - 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】 〔発明の概要〕 第１の光学系を用いて光ビームを線状光に集束して微細
パターンに投射し、その投射された線状光の形状を第２
の光学系を通して光検出器により検知して該微細パター
ンの正常／異常を検査する装置における、該第１．第２
の光学系のフォーカス方法に関し、 光切断型パターン検査装置において、光軸方向の焦点を
確実に合わせることができる方法を提供することを目的
とし、 可動台上の微細パターンに光ビームを、スリット板およ
び対物レンズを備える第１の光学系により線状光に収束
して投射し、該微細パターンに投射された線状光の形状
を、受光用対物レンズを備える第２の光学系を通して光
検出器により検知して、該微細パターンの正常、異常を
検査する装置における該光学系のフォーカス方法におい
て、微細パターンに投射する線状光を直線偏光または楕
円偏光とし、微細パターンに投射された線状光の反射光
をＳ波とＰ波に分離し、これらＳ、Ｐ波の強度比または
差を求めて、該強度比または差により焦点調整をするよ
う構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、第１の光学系を用いて光ビームを線状光に集
束して微細パターンに投射し、その投射された線状光の
形状を第２の光学系を通して光検出器により検知して該
微細パターンの正常／異常を検査する装置における、該
第１．第２の光学系のフォーカス方法に関する。

集積回路では配線パターンの微細化、高密度化に伴ない
、該配線パターンの３次元形状をチエツクしてその正常
／異常を検査する要求が高まっているが、配線寸法が微
小で配線数が多大なので目視による検査は不可能であり
、高速な自動検査法の確立が望まれている。

（従来の技術〕 集積回路の微細配線パターンを検査するのに、スポ・７
ト状の光を該配線パターンに投射してその反射光をＣＣ
Ｄ　（電荷転送装置）などの光センサに導き、該配線パ
ターンをＸ、Ｙ方向に移動して同様操作を繰り返す、あ
るいは該スポット状の光を反射鏡などを含む光学系によ
り移動させて対象物全体を検査する等の方法が採られて
いる。

しかしこの走査型の検査方法では検査速度が遅いので、
本発明者は光切断法によるパターン検査法を先に開発し
た（特願昭６２−９６７９９　）。第６図（ａ）にその
概要を示す。レーザ光源１１から出力されたレーザ光１
０はレンズ１２、所定波長の光を通すフィルタ１３、ミ
ラー１４、プリズム１５、直交配置された２組のシリン
ドリカルレンズ１６゜１７、スリット板１８、および対
物レンズ１９を通って配線パターン２０に線状に集束さ
れて投射される。高さ（厚み）及び幅がある配線パター
ン２０に投射されるとこの線状光は、該配線パターンの
上面に当った部分と、配線パターンの下地２６に当った
部分に分れるが、これを対物レンズ２１、ミラー２２，
２３、レンズ２４により観測する（ＣＣＤに受光する）
。ＣＣＤ２５の出力を処理して配線パターン２０の幅、
厚みを求めることが可能であり、これが予定値なら正常
、予定値外なら異常である。この正常／異常検出には走
査は不要なので、検査速度は速い。

配線パターンのサイズは幅、厚み、が１ｕｍ以下といっ
た微細なものであり、これを検査する線状光は極細（上
記１ａｍに対しては０．５μｍ以下）であるのがよい。

レンズ１７．１８、スリット板１８などはこの目的のも
ので、レーザ光はレンズ１６．１７で帯状にされ、スリ
ット板１８で更に薄くされる。第６図（ｂ）はこの部分
を示し、１０ａはレンズ１７の出力光、１０ｂはスリッ
ト１８ａを出たレーザ光である。レーザ光１０ｂのＸ方
向長さ（厚み；スリット１８ａの間隙長）ｘＩは１０〜
３０μｍ程度、Ｘ方向長さｙＩは１０〜３０ｍｍでこれ
は大開口数のレンズ１９の口径よりや−短い程度とする
。このような線状光がレンズ１９に入ると、Ｘ方向で強
く収束され、Ｘ方向では余り収束されず（最小スポット
径Ｗと光の波長λとレンズの開口数ＮＡにはＷζλ／２
ＮＡの関係があることによる）、結局Ｘ方向にＸ２、Ｘ
方向にｙ２の細い線状光１０ｃに収束される。

第７図に、配線パターン２０に投射された線状光１０ｃ
の形状を示す。配線パターン２０は厚みを持っているの
で、線状光１０ｃは配線パターン２０の上面に当った部
分と下地２６に当った部分に分れ、これを斜めから見る
と矩形波または台形波状になる。２８はテレビカメラ２
７の視野を示す。この視野に表われた幅Ｗ′と高さｈ′
から、レンズ１９．２１の取付は角などを用いて配線パ
ターン２０の幅Ｗ、高さｈを算出することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この光学系（パターン検査装置）ではレンズ１９は配線
パターン２０で結像するように（配線パターン２０の上
面とその下地２６で結像するように、であるが、高さｈ
があるから焦点深度が浅いとこれは不可能である。しか
しこ＼ではｈは無視し、配線パターン上面と下地２６を
同一視する）焦点を合わせ、レンズ２１は原像よりの光
（反射光）を受けてカメラ２７の位置で結像するように
焦点を合わせる必要がある（線状光１０ｃは結像位置で
最も細くなり、それより遠ざかるにつれて厚みがでてく
る）。この焦点調整には第８図に示すように、レンズ１
９．２１をその光軸方向Ｉｉ。

１ｏで移動させる、配線パターン（具体的にはそれをの
せている可動台、これも２６とする）を上下方向Ｚで移
動させる、の３方向がある。第６図の如き線状光形成で
はレンズ１９の開口数が大である必要があるが、大開口
数の対物レンズは焦点深度が非常に浅く（例えば１μｍ
）。焦点調整を正確に行なう必要がある。

Ｚ方向の焦点調整は、可動台２６上の線状光が最も細く
なる状態がピントの合った状態、という点を利用して容
易に行なえる。例えば検出信号のラインプロファイルを
計測し、その半値幅を求め、それが最小になるように可
動台２６を上下させる。

しかし光軸方向１ｔ、Ｉｏについては、焦点が可動台上
で結んでいないのに、それが結ばれているように見える
ことがある。即ち、第９図は焦点ｒが可動台２６上で結
ばれている状Ｂ　（ＪＵＳＴ　ＦＯＣＵＳ）を示し、第
１０図は焦点が可動台２６上で結ばれていない状態（Ｏ
ＵＴ　ＯＦ　ＦＯＣＵＳ）を示すが、第１０図でも２つ
の対物レンズ１９．２１間の距離が２ｆなので、テレビ
カメラ２７またはＣＣＤ２５からは焦点が可動台２６上
で結ばれているように見えてしまう。可動台２６が粗面
であればこのようなことはないが、凹凸のない（凹凸は
使用波長の１／１０以下）フラットな面を持つ（対物レ
ンズの開口数が大きくなりスポット径が波長以下になる
と、光学的な粗面は存在しない。）と反射は鏡面反射と
なり、上記状態が生じる。

フラットなサンプルを用いた焦点の初期合わせでは第１
０図の状態になっても格別問題はない（細い線状光を観
察することができる）が、実際の検査を行う場合、観察
するものは下地２６とその上の配線パターン２０であり
、配線パターンのエツジなどでフォーカス状態から外れ
、この部分が見えな（なる。即ちテレビ２７などで観察
していると細い、焦点の合った線状光が観察されると共
に、その一部がボケまたは欠け、パターン検査に支障を
与える。

本発明はか−る点を改善し、光切断型パターン検査装置
において、光軸方向の焦点を確実に合わせることができ
る方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では微細パターン２０に投射する線状光１０ｃを
直線偏光または楕円偏光とする。

そして対物レンズ２１を通して受光した光をＳ波成分と
Ｐ波成分に分離する。

そしてこれらのＳ波成分とＰ波成分の各強度の比（差で
もよい）をとり、該強度比により、焦点が正しく可動台
上にあるか否かを知り、可動台上にあるように光学系の
焦点調整をする。

直線偏光には例えば４５°偏光を用いる。楕円偏光には
、Ｐ波、Ｓ波の反射率に応じた偏光比を持たせる。

［作用］ 第１図に示すように、対物レンズ１９から出る光（検査
光）１０ｃは焦点が合っていれば可動台２６で最も細く
なり、これより外れる例えば面２６ａ上ではまだ収束中
で大幅である。光１０ｃは球面波であるが、太い矢印は
ビーム内でのその波面の法線方向を示し、細い矢印は面
２６．２６ａでの該波面の反射方向を示す。大開口数の
対物レンズを用いて光を絞ると、図示のように焦点面２
６では太い矢印が平行で、つれて細い矢印も平行になる
が、非焦点面２６ａでは太い矢印は非平行、つれて細い
矢印も非平行になる。この事実を利用すれば、第９図の
ジャストフォーカス状態が第１Ｏ図のアウトオブフォー
カス状態かを識別することが可能である。

第２図は、ガラスに光が入射した場合の入射角度に対す
る偏光の反射率変化を示す。（ＲＥ）ＳはＳ波（入射面
の垂直な偏光波成分）の反射率特性、（ＲＥ）ＰはＰ波
（入射面に平行な偏光波成分）の反射率特性である。こ
のグラフから明らかなようにＳ波とＰ波では（即ち偏光
方向が異なると）同し入射角でも表面反射率が異なる。

例えば入射角が４５°とすると、Ｓ波の反射率は約１．
０、Ｐ波の反射率は約０．０１である。入射角が５５°
ではＳ波の反射率は約０．１４、Ｐ波の反射率は約０で
ある。但しこれは屈折率ｎ１２が１．５０のときで、屈
折率が変るとこの関係は若干変る。

そこで、Ｓ波とＰ波を入射して反射光を受光し、その反
射光のＳ波の強度ＩｓとＰ波の強度Ｉｐとの比α＝Ｉｐ
／Ｉｓを求めると、同じ入射角（４５゜とする）であっ
ても、ジャストフォーカスならα＝０．０１１０．１　
＝０．１になるが、アウトオブフォーカスなら、第１図
に示されるように各波面の入射角がまちまちであるから
αは上記０．１（特定値）以外の値になる。入射角を５
５°とすると、ジャストフォーカスならα＝０、アウト
オブフォーカスならα≠０である。このαが特定値か（
０か）、特定値以外か（０でないか）をチエ・ンクする
ことにより、ジャストフォーカスかアウトオブフォーカ
スかを知ることができる。

数式で示すと、対物レンズに偏光の予め分ったビームを
入射させた場合、焦点面に反射する対象があれば反射光
の波面は平行と考えられ、反射光のＳ、Ｐ波強度比αは α＝Ｉｐ／Ｉｓ＝　（ｃｏｓ（φ＋Ｚ）／ｃｏｓ（φ−
ｚ）］”・・・・・・（１） ｓｉｎφ／ｓｉｎχ＝ｎ　　　　　　　　　　・・・・
・・（２）また、焦点面に反射する対象がない場合は反
射光の強度比は、様々な反射経路を含むため、開口数が
Ｎ、Ａ、の対物レンズを用いた場合、上記強度比αは ｃｘ＝Ｉｐ／Ｔｓ＝　Ｓφ［ｃｏｓ（φ＋ｚ）／ｃｏｓ
（φ−χ）］２・・・・・・（３） −ｓｉｎ−’Ｎ、へ、≦　φ　≦５ｉｎ−’Ｎ、Ａ、　
　　　　　　　　　−−（４）となる。従って、ジャス
トフォーカスの場合、αは（１）式で示される特定値を
とり、アウトオブフォーカスの場合（３）式で示される
上記特定値とは異なる値をとるから、光軸方向の移動を
行ないながらその移動で変るαを参照することにより、
フォーカシングが可能である。

〔実施例〕

第３図〜第５図に本発明の実施例を示す。全図を通して
そうであるが、他の図と同じ部分には同し符号が付しで
ある。

第３図では入射光に４５°直線偏光を用いる。

パターン２０での反射光を対物レンズ２１を通して偏光
プリズム３１に導き、こ＼でＳ波とＰ波に分離し、各々
を光検出器３２．３３へ導く。光検出器３２．３３の出
力はＡ／Ｄ変換器３４．３５でデジタル値に変換し、プ
ロセッサ３６に人力してＳ、Ｐ波強度比αを計算させる
。これは出力装置３７に表示される。対物レンズを光軸
方向で移動させてα＝　ｃｏｓ　”　（φ＋χ）／ｃｏ
ｓ”（φ−χ）＋　ｓｉｎφ／ｓｉｎχ＝ｎ（屈折率）
となるとき、ジャストフォーカスとする。

第４図も４５°直線偏光を使用するが、偏光回転プリズ
ム４０を用いて偏光方向を可変にしている。またスリッ
トガイド４１を設けてスリット１８を矢印方向に移動可
能にしており、偏光プリズム３１もプリズムガイド４２
により矢印方向に移動可能にしている。また光検出器の
一方はＣＣＤ２５と変換可能にしている。更にステージ
コントローラ４４を設けて、対物レンズ１９の光軸方向
移動を演算処理装置３６の出力により自動的に行うよう
にしている。

第５図では楕円偏光を用いる。この楕円偏光のＰ波成分
ｐｐとＳ波成分Ｐｓの比を反射光強度比αに対応させる
。即ちＰｐ／Ｐｓ＝ｃｏｓ”（φ−Ｚ　）／ｃｏｓ２（
φ＋χ）にすると、ジャストフォーカスなら反射光の強
度比αは１、ｌ５−Ｉｐ＝Ｏとなり、アウトオブフォー
カスならα≠ｌ、ｌ５−Ｉρ≠０となる。

これによりジャスト／アウトオブフォーカスを検知でき
る。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、光切断型パターン
形状検査装置において、検査対象（パターンとその下地
）が鏡面状であっても、焦点が正しく該検査対象に合っ
た良好なピント調整を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図はＳ、　　Ｐ波の反射率特性図、第３図〜第５図
は本発明の詳細な説明図、第６図は光切断型パターン検
査装置の説明図、第７図は第６図の要部説明図、 第８図は焦点調整方向の説明図、 第９図はジャストフォーカス状態の説明図、第１０図は
アウトオブフォーカス状態の説明図である。 第３図で２ １８はスリン 物レンズ、３ 受光器、３６ る。 ６は可動台、２０は微細パターン、 ト板、１９は対物レンズ、２１は対 １は偏光用プリズム、３２．３３は は強度比αを求めるプロセッサであ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可動台（２６）上の微細パターン（２０）に光ビー
   ムを、スリット板（１８）および対物レンズ（１９）を
   備える第１の光学系により線状光に収束して投射し、該
   微細パターンに投射された線状光の形状を、受光用対物
   レンズ（２１）を備える第２の光学系を通して光検出器
   （３２、３３）により検知して、該微細パターンの正常
   、異常を検査する装置における該光学系のフォーカス方
   法において、微細パターンに投射する線状光を直線偏光
   または楕円偏光とし、 微細パターンに投射された線状光の反射光をＳ波とＰ波
   に分離し、 これらＳ、Ｐ波の強度比または差を求めて、該強度比ま
   たは差により焦点調整をすることを特徴とするフォーカ
   ス方法。