JPH03264912A - 表面形状観測装置 - 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】 〔概　要〕 被観測体、例えば基板の表面形状を観測する表面形状観
測装置に関し、 基板の表面に被着した透明膜の表面形状を簡単且つ正確
Ｇこ観測できる表面形状観測装置の提供を目的とし、 進行方向に垂直な平面内であらゆる方向に振動する直線
偏光を有する光を発生する発光部と、光から任意の直線
偏光を選択して透過させる偏光部と、偏光部を透過した
直線偏光を該直線偏光の光軸と垂直な断面がスリット状
になるようにして被観測体の表面に斜めに照射する照射
部と、被観測体の表面が反射した直線偏光の反射光を受
光して撮像部に入射する結像部と、反射光を受光して該
反射光を画素毎の電気的な画像信号に変換する撮像部と
、撮像部から入力された各画素毎の画像信号を格納する
第１のフレームメモリ及び偏光部を光の光軸を回転中心
にして所定角度回転した際の直線偏光の反射光を受光し
た撮像部が出力する各画素毎の画像信号を格納する第２
のフレームメモリを有するメモリ部と、第１のフレーム
メモリ及び第２のフレームメモリからそれぞれの画像信
号を各画素毎に入力して同一画素毎の画像信号をそれぞ
れ差分演算する画像信号処理部と、画像信号処理部によ
り差分演算された画像信号を入力して画面上に表示する
画像表示部とを含ませて表面形状観測装置を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板の表面形状を観測する表面形状観測装置
、特に基板の表面に被着した透明膜の表面形状を簡単且
つ正確に観測できる表面形状観測装置に関する。

半導体装置の製造工程において半導体ウェーハに塗布し
たレジストの膜厚を均一に保つことは、半導体装置の製
造歩留まりを向上・維持することから極めて重要である
。

このためには半導体装置の製造現場で簡単に使え、かつ
半導体ウェーハに塗布したレジストの膜厚の表面形状を
迅速且つ正確に観測できる表面形状観測装置が必要であ
る。

〔従来の技術〕

第２図は、従来の表面形状観測装置の説明図で、同図（
ａ）は装置構成を示す概略模式図、同図（ｂ）は照射状
態を示す説明図、同図（ｃ）は本装置が描く被観測体の
表面形状を示す図である。

尚、同し部品・材料に対しては全図を通して同し記号を
付与しである。

従来の表面形状観測装置は、光ｉｏを発生する光源２１
．例えばレーザ発振器２１と、光Ｉｏの進路を変える第
１の【ラー２２ａと、細長の溝状に開口したスリット（
図示せず）を設けた不透明のスリット板２３と、スリッ
ト板２３のスリットを通過した光１゜を収束して被観測
体１０、例えば基板１０の表面に結像させる集光用レン
ズ２４ａと、光１ｏの反射光Ｉｂを収束する投影用レン
ズ２４ｂと、反射光Ｉｂの進路を変える第２のミラー２
２ｂと、反射光１ｂを収束する結像用レンズ２４ｃと、
結像用レンズ２４ｃが収束した反射光ｉｂを受光し一つ
のセルを一つの画素として画素毎に電気的な画像信号に
変換するＣ　ＯＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　
Ｄｅｖｉｃｅ；電荷結合素子）を撮像素子として使用し
たカメラ２５と、カメラ２５から入力した各画素毎の画
像信号をそれぞれ格納するメモリ部２６と、メモリ部２
６から画像信号を読み出して画像信号の特徴抽出処理を
する画像処理部２７、及び画像処理部２７が処理したデ
ータにより基板ｌＯの表面形状を画像で表示するＣＲＴ
表示装置２８を含んで構成したものである（同図（ａ）
参照）。

次に、斯かる構成をした従来の表面形状観測装置の機能
について説明する。

まず、レーザ発振器２１を作動すると、レーザ発振器は
平行性の良い光１ｏを発生する。

この光■０は、第１のミラー２２ａで進路を変え、スリ
ット板２３に設けたスリットを通過し、集光用レンズ２
４ａにより基板１０の表面に線状となって結像する。な
お、光１ｏは、通常、基板１０の表面に対して４５度程
度の入射角となるように調整されている（同図（ｂ）参
照）。

そして、基板ＩＯの表面で反射された光Ｅｏの反射光１
ｂは、投影用レンズ２４ｂにより収束され、第２のξク
ー２２ｂで進路を変え、結像用レンズ２４ｃで収束され
てカメラ２５のＣＯＤ　（図示せず）の表面に結像する
。

すると、カメラ２５のＣＣＤは、一つのセルを一つの画
素として反射光Ｉｂを画素毎の電気的な画像信号に変換
し、この画素毎の画像信号をメモリ部２６に出力すると
、メモリ部２６は画素毎に画像信号を格納する。

斯かる一連の処理は、基板１０を矢印Ａ方向に一定距離
移動される度毎に行われるため、メモリ部２６には基板
ｌＯの表面形状に関する複数の画像信号が格納されるこ
ととなる。

画像処理部２７は、メモリ部２６から画像信号を読み出
し、基板１０の表面形状の状態を強調且つ特徴的に表示
するための特徴抽出処理をして画像表示部２８、例えば
ＣＲ７表示装置２８に出力する。

斯くして、ＣＲ７表示装置２８は、基板１０の表面形状
を目視による視認が容易な立体像的に表示することとな
る（同図（ｃ）参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の表面形状観測装置は、基板１０が不透明の材料か
ら出来たものであれば何隻問題ない。

ところが、第２図の（ｂ）に示した基板１０を第１図の
（ｂ）図に示した透明膜、例えばレジスト膜１０ａを被
着した基板１０に換えると、第２図の（ｂ）図に示す反
射光１ｂは、基板１０の表面からの反射光とレジスト膜
１０ａの表面からの反射光とが入り混しったものとなる
。

従って、従来の表面形状観測装置により基板■０に被着
したレジスト膜１０ａの表面形状を観察することは不可
能であった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたも
ので、その目的は基板等の表面に被着した透明膜の表面
形状を簡単且つ正確に観測できる表面形状観測装置の提
供にある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、第１図に示す如く進行方向に垂直な平面内
であらゆる方向に振動する直線偏光を有する光Ｌｏを発
生する発光部１１と、光Ｌｏから任意の直線偏光Ｌａを
選択して透過させる偏光部１２と、偏光部１２が透過し
た直線偏光Ｌａを該直線偏光Ｌａの光軸と垂直な断面が
スリット状になるようにして被観測体１０の表面に斜め
に照射する照射部１３と、被観測体１０の表面が反射し
た直線偏光Ｌａの反射光Ｌｂを受光して撮像部１５に入
射する結像部１４と、反射光Ｌｂを受光して該反射光Ｌ
ｂを画素毎の電気的な画像信号に変換する撮像部１５と
、撮像部１５から入力された各画素毎の画像信号を格納
する第１のフレームメモリ１６ａ及び偏光部１２を光Ｌ
ｏの光軸を回転中心にして所定角度回転した際の直線偏
光Ｌｃの反射光Ｌｄを受光した撮像部１５が出力する各
画素毎の画像信号を格納する第２のフレームメモリ１６
ｂを有するメモリ部１６と、第１のフレームメモリ１６
ａ及び第２のフレームメモリ１６ｂからそれぞれの画像
信号を各画素毎に入力して同一画素毎の画像信号をそれ
ぞれ差分演算する画像信号処理部１７と、画像信号処理
部１７により差分演算された画像信号を人力して画面上
に表示する画像表示部１８とを含んで構成したことを特
徴とする表面形状観測装置により達成される。

〔作　用］ 本発明の表面形状観測装置の偏光部１２は、光り。

の光軸を回転中心にして回転角度を調整することにより
、光Ｌｏの中から被観測体１０への入射面に対して垂直
に振動する直線偏光ＬａであるＳ偏光、及び入射面に対
して水平に振動する直線偏光ＬｃであるＰ偏光をそれぞ
れ別々に透過する。

なお、被観測体■０への入射面は、被観測体１０の表面
に垂直な法線と被観測体１ｏの表面に入射する直線偏光
Ｌａ　（Ｌｃ）とが含まれる平面を言う。

従って、Ｓ偏光の直線偏光ＬａをＰ偏光の直線偏光Ｌｃ
に替えるには偏光部１２を光Ｌｏの光軸を回転中心にし
て９０度回転すればよい。またＰ偏光の直線偏光Ｌｃを
Ｓ偏光の直線偏光Ｌａに替えるには偏光部１２を光Ｌｏ
の光軸を回転中心にして９０度回転すればよいことにな
る。

透明膜表面のＳ偏光に対する反射率と、Ｐ偏光に対する
反射率とは異なり、第３図の直線偏光に対する透明膜の
表面の反射率の比較図に示すようにＳ偏光（第３図の曲
線ｌ）対する反射率がＰ偏光（第３図の曲線２）に対す
る反射率より大きくなることが知られている。

従って、透明膜１０ａ　、例えばレジスト膜１０ａを被
着した被観測体１０の表面にＳ偏光の直線偏光Ｌａを結
像手段１４により結像した際の反射光Ｌｂは、当然被観
測体１０の表面からの反射光と被観測体１０の表面に被
着したレジスト膜の表面からの反射光とが入り混しった
ものとなるが、その成分構成はレジスト膜の表面からの
反射光が多くなる。

一方、Ｐ偏光の直線偏光Ｌｃの反射光Ｌｄは、上記の如
くレジスト膜からの反射率が小さいため、被観測体１０
の表面からの反射光が主体となる。

斯くして、Ｓ偏光の直線偏光Ｌａの反射光Ｌｂを撮像部
１５で画素毎に変換された画像信号と、Ｐ偏光の直線偏
光Ｌｃの反射光Ｌｄを撮像部１５で画素毎に変換された
画像信号とは、同じ画素の画像信号であっても異なるこ
ととなる。

したがって、撮像部１５から入力されてメモリ部１６の
第１のフレームメモリ１６ａに格納されているＳ偏光で
得られた画像信号、第２のフレームメモリ１６ｂに格納
されているＰ偏光で得られた画像信号とを、画像信号処
理部１７に入力してそれぞれの画像信号を各画素毎に差
分演算することによりレジスト膜の表面形状だけの画像
信号が得られることとなる。

斯くして、この画像信号を画像表示部１８に人力すると
、レジスト膜の表面形状の画像信号が画面上に表示され
る。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例の表面形状観測装置の説明
図で、同図（ａ）は装置構成を示す概略模式図、同図（
ｂ）はレジスト膜を被着した基板の斜視図、同図（ｃ）
は本装置が描くレジスト膜の表面形状を示す図である。

本発明の一実施例の表面形状観測装置は、進行方向に垂
直な平面内であらゆる方向に振動する直線偏光を有する
光Ｌｏを発生する発光部１１、例えばレーザ発振器１１
と、 光Ｌｏから任意の直線偏光Ｌａを選択して透過させる偏
光部１２、例えば電気石型の偏光板１２と、直線偏光Ｌ
ａを反射してその進路を変える第１のミラー１３ａと、
細長のスリット〈図示せず）を設けたスリット板１３ｂ
と、スリット板１３ｂのスリットを通過してスリット状
になった直線偏光Ｌａを収束して被観測体１０、例えば
透明膜であるレジスト膜ＩＱａを被着した基板ｌＯの表
面に斜めに照射する集光用レンズ１３ｃよりなる照射部
１３と、直線偏光Ｌａの反射光Ｌｂを収束する受光用レ
ンズ１４ａと、反射光Ｌｂの進路を変更する第２のミラ
ー１４ｂと、反射光Ｌｂを収束して撮像手段１５、例え
ばＣＯＤを使用したカメラ１５に結像する結像用レンズ
１４ｃとで構成した結像部１４と、 反射光Ｌｂを受光してＣＣＤの一つのセルを一つの画素
として反射光Ｌｂを画素毎に電気的な画像信号に変換す
るＣＯＤカメラ１５と、 ＣＯＤカメラ１５から入力された画素毎の画像信号を格
納する第１のフレームメモリ部１６ａ及び偏光板１２を
光Ｌｏの光軸を回転中心にして所定角度回転した際の光
Ｌｏのなかの直線偏光Ｌｃの反射光Ｌｄから得られる画
像信号を格納する第２のフレームメモリ部１６ｂを有す
るメモリ部１６と、第１のフレームメモリ部１６ａ　及
ヒ第２０：）フレームメモリ部１６ｂからそれぞれの画
像信号を入力して対応する画素毎の画像信号を差分演算
する画像信号処理部１７と、 歯像信号処理部１７により差分演算された画像信号を入
力して画面上に画像を表示する画像表示手段１８、例え
ばＣＲＴ表示装置１８とを含んで構成したものである（
同図（ａ）参照）。

斯かる本発明の表面形状観測装置により、基板に塗布さ
れた透明なレジスト膜の表面形状を観測する方法につい
て説明する（同図（ｂ）参照）。

まず、レーザ発振器１１を作動し、このレーザ発振器１
１が発生する光Ｌｏを偏光板１２に垂直に照射すると、
偏光板１２は光Ｌｏの中からＳ偏光の直線偏光Ｌｅａを
通過する。

なお、偏光板１２は、かの偏光板１２を通過した光Ｌｏ
、即ち直線偏光ＬａがＳ偏光となるように調整されてい
る。

そして、Ｓ偏光Ｌａは、第１のミラー１３ａで進路を変
えられて細長のスリットを設けたスリ、７ト板１３ｂを
照射する。

このスリット板１３ｂのスリットを通過してスリット状
になった直線偏光Ｌａ（Ｓ偏光）は、集光用レンズ１３
ｃで収束されて基板ｌＯに塗布された透明なレジスト膜
の表面に結像する。

なお、直線偏光Ｌａは、レジスト膜の表面に対する入射
角度が４５度程度で調整されている。

レジスト膜の表面に照射された直線偏光Ｌａの反射光Ｌ
ｂは、受光用レンズ１４ａにより収束した後、第２のミ
ラー１４ｂにより進路を変えられて、そして結像用レン
ズ１４ｃにより再び収束されてカメラ１５に入射するこ
ととなる。

反射光Ｌｂを受光したカメラ１５は、ＣＣＤの一つのセ
ルを一画素として反射光Ｌｂを画素毎に画像信号に変換
してメモリ部１６のどちらかのフレームメモリ部、例え
ば第１のフレームメモリ部１６ａに格納する。

この後、偏光板１２を、光Ｌｏの光軸を回転中心として
９０度回転し、光ＬｏＯ中からＰ偏光の直線偏光Ｌｃだ
けを通過させ、直線偏光Ｌａの場合と同し手順により直
線偏光Ｌｃの反射光Ｌｃｌをカメラ１５に受光させて画
像信号を得る。

そして、この画像信号をメモリ部１６のＳ偏光の画像信
号を格納した第１のフレームメモリ部１６ａとは別のフ
レームメモリ部、即ち第２のフレームメモリ部１６ｂに
格納する。

以上の説明した処理を基板１０をＢ方向に所定距離移動
毎に行った後、画像信号処理部エフは、第１のフレーム
メモリ部１６ａと、第２のフレームメモリ部１６ｂから
それぞれの画像信号を画素毎に人力し、ＣＣ，Ｄの同し
セルで得られたそれぞれの画像信号を差分演算し、この
差分演算に新たに構成された画像信号をＣＲ７表示装置
１８に送出する。

すると、ＣＲ７表示装置１８は、その画面上に塗布され
た透明なレジスト膜の表面形状を表示することとなる（
同図（ｃ）参照）。

このように本発明の一実施例の表面形状観測装置は、基
板に被着した透明膜の表面形状をＣＲ７表示装置１８の
画面上に正確に表示することを可能にするものである。

なお、本発明の一実施例の表面形状観測装置による表面
形状の観測例の説明は、基板の表面に塗布された透明膜
の表面形状を観測するケースを採り上げて行ったが、不
透明な表面形状の観測に対して通用できることは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、基板に
被着した透明膜の表面形状を簡単且つ正確に観測できる
表面形状観測装置を提供することができることとなる。

従って、本発明の表面形状観測装置を半導体装置の製造
工程などに導入すれば、基板表面に被着させたレジスト
膜の状態把握が正確となり、半導体装置などの製造歩留
まりを向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の表面形状観測装置の説明
図、 第２図は、従来の表面形状観測装置の説明図、第３図は
、直線偏光に対する透明膜の表面の反射率の比較図であ
る。 図において、 １０は被観測体く基板）、 １０ａはレジスト膜、 １１は発光部（レーザ発振器）、 １２は偏光部（偏光板）、 １３は照射部、 １３ａは第１のミラー １３ｂはスリット板、 １３ｃは集光用レンズ、 １４は結像部、 １４ａは受光レンズ、 １４ｂは第２のミラー １４ｃは結像用レンズ、 １５は撮像部（カメラ）、 １６はメモリ部、 １６ａは第１のフレームメモリ部、 １６ｂは第２のフレームメモリ部、 １７は画像信号処理部、 １８は画像表示部（ＣＲＴ表示装置） 示す。 をそれぞれ 直＃停芝１；かＴ縫９Ｖ謄汀命へｌ欅ぺ較閉ｓ３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 進行方向に垂直な平面内であらゆる方向に振動する直線
   偏光を有する光（Ｌｏ）を発生する発光部（１１）と、 光（Ｌｏ）から任意の直線偏光（Ｌａ）を選択して透過
   させる偏光部（１２）と、 偏光部（１２）を透過した直線偏光（Ｌａ）を該直線偏
   光（Ｌａ）の光軸と垂直な断面がスリット状になるよう
   にして被観測体（１０）の表面に斜めに照射する照射部
   （１３）と、 被観測体（１０）の表面が反射した直線偏光（Ｌａ）の
   反射光（Ｌｂ）を受光して撮像部（１５）に入射する結
   像部（１４）と、 反射光（Ｌｂ）を受光して該反射光（Ｌｂ）を画素毎の
   電気的な画像信号に変換する撮像部（１５）と、撮像部
   （１５）から入力された各画素毎の画像信号を格納する
   第１のフレームメモリ（１６ａ）及び偏光部（１２）を
   光（Ｌｏ）の光軸を回転中心にして所定角度回転した際
   の直線偏光（Ｌｃ）の反射光（Ｌｄ）を受光した撮像部
   （１５）が出力する各画素毎の画像信号を格納する第２
   のフレームメモリ（１６ｂ）を有するメモリ部（１６）
   と、 第１のフレームメモリ（１６ａ）及び第２のフレームメ
   モリ（１６ｂ）からそれぞれの画像信号を各画素毎に入
   力して同一画素毎の画像信号をそれぞれ差分演算する画
   像信号処理部（１７）と、 画像信号処理部（１７）により差分演算された画像信号
   を入力して画面上に画像を表示する画像表示部（１８）
   とを含んで構成したことを特徴とする表面形状観測装置
   。