JPH03269405A - 蛍光顕微鏡 - 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〕 蛍光顕微鏡の励起光照射装置に関し、 照射する励起紫外線の帯域幅を拡げて検出可能領域を拡
大することで測定機能と生産性の向上を図ることを目的
とし、 光源から射出する紫外線をハーフミラ−を経由して基板
の所要領域に照射し、該所要領域に位置する異物から励
起する蛍光光線を観察用対物レンズから入射せしめ上記
ハーフ旦う−を通して接眼レンズに誘導し該異物を検出
する蛍光顕微鏡であって、上記蛍光顕微鏡が少なくとも
、光源から射出する紫外線を観察用対物レンズの周囲近
傍を通るリングビーム状に形成する手段と、該リングビ
ーム状に形成された紫外線を基板の所要領域に集光照射
させる手段とを備えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体ウェーハ等基板上の微細な異物を分析し
材質を確定（以下同定とした）する工程に使用する蛍光
顕微鏡のｔｉｌｆｉに係り、特に照射する励起紫外線の
帯域幅を拡げて検出可能領域を拡大することで測定機能
と生産性の向上を図った蛍光顕微鏡に関する。

近年の半導体ウェーハの製造工程では集積度の向上に伴
ってクリーン度の要求が益々高くなっており、少なくと
もウェーハに付着する総ての異物の分析と同定が強く求
められるようになってきているが、製造工程の複雑化に
よって各種レジストや作業者に纏わる繊維、皮膚等異物
の種類が多くなっている現状にある。

一方、ウェーハ等基板に付着している異物の分析や同定
を行うのに使用する蛍光顕微鏡では照射する励起紫外線
の波長帯域幅に制約があるため検出可能領域が限定され
、結果的に異物の種類によっては検出および分析・同定
ができない場合があることからその解決が望まれている
。

〔従来の技術〕

第４図は従来の蛍光顕微鏡の構成例を示す概念図、第５
図は問題点を説明する図である。

第４図で、少なくとも紫外線を含む光線を射出すること
ができる例えば水銀ランプ等の如き光源１から射出する
光線ｉｔは集光レンズ２で平行光となった後フィルタ３
で紫外線１２のみとなり、ハーフミラ−４で反射した後
対物レンズ５によって所定位置に位置するウェーハ６上
の所要領域Ａを照射する。

更に該ウェーハ６の領域Ａで反射する紫外線ｌ、は、上
記対物レンズ５で平行となった後ハーフミラ−４を透過
しミラー７で反射して接眼レンズ８から射出するように
なっている。

なお９は上記各光学系を収容する筐体であり、１０は撮
影装置を備えた測定系を表わしている。

この場合、ウェーハ６の表面で反射し上記接眼レンズ８
から射出する光線ｌ、は上述したように紫外線なるため
自認することができない。

従って上記接眼レンズ８を覗く視野は暗視野である。逆
に該視野が暗視野なるときは上記領域Ａに異物等が存在
しないことを意味している。

しかし該領域Ａに図示１１の如き異物が存在すると、該
異物１１を照射する紫外線１２が該異物１１に吸収され
て該異物１１から破線で示すような蛍光光線１４が励起
されるが、通常該蛍光光線１１ａは吸収した紫外線１２
の波長より長い方にシフトした波長を持っている。

この場合、励起された蛍光光線１４の波長域が一部でも
自認できる可視光線領域にあると、接眼レンズ８を覗く
視野には暗視野の中に該異物１１の大きさに相当する輝
点を認識することができて異物１１の存在を検知するこ
とができる。

なお励起する蛍光光線１４の波長域は異物の材質によっ
て異なるので、逆に該蛍光光線１４の波長を知ることで
該異物１１の分析と同定を行うことができる。

そこで上記ミラー７を図示されない機構で移動させて該
蛍光光線１４を点線で示すように上記測定系１０に誘導
し、該測定系１０で該蛍光光線１４の波長を捉えること
で該異物１１の分析と同定を行うようにしている。

問題点を説明する第５図で、横軸Ｘは波長をｎｍで示し
たものである。

この場合では、はぼ１００〜３００ｎｍの■の範囲が紫
外線領域、３００〜４００ｎｍの■の範囲が近紫外線領
域、　４００ｎｍ以上の■の範囲が可視光線領域となる
。

また図の両矢印ｒ、は従来の蛍光顕微鏡から射出する励
起用紫外線（第４図のｐｇ）の波長域を示し、３５０〜
３６０ｎａ＋近傍に中心を持つ両矢印ｒ２は通常のフォ
トレジストの吸収波長域、３００ｎｓ近傍に中心を持つ
両矢印ｒ、は例えばエレクトロンビーム（以下ＥＢとし
た）用レジストの吸収波長域を表わしている。

そこで、第４図で説明したウェーハ上の異物１１が通常
の上記フォトレジストである場合には、蛍光顕微鏡から
射出する励起用紫外線１２の波長域ｒ、と該フォトレジ
ストの吸収波長域ｒ２がほぼ同一範囲内にあるため、上
記蛍光顕微鏡の励起用紫外線１２が該異物１１に照射さ
れると該紫外線１２が異物１１に吸収されて第４図で示
した蛍光光線１４を励起する。特にこの場合の蛍光光Ｈ
ｐ、の波長域は第４図で説明したように例えば図の両矢
印ｒｔ°の如く長波長側にシフトする。

この場合、該矢印ｒ２°の波長域は■で示す可視光線領
域にあるので、第４図の方法で該異物１１が検出できる
ことから分析と同定を行うことができる。

しかしウェーハ上の異物１１が上記ＥＢレジストの場合
には、励起用紫外線ｉｔの波長域ｒ、と該ＥＢレジスト
の吸収波長域ｒ、がずれており同一範囲内にはない。

従って、上記蛍光顕微鏡の励起用紫外線１２を該異物１
１に照射しても該紫外線１２が該異物１１に吸収される
ことがなく該異物１１からは蛍光光線ｉ４が励起されな
いので該異物１１が検出できず、結果的に分析や同定を
行うことができない。

更に異物の中には、例えばニトロセルローズのように■
で示す近紫外線領域の紫外線では蛍光光線を励起せず、
■で示す紫外線領域の紫外線を照射することで蛍光光線
を励起するものがある。

従って上記ＥＢレジストやニトロセルローズのような異
物までを検出し分析や同定を行うには、できるだけ波長
域の大きい励起用紫外線が射出できる蛍光顕微鏡を使用
することが望ましいが、通常の光学ガラスからなる対物
レンズを使用した従来の蛍光顕微鏡では上述した波長域
ｒｌよりも短波長側の紫外線は該対物レンズに吸収され
るので射出できず、結果的に上記ＥＢレジストやニトロ
セルローズのような異物の分析と同定を行うことができ
ない現状にある。

〔発明が解決しようとした課題〕

従来の蛍光顕微鏡では、照射する励起光の波長帯域幅の
制約によって検出可能領域が限定されるため、異物の種
類によっては分析・同定ができない場合があると言う問
題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、光源から射出する紫外線をハーフミラ−
を経由して基板の所要領域に照射し、該所要領域に位置
する異物から励起する蛍光光線を観察用対物レンズから
入射せしめ上記ハーフミラ−を通して接眼レンズに誘導
し該異物を検出する蛍光顕微鏡であって、上記蛍光顕微
鏡が少なくとも、光源から射出する紫外線を観察用対物
レンズの周囲近傍を通るリングビーム状に形成する手段
と、該リングビーム状に形成された紫外線を基板の所要
領域に集光照射させる手段とを備えている蛍光顕微鏡に
よって解決される。

〔作　用〕

対物レンズを石英ガラス等で形成すると、透過する紫外
線波長域を例えば２５０〜２６０ｎｍ程度まで拡大する
ことができる。

一方該対物レンズには可視光線領域までを歪なく透過す
る通常の光学ガラスからなる部分が必要である。

そこで本発明では、光源から射出する紫外線をリングビ
ーム状に形成すると共に、蛍光顕微鏡の対物レンズを広
帯域の紫外線まで透過する石英ガラスからなる集光用対
物レンズと従来の光学ガラスからなる観察用対物レンズ
とに分割し、励起用紫外線は前者を経由してウェーハ表
面に集光照射させ、咳面からの反射光または励起された
蛍光光線は後者を経由して接眼レンズに誘導させるよう
に該蛍光顕微鏡を構成している。

また、光源から射出する紫外線をリングビーム状に形成
すると共に、従来の対物レンズの周囲に２個のリング状
の反射鏡を設けて上記紫外線をウェーハ表面の所要領域
に集光照射させ、該面からの反射光または励起された蛍
光光線は従来の対物レンズを経由して接眼レンズに誘導
させるように該蛍光顕微鏡を槽底している。

従って従来の蛍光顕微鏡に比して励起紫外線の帯域幅を
拡げることが可能となり、検出可能領域の拡大によって
測定機能と生産性の向上を図った蛍光顕微鏡を得ること
ができる。

〔実施例〕

第１図は本発明になる蛍光顕微鏡の構成例を説明する概
念図であり、第２図は照射光と励起される蛍光光線との
関係を示す図である。

また第３図は他の実施例を示す図である。

第１図で、例えばキセノンランプの如く広帯域の紫外線
を射出する光源１５から射出する光線Ｌ＋は第４図同様
の集光レンズ２で平行光となった後フィルタ３で紫外線
Ｌ２のみとなるが、該紫外線Ｌ２は中央部に貫通孔１６
ａが形成されているハーフミラ−１６で反射した後はリ
ングビーム状の紫外線Ｌ３となる。

一方、第４図の対物レンズ５と等しい位置に配設されて
いる対物レンズ１７は、該対物レンズ５と等しい機能を
持つ観察用対物レンズ１８と中心部に穿孔された貫通孔
で該レンズ１８をその外径部で固定できるリング状の集
光用対物レンズ１９とで槽底され、該貫通孔で両者を固
定一体化したものであるが、特に集光用対物レンズ１９
は石英ガラスで形成されている。

更に該対物レンズ１７のリング状の集光用対物レンズ１
９は、上記ハーフミラ−１６で反射した後のリングビー
ム状の紫外線り、と対応しており、該集光用対物レンズ
１９を通過した後の該紫外線り、は第４図同様に所定位
置に位置するウェーハ６上の所要領域Ａを照射するよう
になっている。

一方該ウェーハ６の領域Ａで反射する紫外線Ｌ４は、上
記集光用対物レンズ１９で平行となった後ハーフミラ−
１６を通過しミラー７で反射して接眼レンズ８から射出
するが、該紫外線Ｌ４が自認できないことは第４図で説
明した通りである。

他方ウェーハ６上の領域Ａに異物１１が存在したときに
は、該異物１１に吸収される上記励起用紫外線線り、で
該異物１１から破線で示す蛍光光線Ｌ４が励起され、観
察用対物レンズ１８から該蛍光顕微鏡に入射して接眼レ
ンズに誘導されるので第４図で説明したように該異物１
１が検出されることになる。

そこで、ミラー７を移動させて該蛍光光線Ｌ４を上述し
た測定系１０に誘導し、該測定系１０で該異物１１の分
析と同定を行うことができる。

第２図で、横軸Ｘは波長を開で示したもので■の範囲が
紫外線領域、■の範囲が近紫外線領域。

■の範囲が可視光線領域なることは第５図と同様である
。

特にこの場合には、該蛍光顕微鏡から照射される励起用
紫外線り、は従来の対物レンズ５と等しい機能を持つ観
察用対物レンズ１８を通らないため該観察用対物レンズ
１８に吸収されることがなく、その波長域Ｒ，は２５０
乃至２６０ｎｍまで拡大されている。

従って、異物１１が通常のフォトレジストの場合（吸収
波長域ｒ、の場合）には第５図同様に検出できると共に
、吸収波長域ｒ３が３００ｒｍ近傍に中心を持つＥＢレ
ジストの場合でも上記励起用紫外線り、の波長域Ｒ＋と
該ＥＢレジストの吸収波長域ｒ。

が同一範囲内に位置しているため該紫外線り、の照射で
蛍光光線Ｌ５を励起させることができるが、第５図で説
明した如く励起する蛍光光線り、は図のｒ３′のように
長波長側にシフトしその一部が可視光線領域■に入り込
むことから該ＥＢレジストの場合でも検出することがで
きる。

対物レンズ近傍の主要部のみを表わす第３図は第１図の
対物レンズ−１７のみを、第１図で使用した観察用対物
レンズ１８とリング状ミラー２１およびリング状凹面鏡
２２とで槽底した対物レンズ２３に置き換えたものであ
る。

この場合には、ハーフミラ−１６でリングビーム状とな
った励起用紫外線り、をリング状ξラー２１で−旦外側
に反射させた後、リング状凹面鏡２２でウェーハ６の所
要領域Ａを照射させることで第１図で説明した対物レン
ズ−１７と同等の機能を持たせることができる。

従って該ウェー八６上に異物１１が位置する場合には第
１図の場合と同様に該異物１１を検出することができる
。

かかる構成になる対物レンズ２３を使用した蛍光顕微鏡
では、価格的に高価な石英ガラス等からなる集光用対物
レンズ１９を使用する必要がないため、第１図の場合よ
りも低価格化が実現できるメリットがある。

（発明の効果〕 上述の如く本発明により、照射する励起紫外線の帯域幅
を拡げて検出可能領域を拡大することで測定機能と生産
性の向上を図った蛍光顕微鏡を提供することができる。

なお本発明の説明では中央部に貫通孔が形成されている
ハーフミラ−を使用した場合について行っているが、該
ハーフミラ−に代えて該貫通孔の領域を除く周囲に通常
の薄膜技術によってリング状のハーフミラ−膜を形成し
たハーフミラ−を使用しても同等の効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる蛍光顕微鏡の構成例を説明する概
念図、 第２図は照射光と励起される蛍光光線との関係を示す図
、 第３図は他の実施例を示す図、 第４図は従来の蛍光顕微鏡の構成例を示す概念図、 第５図は問題点を説明する図、 である。 図において、 ２は集光レンズ、　　　　３はフィルタ、６はウェーハ
、　　　　　７はミラー ８は接眼レンズ、　　　１０は測定系、１１は異物、 １５は光源、　　　　　　　１６はハーフミラーレ １６ａは貫通孔、　　　　１７は対物クンズ、１８は観
察用対物レンズ、 １９は集光用対物レンズ、 ２１はリング状ミラー　　２２はリング状凹面鏡、２３
は対物レンズ、 をそれぞれ表わす。 他の実ｍ鞘Ｅ示す図 夷　３　図 第 今 、凹 問題なを説明ゴる図 第　５　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源から射出する紫外線をハーフミラーを経由し
   て基板の所要領域に照射し、該所要領域に位置する異物
   から励起する蛍光光線を観察用対物レンズから入射せし
   め上記ハーフミラーを通して接眼レンズに誘導し該異物
   を検出する蛍光顕微鏡であって、 上記蛍光顕微鏡が少なくとも、光源（１５）から射出す
   る紫外線を観察用対物レンズ（１８）の周囲近傍を通る
   リングビーム状に形成する手段と、該リングビーム状に
   形成された紫外線を基板の所要領域に集光照射させる手
   段とを備えていることを特徴とした蛍光顕微鏡。
2. （２）前記の光源から射出する紫外線をリングビーム状
   に形成する手段を、中央部に貫通孔（１６ａ）が形成さ
   れたハーフミラー（１６）で構成することを特徴とした
   請求項１記載の蛍光顕微鏡。
3. （３）前記のリングビーム状の紫外線を基板の所要領域
   に集光照射させる手段を、観察用対物レンズ（１８）の
   周囲に該観察用対物レンズ（１８）と同心に固定された
   広帯域紫外線を透過する材料からなるリング状の集光用
   対物レンズ（１９）で構成することを特徴とした請求項
   １記載の蛍光顕微鏡。
4. （４）前記のリングビーム状の紫外線を基板の所要領域
   に集光照射させる手段を、観察用対物レンズ（１８）の
   周囲に設けた２個のリング状の反射鏡（２１、２２）で
   構成することを特徴とした請求項１記載の蛍光顕微鏡。