JPH05157701A - 光学的内部検査援助装置及びその方法 - Google Patents
光学的内部検査援助装置及びその方法Info
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- JPH05157701A JPH05157701A JP4024852A JP2485292A JPH05157701A JP H05157701 A JPH05157701 A JP H05157701A JP 4024852 A JP4024852 A JP 4024852A JP 2485292 A JP2485292 A JP 2485292A JP H05157701 A JPH05157701 A JP H05157701A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は比較的高い屈折率を有する対象物の内
部の特性を判別するために顕微鏡を用いる装置及びその
方法を提案する。 【構成】半導体ウエハ１１０の内部特徴を赤外線に近い
ものにより高い解像度の光学的結像作用を実行する装置
及び方法は高い屈折率を有する材料から構成される光学
装置を用い、当該ウエハ１１０の極めて近くに保持され
る。当該光学装置はプリズム又は平凸レンズ１３０であ
る。平凸レンズ１３０はウエハ１１０とコンタクトを維
持するか又はサンプルが当該レンズの下方に操作できる
ように支持手段又は光学結合流体を介してウエハ１１０
から分離される。当該レンズは、明視野顕微鏡、シユリ
ーレン顕微鏡、暗視野顕微鏡、リンニツク干渉計、ラマ
ン分光計及び吸収分光器のような多数の光学装置に用い
られる。
部の特性を判別するために顕微鏡を用いる装置及びその
方法を提案する。 【構成】半導体ウエハ１１０の内部特徴を赤外線に近い
ものにより高い解像度の光学的結像作用を実行する装置
及び方法は高い屈折率を有する材料から構成される光学
装置を用い、当該ウエハ１１０の極めて近くに保持され
る。当該光学装置はプリズム又は平凸レンズ１３０であ
る。平凸レンズ１３０はウエハ１１０とコンタクトを維
持するか又はサンプルが当該レンズの下方に操作できる
ように支持手段又は光学結合流体を介してウエハ１１０
から分離される。当該レンズは、明視野顕微鏡、シユリ
ーレン顕微鏡、暗視野顕微鏡、リンニツク干渉計、ラマ
ン分光計及び吸収分光器のような多数の光学装置に用い
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学的内部検査援助装置
及びその方法に関し、特に比較的高い屈折率を有する材
料の特性を判別するために顕微鏡を用いる装置及び方法
について、比較的大きい開口数を有しかつウエハとコン
タクトし又はウエハと極めて密接にコンタクトするよう
なレンズを用いて半導体ウエハをその裏側から検査する
ための装置及び方法に適用して好適なものである。
及びその方法に関し、特に比較的高い屈折率を有する材
料の特性を判別するために顕微鏡を用いる装置及び方法
について、比較的大きい開口数を有しかつウエハとコン
タクトし又はウエハと極めて密接にコンタクトするよう
なレンズを用いて半導体ウエハをその裏側から検査する
ための装置及び方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路が一段と多くの構成要素を含む
ように設計されるにつれて、個々の構成要素は一段と小
さく設計される。しかしながら、ダイナミツクランダム
アクセスメモリ（ＤＲＡＭ）セルの記憶コンデンサのよ
うないくつかの構成要素はその性能を低下させずに決め
られた最小限のサイズより小さくすることはできない。
最近、集積回路上に配設されるこの型式のいくつかの構
成要素がトレンチのような３次元構造の使用により増加
してきている。
ように設計されるにつれて、個々の構成要素は一段と小
さく設計される。しかしながら、ダイナミツクランダム
アクセスメモリ（ＤＲＡＭ）セルの記憶コンデンサのよ
うないくつかの構成要素はその性能を低下させずに決め
られた最小限のサイズより小さくすることはできない。
最近、集積回路上に配設されるこの型式のいくつかの構
成要素がトレンチのような３次元構造の使用により増加
してきている。
【０００３】一般にこのトレンチは直径が１〔μｍ〕又
は２〔μｍ〕、深さが6 〔μｍ〕ないし8 〔μｍ〕及び
アスペクト比（直径に対する深さの比）が８対１であ
る。近い将来、１００対１に近いアスペクト比でかつ１
〔μｍ〕以下の直径を有する装置ができる可能性があ
る。
は２〔μｍ〕、深さが6 〔μｍ〕ないし8 〔μｍ〕及び
アスペクト比（直径に対する深さの比）が８対１であ
る。近い将来、１００対１に近いアスペクト比でかつ１
〔μｍ〕以下の直径を有する装置ができる可能性があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この特性により比較的
大多数のコンデンサが集積回路上に製造できることは望
ましいことであるが、この特性のために強力な顕微鏡を
用いてさえコンデンサの可視検査をすることがほとんど
できない。これはシリコン及びガリユウム・ヒ素化合物
がトレンチ構造を分解するのに十分高い光学的周波数に
おいて極端に減衰させるからである。現在、この型式の
構成要素を検査する主要な方法は走査電子顕微鏡を用い
て側面から構成要素を観察するようにウエハを切ること
である。この技術は時間を浪費しかつウエハを破壊す
る。従つて観察された構造の電子的特性を判別すること
が難しくなる。
大多数のコンデンサが集積回路上に製造できることは望
ましいことであるが、この特性のために強力な顕微鏡を
用いてさえコンデンサの可視検査をすることがほとんど
できない。これはシリコン及びガリユウム・ヒ素化合物
がトレンチ構造を分解するのに十分高い光学的周波数に
おいて極端に減衰させるからである。現在、この型式の
構成要素を検査する主要な方法は走査電子顕微鏡を用い
て側面から構成要素を観察するようにウエハを切ること
である。この技術は時間を浪費しかつウエハを破壊す
る。従つて観察された構造の電子的特性を判別すること
が難しくなる。
【０００５】シリコン及びガリユウム・ヒ素化合物は1.
２〜15〔μｍ〕の間の波長を有する赤外線放射に対して
透明である。赤外線顕微鏡検査法を用いる裏側検査はフ
リツプチツプボンデイングパツドの検査、ピコセコンド
の電圧の測定並びに種々の光熱及び光音響測定のために
一定の手順により実行される。しかしながら、現在利用
されているすべての赤外線顕微鏡の開口数は0.５〜0.８
の間に制限される。これによりラテラル方向の分解能は
サブミクロンのトレンチを分解するのに不十分な1.５〜
2.５〔μｍ〕になる。
２〜15〔μｍ〕の間の波長を有する赤外線放射に対して
透明である。赤外線顕微鏡検査法を用いる裏側検査はフ
リツプチツプボンデイングパツドの検査、ピコセコンド
の電圧の測定並びに種々の光熱及び光音響測定のために
一定の手順により実行される。しかしながら、現在利用
されているすべての赤外線顕微鏡の開口数は0.５〜0.８
の間に制限される。これによりラテラル方向の分解能は
サブミクロンのトレンチを分解するのに不十分な1.５〜
2.５〔μｍ〕になる。
【０００６】米国特許第４６２５１１４号は挫折したす
べての内部反射の使用により薄膜フイルムの厚さを判別
するための技術に関するものである。薄膜フイルム（エ
ピタキシヤル層）を基板（半導体ウエハ）の頂部表面上
に堆積させて密着してコンタクトする際に、半円柱レン
ズは赤外線放射を広角に亘つて薄膜構造内に結合するた
めに用いられる。当該装置は挫折したすべての内部反射
が生ずるような単一角度を識別することによつて層の厚
さを判別する。この装置は像を形成せず当該基板の他の
側面の特性には影響を受けない。
べての内部反射の使用により薄膜フイルムの厚さを判別
するための技術に関するものである。薄膜フイルム（エ
ピタキシヤル層）を基板（半導体ウエハ）の頂部表面上
に堆積させて密着してコンタクトする際に、半円柱レン
ズは赤外線放射を広角に亘つて薄膜構造内に結合するた
めに用いられる。当該装置は挫折したすべての内部反射
が生ずるような単一角度を識別することによつて層の厚
さを判別する。この装置は像を形成せず当該基板の他の
側面の特性には影響を受けない。
【０００７】米国特許第４５５５７６７号はフーリエ変
換ＩＲ干渉計を用いるエピタキシヤルシリコンの均一層
の厚さを測定する装置に関するものである。測定された
分光反射率の値を理論上の反射率と相互に関係をもたせ
ることによりエピタキシヤル層の実際の厚さを判別す
る。
換ＩＲ干渉計を用いるエピタキシヤルシリコンの均一層
の厚さを測定する装置に関するものである。測定された
分光反射率の値を理論上の反射率と相互に関係をもたせ
ることによりエピタキシヤル層の実際の厚さを判別す
る。
【０００８】米国特許第４６１５６２０号は細かく刻み
こまれたパターンの深さを測定するための装置に関する
ものである。１〔μｍ〕又は３〔μｍ〕の幅のを有する
ピツト及び２〔μｍ〕又は３〔μｍ〕の幅を有するピツ
チは 300〔nm〕から 800〔nm〕の波長に変化する光を用
いて測定される。当該装置は変調波長の光により基板の
頂部表面を照射する非コンタクトシステムである。当該
測定は０次の波長の影響が除外される回折光線の密度の
検出に基礎を置いている。
こまれたパターンの深さを測定するための装置に関する
ものである。１〔μｍ〕又は３〔μｍ〕の幅のを有する
ピツト及び２〔μｍ〕又は３〔μｍ〕の幅を有するピツ
チは 300〔nm〕から 800〔nm〕の波長に変化する光を用
いて測定される。当該装置は変調波長の光により基板の
頂部表面を照射する非コンタクトシステムである。当該
測定は０次の波長の影響が除外される回折光線の密度の
検出に基礎を置いている。
【０００９】米国特許第３０３４３９８号はゲルマニユ
ウム又はシリコンから構成されるレンズ及びプリズムを
用いるインライン型赤外線分光計に関するものである。
ウム又はシリコンから構成されるレンズ及びプリズムを
用いるインライン型赤外線分光計に関するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明においては、平滑な表面を有しかつ単位屈折
率以上の屈折率を有する対象物の内部検査において、検
査される対象物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有しかつ
対象物の平滑な表面に整合するように作られた面を有す
る材料から構成される光学装置と、平滑な表面に対して
定義された臨界角以上の入射角度を有する対象物内部か
らの光線が光学装置内に伝播できるように光学装置を対
象物の平滑な表面に結合する光学装置に結合した光学結
合手段とを設けるようにする。
めに本発明においては、平滑な表面を有しかつ単位屈折
率以上の屈折率を有する対象物の内部検査において、検
査される対象物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有しかつ
対象物の平滑な表面に整合するように作られた面を有す
る材料から構成される光学装置と、平滑な表面に対して
定義された臨界角以上の入射角度を有する対象物内部か
らの光線が光学装置内に伝播できるように光学装置を対
象物の平滑な表面に結合する光学装置に結合した光学結
合手段とを設けるようにする。
【００１１】
【作用】本発明は比較的高い屈折率を有する対象物の内
部の特徴を測定する光学的計測システムを具体化するも
のである。当該システムは対象物の内部の特徴を測定す
るために当該対象物の表面に結合された結像装置を用い
る。結像装置は基板の屈折率とほぼ等しい屈折率を有す
る光学装置を含む。当該システムは結像装置を介して伝
播する光線に対象物内の高角度光線を結合するように構
成される。
部の特徴を測定する光学的計測システムを具体化するも
のである。当該システムは対象物の内部の特徴を測定す
るために当該対象物の表面に結合された結像装置を用い
る。結像装置は基板の屈折率とほぼ等しい屈折率を有す
る光学装置を含む。当該システムは結像装置を介して伝
播する光線に対象物内の高角度光線を結合するように構
成される。
【００１２】本発明の１つの特徴によれば、当該対象物
は半導体ウエハであり光学装置は高角度光線を当該ウエ
ハ内に結合することによりウエハの表面上の形状的特徴
から反射する高角度光線を発生するように構成されるよ
うなプリズムである。
は半導体ウエハであり光学装置は高角度光線を当該ウエ
ハ内に結合することによりウエハの表面上の形状的特徴
から反射する高角度光線を発生するように構成されるよ
うなプリズムである。
【００１３】本発明の他の特徴によれば、当該光学装置
は基板からの高角度光線を空気中を伝播する光線に結合
するように構成される比較的大きい開口数を有する平凸
レンズである。光度的計測システムは平凸レンズを赤外
線顕微鏡の対物レンズとして用いる。
は基板からの高角度光線を空気中を伝播する光線に結合
するように構成される比較的大きい開口数を有する平凸
レンズである。光度的計測システムは平凸レンズを赤外
線顕微鏡の対物レンズとして用いる。
【００１４】本発明のさらに他の特徴によれば、光学装
置は、当該装置を基板に密に近接させるように維持する
空気支持手段によつて基板の裏側に結合される。
置は、当該装置を基板に密に近接させるように維持する
空気支持手段によつて基板の裏側に結合される。
【００１５】本発明のさらに他の特徴によれば、光学装
置は、少なくとも光の一部分が挫折したすべての内部反
射を介して伝送されるような比較的屈折率の大きい材料
を用いる基板の裏側に結合される。
置は、少なくとも光の一部分が挫折したすべての内部反
射を介して伝送されるような比較的屈折率の大きい材料
を用いる基板の裏側に結合される。
【００１６】
【００１７】（概要）以下図面について、本発明の一実
施例を詳述する。本発明は半導体ウエハを裏面から結像
して計測するために用いられる光学装置を提案する。光
学装置の主要な構成部品はレンズすなわちプリズムであ
り、プリズムは半導体材料の屈折率に近い屈折率を有す
る材料により形成される。この装置は高い角度から光線
を入射できる手法により半導体ウエハに結合され、この
高い角度からの光線（これを高角度光線又は高角度光波
と呼ぶ）は通常半導体及び空気の境界面において反射さ
れ、空間に光線を射出するとき半導体ウエハから離れ
る。ある結合方法を用いると、レンズすなわちプリズム
は当該ウエハ上の固定位置に保持される。しかしながら
他の結合方法を用いると当該装置はウエハの裏面を横切
るように移動することができる。
施例を詳述する。本発明は半導体ウエハを裏面から結像
して計測するために用いられる光学装置を提案する。光
学装置の主要な構成部品はレンズすなわちプリズムであ
り、プリズムは半導体材料の屈折率に近い屈折率を有す
る材料により形成される。この装置は高い角度から光線
を入射できる手法により半導体ウエハに結合され、この
高い角度からの光線（これを高角度光線又は高角度光波
と呼ぶ）は通常半導体及び空気の境界面において反射さ
れ、空間に光線を射出するとき半導体ウエハから離れ
る。ある結合方法を用いると、レンズすなわちプリズム
は当該ウエハ上の固定位置に保持される。しかしながら
他の結合方法を用いると当該装置はウエハの裏面を横切
るように移動することができる。
【００１８】多数の光学装置はレンズを用いて形成され
る。この光学装置には明視野顕微鏡、共焦顕微鏡、シユ
リーレン顕微鏡、暗視野顕微鏡、リンニツク干渉計、ラ
マン分光器及び他の器械があり、これらの器械はウエハ
計測において有用である。
る。この光学装置には明視野顕微鏡、共焦顕微鏡、シユ
リーレン顕微鏡、暗視野顕微鏡、リンニツク干渉計、ラ
マン分光器及び他の器械があり、これらの器械はウエハ
計測において有用である。
【００１９】以下においては半導体ウエハの検査に関し
て述べるが、これはガラス及び水のような比較的屈折率
の高い他の材料の内部検査にも同様に適用できる。
て述べるが、これはガラス及び水のような比較的屈折率
の高い他の材料の内部検査にも同様に適用できる。
【００２０】（実施例の説明）光顕微鏡のラテラル方向
の解像度Δｘは真空中の動作波長λｏ及びその開口数Ｎ
Ａによつて決定される。レンズの開口数ＮＡは次の
（１）式
の解像度Δｘは真空中の動作波長λｏ及びその開口数Ｎ
Ａによつて決定される。レンズの開口数ＮＡは次の
（１）式
【００２１】
【数１】 により与えられる。ここでｎはレンズ材料の屈折率であ
り、Θは入射光円錐の半角である。ｎが１の空気中又は
真空内において、開口数は単位開口数以下に抑制され
る。ラテラル方向の解像度Δｘは次の（２）式
り、Θは入射光円錐の半角である。ｎが１の空気中又は
真空内において、開口数は単位開口数以下に抑制され
る。ラテラル方向の解像度Δｘは次の（２）式
【００２２】
【数２】 により与えられる。ここでαは、システムの細部及び解
像力に対する選択された正確な定義に依存し、0.２より
大きく、通常は1.０以下である。約1.３〔μｍ〕に近い
光波長に対しては、シリコン及びガリユウム・ヒ素化合
物はそれぞれ約3.５及び3.34の屈折率となる。かくして
真空中において1.３〔μｍ〕の波長を有する光はこのよ
うな材料の内部では空気中の紫外線とほぼ等しい４００
〔nm〕以下の波長を有する。またインジユウム・リン化
合物、インジユウム・アンチモン化合物、ガリユウム・
リン化合物及びゲルマニユウムのような他の半導体材料
は赤外線に近い比較的高い屈折率を有する。
像力に対する選択された正確な定義に依存し、0.２より
大きく、通常は1.０以下である。約1.３〔μｍ〕に近い
光波長に対しては、シリコン及びガリユウム・ヒ素化合
物はそれぞれ約3.５及び3.34の屈折率となる。かくして
真空中において1.３〔μｍ〕の波長を有する光はこのよ
うな材料の内部では空気中の紫外線とほぼ等しい４００
〔nm〕以下の波長を有する。またインジユウム・リン化
合物、インジユウム・アンチモン化合物、ガリユウム・
リン化合物及びゲルマニユウムのような他の半導体材料
は赤外線に近い比較的高い屈折率を有する。
【００２３】このような材料のうちの１つから作られた
レンズ内の高角度光線に対して光が結合されると、３又
は４以上の開口数を得ることができる。（２）式におい
て説明したように、このことによりラテラル方向の解像
度は0.４〔μｍ〕又はそれ以上に改善され、これによつ
てウエハの裏側からトレンチを検査する能力が大幅に改
善される。
レンズ内の高角度光線に対して光が結合されると、３又
は４以上の開口数を得ることができる。（２）式におい
て説明したように、このことによりラテラル方向の解像
度は0.４〔μｍ〕又はそれ以上に改善され、これによつ
てウエハの裏側からトレンチを検査する能力が大幅に改
善される。
【００２４】このシステムを使用する際に伴う困難さは
高角度光線をシリコンウエハからレンズに結合すること
にある。この光波は空気中においては大きく減衰するも
のである。例えば、図３に示すようにシリコン及び空気
の境界面の法線に対して66°の角度でレンズを通つて伝
播する光線２１０は、ｅ-KZ として消滅する減衰光波２
１２になる。ここでｋは次の（３）式
高角度光線をシリコンウエハからレンズに結合すること
にある。この光波は空気中においては大きく減衰するも
のである。例えば、図３に示すようにシリコン及び空気
の境界面の法線に対して66°の角度でレンズを通つて伝
播する光線２１０は、ｅ-KZ として消滅する減衰光波２
１２になる。ここでｋは次の（３）式
【００２５】
【数３】 によつて与えられる。この（３）式から、ｋはほぼ14.5
〔μｍ-1〕であり、レンズ及び当該ウエハの裏面間に１
〔μｍ〕のギヤツプが存在するとき平面波のエネルギー
密度は約１／1012の割合で減少する。図３において、距
離ｄがほぼ１〔μｍ〕であるとき、光波エネルギーは実
質上全部が光波２１０Ａのようにシリコン及び空気の境
界面から反射される。
〔μｍ-1〕であり、レンズ及び当該ウエハの裏面間に１
〔μｍ〕のギヤツプが存在するとき平面波のエネルギー
密度は約１／1012の割合で減少する。図３において、距
離ｄがほぼ１〔μｍ〕であるとき、光波エネルギーは実
質上全部が光波２１０Ａのようにシリコン及び空気の境
界面から反射される。
【００２６】しかしながら、図５のようにレンズの底部
及びウエハの裏面間のエアギヤツプがほんの数十〔nm〕
である場合、比較的多くの減衰光波がレンズからウエハ
内に伝播する。入射角Θの平行偏光平面波が２つのシリ
コン表面（ｎ1 ＝3.5)間の薄い平面状のエアギヤツプ
（屈折率ｎ2＝１）の厚さａと整合する場合（ここでΘ
は臨界角を越えている）、挫折したすべての内部反射の
ために反射係数ｒは、次の（４）式
及びウエハの裏面間のエアギヤツプがほんの数十〔nm〕
である場合、比較的多くの減衰光波がレンズからウエハ
内に伝播する。入射角Θの平行偏光平面波が２つのシリ
コン表面（ｎ1 ＝3.5)間の薄い平面状のエアギヤツプ
（屈折率ｎ2＝１）の厚さａと整合する場合（ここでΘ
は臨界角を越えている）、挫折したすべての内部反射の
ために反射係数ｒは、次の（４）式
【００２７】
【数４】 によつて与えられる。ここでｉは複素数（−１）1/2 で
あり、γは次の（５）式
あり、γは次の（５）式
【００２８】
【数５】 によつて与えられ、ａは２つのシリコン表面間のギヤツ
プの厚さであり、ｋは次の（６）式
プの厚さであり、ｋは次の（６）式
【００２９】
【数６】 によつて与えられる。
【００３０】入射角66°かつエアギヤツプ50〔nm〕の場
合、これはエアギヤツプを通過する平面波エネルギーの
反射率が６〔％〕すなわち透過率が94〔％〕であること
に対応する。50〔nm〕以上にエアギヤツプを維持できた
とき、優れた結合が生ずることを発明者は確認した。
合、これはエアギヤツプを通過する平面波エネルギーの
反射率が６〔％〕すなわち透過率が94〔％〕であること
に対応する。50〔nm〕以上にエアギヤツプを維持できた
とき、優れた結合が生ずることを発明者は確認した。
【００３１】図１及び図２に示すように、プリズムすな
わち平凸レンズはウエハの裏面と密接なコンタクトを保
持するとき、許容離間距離（すなわち50〔nm〕未満）を
得ることができる。許容離間距離が得られるのは、製造
時に用いられる半導体ウエハが非常に平滑だからであ
る。図１に示す構成において使用されるプリズムを詳細
に述べる。平凸レンズはいくつかの構成においては赤外
線顕微鏡の対物レンズとして用いられる。光学装置をウ
エハに結合することに関する以下の記述は図２のレンズ
を適用した場合について述べるが、これは図１のプリズ
ムを適用した場合にも同様に適用できる。
わち平凸レンズはウエハの裏面と密接なコンタクトを保
持するとき、許容離間距離（すなわち50〔nm〕未満）を
得ることができる。許容離間距離が得られるのは、製造
時に用いられる半導体ウエハが非常に平滑だからであ
る。図１に示す構成において使用されるプリズムを詳細
に述べる。平凸レンズはいくつかの構成においては赤外
線顕微鏡の対物レンズとして用いられる。光学装置をウ
エハに結合することに関する以下の記述は図２のレンズ
を適用した場合について述べるが、これは図１のプリズ
ムを適用した場合にも同様に適用できる。
【００３２】コンタクトレンズは、高角度光波がウエハ
から空気中に伝播するために比較的高い解像度を達成す
ること以外にも、次の利点を有する。レンズ及びウエハ
間のコンタクトを緊密にすることにより干渉測定の際に
ノイズを加える振動を抑制する。さらにこのようにコン
タクトを緊密にすることによりレンズ及びサンプル間の
機械的なクリープ及びドリフトを十分に除去する。ほと
んどのウエハの厚さを正確に知ることができるので、コ
ンタクトレンズは当該ウエハから得た像の焦点合わせを
容易にする。これに加えてこうした解決策は、屈折流体
によつてウエハが汚染されるおそれをコンタクトレンズ
が除去するので、レンズ及びウエハ間の屈折率整合流体
を用いること以上の利点を有する。
から空気中に伝播するために比較的高い解像度を達成す
ること以外にも、次の利点を有する。レンズ及びウエハ
間のコンタクトを緊密にすることにより干渉測定の際に
ノイズを加える振動を抑制する。さらにこのようにコン
タクトを緊密にすることによりレンズ及びサンプル間の
機械的なクリープ及びドリフトを十分に除去する。ほと
んどのウエハの厚さを正確に知ることができるので、コ
ンタクトレンズは当該ウエハから得た像の焦点合わせを
容易にする。これに加えてこうした解決策は、屈折流体
によつてウエハが汚染されるおそれをコンタクトレンズ
が除去するので、レンズ及びウエハ間の屈折率整合流体
を用いること以上の利点を有する。
【００３３】しかしながら、ウエハとコンタクトするレ
ンズには２つの問題点が存在する。第１の問題点は、ウ
エハの表面又はレンズの平面が洗浄されていない場合、
当該表面上の粒子はウエハの表面又はレンズの平面が洗
浄されない限り当該レンズ及びウエハ間を離間させたま
まにするので、良好な光学結合が実現しない。さらにレ
ンズ及びウエハ表面間のコンタクトを繰り返すと、摩擦
により摩耗したり、レンズの平面に粒子を埋め込んだり
することにより当該レンズを損傷するおそれがある。こ
の損傷が積み重なると、測定の質が次第に低下してレン
ズを使用できなくなる。
ンズには２つの問題点が存在する。第１の問題点は、ウ
エハの表面又はレンズの平面が洗浄されていない場合、
当該表面上の粒子はウエハの表面又はレンズの平面が洗
浄されない限り当該レンズ及びウエハ間を離間させたま
まにするので、良好な光学結合が実現しない。さらにレ
ンズ及びウエハ表面間のコンタクトを繰り返すと、摩擦
により摩耗したり、レンズの平面に粒子を埋め込んだり
することにより当該レンズを損傷するおそれがある。こ
の損傷が積み重なると、測定の質が次第に低下してレン
ズを使用できなくなる。
【００３４】第２の問題点は、対物レンズがウエハ表面
とコンタクトした状態になつているとき、顕微鏡を操作
するのが難しい（すなわち通常の顕微鏡でなされるよう
に、それを見ながらサンプルを移動させるように）こと
である。一度コンタクトがなされると、レンズを容易に
移動させることができないので、顕微鏡光学素子を比較
的広い視野を与えるようにすることが望ましい。また、
比較的大きいエアギヤツプを介して伝播する小角度光線
から発生した低解像度像をコンタクトがなされる前に所
望の位置に対物レンズを移動させるために用いるように
しても良い。この例においては、当該システムの開口数
（ＮＡ）を適切な値に低減するために当該レンズ上の絞
りを用いることが望ましい。
とコンタクトした状態になつているとき、顕微鏡を操作
するのが難しい（すなわち通常の顕微鏡でなされるよう
に、それを見ながらサンプルを移動させるように）こと
である。一度コンタクトがなされると、レンズを容易に
移動させることができないので、顕微鏡光学素子を比較
的広い視野を与えるようにすることが望ましい。また、
比較的大きいエアギヤツプを介して伝播する小角度光線
から発生した低解像度像をコンタクトがなされる前に所
望の位置に対物レンズを移動させるために用いるように
しても良い。この例においては、当該システムの開口数
（ＮＡ）を適切な値に低減するために当該レンズ上の絞
りを用いることが望ましい。
【００３５】この２つの問題点は、対物レンズがウエハ
の表面とコンタクトせずに高角度光線を伝播することが
できる場合には緩和される。可視光顕微鏡において、単
位開口数より大きい開口数を得るために液浸レンズが用
いられることがある。この顕微鏡は屈折率整合流体（す
なわち可融性固体）を用いることにより、空気及びガラ
スの境界面がなくても対物レンズの頂部から当該サンプ
ルに連続的な光路を与える。
の表面とコンタクトせずに高角度光線を伝播することが
できる場合には緩和される。可視光顕微鏡において、単
位開口数より大きい開口数を得るために液浸レンズが用
いられることがある。この顕微鏡は屈折率整合流体（す
なわち可融性固体）を用いることにより、空気及びガラ
スの境界面がなくても対物レンズの頂部から当該サンプ
ルに連続的な光路を与える。
【００３６】上述のようにこの対処法がシリコン対物レ
ンズを用いる場合、流体は粒子が存在する場合でさえギ
ヤツプなしに当該表面を適応させる傾向があるので、レ
ンズの表面及びウエハが洗浄された状態における必要条
件を緩和することができる。従来の可視光顕微鏡におい
ては、屈折率整合流体はガラスレンズ及びカバースリツ
プの屈折率を正確に整合するように選択される。従つ
て、当該レンズからのすべての光線は流体内の伝播光線
となり、流体内からのすべての光線はレンズ内の伝播光
線となる。界面反射はほとんど除去される。
ンズを用いる場合、流体は粒子が存在する場合でさえギ
ヤツプなしに当該表面を適応させる傾向があるので、レ
ンズの表面及びウエハが洗浄された状態における必要条
件を緩和することができる。従来の可視光顕微鏡におい
ては、屈折率整合流体はガラスレンズ及びカバースリツ
プの屈折率を正確に整合するように選択される。従つ
て、当該レンズからのすべての光線は流体内の伝播光線
となり、流体内からのすべての光線はレンズ内の伝播光
線となる。界面反射はほとんど除去される。
【００３７】２つの考慮すべき問題、すなわちサンプル
の汚染回避は希望的なものであること及び赤外線に近い
2.３以上の屈折率を有する便利な無害の流体がないこと
により、この技術は上述のシリコン及びガリユウム・ヒ
素化合物レンズを用いることができなくなる。
の汚染回避は希望的なものであること及び赤外線に近い
2.３以上の屈折率を有する便利な無害の流体がないこと
により、この技術は上述のシリコン及びガリユウム・ヒ
素化合物レンズを用いることができなくなる。
【００３８】しかしながら、半導体レンズに適用できる
屈折率整合流体技術には２つのバリエーシヨンがある。
第１のバリエーシヨンは、インジユウム・アンチモン化
合物のような容易に変形できる固体材料により対物レン
ズの平面を被覆することであり、インジユウム・アンチ
モン化合物は赤外線に近い透明なもので３以上の屈折率
を有する。シリコン内の高角度光線は光波を完全に伝播
するか又は少し減衰させるような材料に良く結合する。
レンズの平面及びウエハの裏表面間のギヤツプがこの型
式の物質で充填される場合、コンタクト公差は十分に緩
和され得る。レンズ又はサンプルに付着する小粒子は適
切な圧力の下に自身を埋め込むことができ、その結果表
面を離間させるようには分離させない。コーテイングは
何度も損傷を受けるが、コーテイングを取り除いて新し
いコーテイングをすることによりレンズを新しくするこ
とができる。
屈折率整合流体技術には２つのバリエーシヨンがある。
第１のバリエーシヨンは、インジユウム・アンチモン化
合物のような容易に変形できる固体材料により対物レン
ズの平面を被覆することであり、インジユウム・アンチ
モン化合物は赤外線に近い透明なもので３以上の屈折率
を有する。シリコン内の高角度光線は光波を完全に伝播
するか又は少し減衰させるような材料に良く結合する。
レンズの平面及びウエハの裏表面間のギヤツプがこの型
式の物質で充填される場合、コンタクト公差は十分に緩
和され得る。レンズ又はサンプルに付着する小粒子は適
切な圧力の下に自身を埋め込むことができ、その結果表
面を離間させるようには分離させない。コーテイングは
何度も損傷を受けるが、コーテイングを取り除いて新し
いコーテイングをすることによりレンズを新しくするこ
とができる。
【００３９】第２のバリエーシヨンは、対物レンズの開
口数を多少（例えば2.７に）低減させ、かつギヤツプ内
に約2.３の屈折率を有する幾つかの屈折率整合流体又は
可融性固体の１つを用いることである。この解決策を図
４に示す。レンズの開口数は、例えば一段と高角度の光
線を遮る対物レンズの頂部表面の上方に絞り２１６を挿
入することによつて低減できる。好適な屈折率整合オイ
ルは2.11の屈折率を有するJ812X-2.11型である。可融性
固体屈折率整合材料は2.31の屈折率を有するJ833X-2.31
型式として入手できる。この材料は共にシリコンの屈折
率と整合しないのでこれらは正しくは屈折率整合材料と
呼ばれない。かくしてこの材料は「光結合材料」として
後述する。
口数を多少（例えば2.７に）低減させ、かつギヤツプ内
に約2.３の屈折率を有する幾つかの屈折率整合流体又は
可融性固体の１つを用いることである。この解決策を図
４に示す。レンズの開口数は、例えば一段と高角度の光
線を遮る対物レンズの頂部表面の上方に絞り２１６を挿
入することによつて低減できる。好適な屈折率整合オイ
ルは2.11の屈折率を有するJ812X-2.11型である。可融性
固体屈折率整合材料は2.31の屈折率を有するJ833X-2.31
型式として入手できる。この材料は共にシリコンの屈折
率と整合しないのでこれらは正しくは屈折率整合材料と
呼ばれない。かくしてこの材料は「光結合材料」として
後述する。
【００４０】この技術が用いられた場合、当該境界面を
通過する光は少し減衰する。しかしながら、赤外線の良
好な結合状態は流体の比較的薄い層だけをレンズ及びウ
エハ間に存在させるように機械的にレンズを配置するこ
とによつて維持され得る。この技術を用いると、流体内
の減衰光波は挫折したすべての内部反射を介して伝播す
る光波に変換される。これは、従来の屈折率整合顕微鏡
において生ずるような光波の減衰が回避されるので、従
来の屈折率整合技術とは基本的に異なることを表してい
る。
通過する光は少し減衰する。しかしながら、赤外線の良
好な結合状態は流体の比較的薄い層だけをレンズ及びウ
エハ間に存在させるように機械的にレンズを配置するこ
とによつて維持され得る。この技術を用いると、流体内
の減衰光波は挫折したすべての内部反射を介して伝播す
る光波に変換される。これは、従来の屈折率整合顕微鏡
において生ずるような光波の減衰が回避されるので、従
来の屈折率整合技術とは基本的に異なることを表してい
る。
【００４１】好適な光結合材料を用いる垂直位置決め機
構は、光結合流体を用いずにレンズ及びウエハ間の空気
による分離を30〔nm〕ないし50〔nm〕に維持する位置決
め機構よりも一段と大きい公差を配置誤差に対して呈す
る。
構は、光結合流体を用いずにレンズ及びウエハ間の空気
による分離を30〔nm〕ないし50〔nm〕に維持する位置決
め機構よりも一段と大きい公差を配置誤差に対して呈す
る。
【００４２】上述の光学結合材料に依存しない他の高公
差位置決め機構を図６に示す。この機構は磁気デイスク
の表面上を約50〔nm〕の高さで「飛ぶ」記録ヘツドを保
持するために用いられると同様の空気支持手段を用い
る。本発明のこの実施例に用いられる空気支持手段はレ
ンズを含む組立体の底部とウエハの裏面との間の空間を
30〔nm〕及び50〔nm〕に維持する。
差位置決め機構を図６に示す。この機構は磁気デイスク
の表面上を約50〔nm〕の高さで「飛ぶ」記録ヘツドを保
持するために用いられると同様の空気支持手段を用い
る。本発明のこの実施例に用いられる空気支持手段はレ
ンズを含む組立体の底部とウエハの裏面との間の空間を
30〔nm〕及び50〔nm〕に維持する。
【００４３】好適な空気支持手段は当該レンズに物理的
に付着した比較的薄いシリコンウエハ１１２Ａを含む。
この組立体は当該レンズの円周の周辺にあるダクト２１
８に結合されるノズル２２０を有する。好適なダクトは
ベアリング組立体１１２Ａの底部面の小ホール（図示せ
ず）内において終端する。空気はノズル２２０に入つて
矢印２２２によつて示される空気通路を進む。また、空
気支持手段はレンズそれ自身の円周の周辺の位置にホー
ル（図示せず）を掘るためのミクロマシン技術を用いる
ことによつて図５に示す型式のレンズにおいて使用され
る。好適な空気支持手段の使用については「走査顕微鏡
検査法技術及びその適用」内の「ナノメートル技術に導
くシステムのための外部加圧ベアリング」ＳＰＩＥプロ
セス、第８９７巻、１４４〜１５３頁に詳細に示されて
おり、これを参照する。
に付着した比較的薄いシリコンウエハ１１２Ａを含む。
この組立体は当該レンズの円周の周辺にあるダクト２１
８に結合されるノズル２２０を有する。好適なダクトは
ベアリング組立体１１２Ａの底部面の小ホール（図示せ
ず）内において終端する。空気はノズル２２０に入つて
矢印２２２によつて示される空気通路を進む。また、空
気支持手段はレンズそれ自身の円周の周辺の位置にホー
ル（図示せず）を掘るためのミクロマシン技術を用いる
ことによつて図５に示す型式のレンズにおいて使用され
る。好適な空気支持手段の使用については「走査顕微鏡
検査法技術及びその適用」内の「ナノメートル技術に導
くシステムのための外部加圧ベアリング」ＳＰＩＥプロ
セス、第８９７巻、１４４〜１５３頁に詳細に示されて
おり、これを参照する。
【００４４】光学装置がウエハの裏面と密接にコンタク
トした場合の２つの適用例を図１及び図２に示す。図１
において、例えば反応イオンエツチング装置のウエハチ
ヤツク内に組み合わされるシリコンプリズム１３０はシ
リコンウエハ１１０の裏面とコンタクトを保持する。当
該ウエハ１１０は反応イオンエツチングによつて形成さ
れるトレンチ１１４を含む。赤外線光の光源１３２は例
えば1.3 〔μｍ〕のレーザダイオードすなわち発光ダイ
オード（ＬＥＤ）であり、レンズ１３４を介して当該プ
リズム１３０のある面に向かう比較的狭小な赤外線光の
ビームを放射するように配置される。光の入射角は当該
光のすべての内部反射がウエハの表面及びトレンチ壁の
両方において生ずるように選択される。
トした場合の２つの適用例を図１及び図２に示す。図１
において、例えば反応イオンエツチング装置のウエハチ
ヤツク内に組み合わされるシリコンプリズム１３０はシ
リコンウエハ１１０の裏面とコンタクトを保持する。当
該ウエハ１１０は反応イオンエツチングによつて形成さ
れるトレンチ１１４を含む。赤外線光の光源１３２は例
えば1.3 〔μｍ〕のレーザダイオードすなわち発光ダイ
オード（ＬＥＤ）であり、レンズ１３４を介して当該プ
リズム１３０のある面に向かう比較的狭小な赤外線光の
ビームを放射するように配置される。光の入射角は当該
光のすべての内部反射がウエハの表面及びトレンチ壁の
両方において生ずるように選択される。
【００４５】３つの赤外線検出器１３６、１３８及び１
４０は３つの異なる型式の反射光を集光するように配置
される。赤外線検出器１３６はウエハの表面から反射さ
れた光を集光し、赤外線検出器１３８はプリズム及びウ
エハの境界面から反射された光を検出する。赤外線検出
器１４０はトレンチ１１４壁から反射された光を受ける
ように配設される。
４０は３つの異なる型式の反射光を集光するように配置
される。赤外線検出器１３６はウエハの表面から反射さ
れた光を集光し、赤外線検出器１３８はプリズム及びウ
エハの境界面から反射された光を検出する。赤外線検出
器１４０はトレンチ１１４壁から反射された光を受ける
ように配設される。
【００４６】表面に形状的特徴がない場合、光源１３２
によつて与えられたすべての光はウエハ及びプリズムの
境界面のうちウエハの表面から鏡のように反射される。
この光はプリズム１３０の反対側の表面を介してそれぞ
れ赤外線検出器１３６及び１３８に現れる。しかしなが
ら、トレンチ１１４すなわちトレンチのアレイがコーナ
レフレクタとして作用することにより第１のプリズム面
及びレンズ１３４を介して赤外線検出器１４０に逆反射
する光を生ずる。
によつて与えられたすべての光はウエハ及びプリズムの
境界面のうちウエハの表面から鏡のように反射される。
この光はプリズム１３０の反対側の表面を介してそれぞ
れ赤外線検出器１３６及び１３８に現れる。しかしなが
ら、トレンチ１１４すなわちトレンチのアレイがコーナ
レフレクタとして作用することにより第１のプリズム面
及びレンズ１３４を介して赤外線検出器１４０に逆反射
する光を生ずる。
【００４７】トレンチ１１４は赤外線光の波長（シリコ
ン内においては 400〔nm〕）と比較すると深いので、コ
ーナレフレクタの１プロツトの強度は当該トレンチが一
段と深くなるにつれてはつきりしたリプルを示さなくな
る。焦点を合わせたビームの開口数はトレンチの空間に
よつて生ずる干渉じまが平均化されるのに十分な大きさ
であるが、トレンチが不均一に照射されるような大きさ
にならないように選択される場合、反射信号の強度はト
レンチの深さの単調な関数になる。
ン内においては 400〔nm〕）と比較すると深いので、コ
ーナレフレクタの１プロツトの強度は当該トレンチが一
段と深くなるにつれてはつきりしたリプルを示さなくな
る。焦点を合わせたビームの開口数はトレンチの空間に
よつて生ずる干渉じまが平均化されるのに十分な大きさ
であるが、トレンチが不均一に照射されるような大きさ
にならないように選択される場合、反射信号の強度はト
レンチの深さの単調な関数になる。
【００４８】赤外線検出器１３６及び１３８によつて測
定装置は適切に動作し、赤外線検出器１４０によつて与
えられた信号を正規化する際に用いられる信号を与え
る。プリズム１３０及びウエハ１１０間のコンタクトが
不十分である場合、通常以下の光エネルギーがウエハ及
びプリズムの境界面を介して透過され、その結果赤外線
検出器１４０からの標準信号より一段と小さいエネルギ
ーとなる。しかしながらこの例においては、赤外線検出
器１３８からの信号は標準信号より大きいエネルギーで
ある。
定装置は適切に動作し、赤外線検出器１４０によつて与
えられた信号を正規化する際に用いられる信号を与え
る。プリズム１３０及びウエハ１１０間のコンタクトが
不十分である場合、通常以下の光エネルギーがウエハ及
びプリズムの境界面を介して透過され、その結果赤外線
検出器１４０からの標準信号より一段と小さいエネルギ
ーとなる。しかしながらこの例においては、赤外線検出
器１３８からの信号は標準信号より大きいエネルギーで
ある。
【００４９】赤外線検出器１３８からの信号は単純誤差
インジケータすなわち制御信号として用いられることに
より、不十分なコンタクのために生ずる誤差を緩和する
ために赤外線検出器１４０からの信号に適用される補正
率を決定する。
インジケータすなわち制御信号として用いられることに
より、不十分なコンタクのために生ずる誤差を緩和する
ために赤外線検出器１４０からの信号に適用される補正
率を決定する。
【００５０】赤外線検出器１３６からの信号は赤外線検
出器１４０からの信号に対する比較信号として扱われ
る。この２つの信号の比はトレンチコーナに正規化され
た反射率を与える。この信号は所望のトレンチの深さを
示す赤外線検出器１４０及び１３８からの信号比に対す
るスレシヨルドを設定することによつて、反応イオンエ
ツチング処理を制御する際に用いられる。測定された信
号比がスレシヨルドを越える場合は反応イオンエツチン
グ処理を停止する。
出器１４０からの信号に対する比較信号として扱われ
る。この２つの信号の比はトレンチコーナに正規化され
た反射率を与える。この信号は所望のトレンチの深さを
示す赤外線検出器１４０及び１３８からの信号比に対す
るスレシヨルドを設定することによつて、反応イオンエ
ツチング処理を制御する際に用いられる。測定された信
号比がスレシヨルドを越える場合は反応イオンエツチン
グ処理を停止する。
【００５１】図２はシリコンウエハと密接にコンタクト
するシリコン対物レンズ１１２の基本的な概念を示す。
光線１１８はプリズム１１９を介して当該ウエハ内に結
合され、臨界角以上の角度でウエハに入る光は完全に内
部に反射する。例えばコーナレフレクタの働きをするト
レンチ１１４によつて反射された高角度光線はウエハ１
１０から伝播することはできない。しかしながら、光線
１２０がレンズ１１２に隣接して配置されるシリコンプ
リズム１２１によつてウエハ内に結合されるとき、トレ
ンチ１１４からの光線１２０の反射はレンズ１１２によ
つて空気中に伝播する光線に変換される。
するシリコン対物レンズ１１２の基本的な概念を示す。
光線１１８はプリズム１１９を介して当該ウエハ内に結
合され、臨界角以上の角度でウエハに入る光は完全に内
部に反射する。例えばコーナレフレクタの働きをするト
レンチ１１４によつて反射された高角度光線はウエハ１
１０から伝播することはできない。しかしながら、光線
１２０がレンズ１１２に隣接して配置されるシリコンプ
リズム１２１によつてウエハ内に結合されるとき、トレ
ンチ１１４からの光線１２０の反射はレンズ１１２によ
つて空気中に伝播する光線に変換される。
【００５２】図２に示す構造は高い開口数ＮＡをもつ赤
外線顕微鏡の基礎として扱われる。しかしながら、この
構造にはいくつかの欠点がある。第１の欠点は、レンズ
がウエハとコンタクトしているので、上述のように顕微
鏡を操作することが難しいことである。第２の欠点は、
レンズが望ましい状態で当該ウエハ表面に極く近接して
いるので、その焦点をほとんど変更することができない
ことである。
外線顕微鏡の基礎として扱われる。しかしながら、この
構造にはいくつかの欠点がある。第１の欠点は、レンズ
がウエハとコンタクトしているので、上述のように顕微
鏡を操作することが難しいことである。第２の欠点は、
レンズが望ましい状態で当該ウエハ表面に極く近接して
いるので、その焦点をほとんど変更することができない
ことである。
【００５３】図７はウエハ検査の際に用いられる実際的
な明視野赤外線顕微鏡を示す。この顕微鏡においては、
半球のシリコンレンズ１１２は複合レンズ３１０と結合
することにより可変焦点レンズ構成３１２を形成する。
レンズ構成３１２はウエハ１１０の表面上の光学結合流
体２１４の薄い層上に浮いている。当該顕微鏡の焦点は
従来のズームレンズ手法によりレンズ１１２に対して複
合レンズ３１０の各要素の位置を変化させることによつ
て調整される。簡略化のため、複合レンズの各要素を調
整する装置は図示しない。
な明視野赤外線顕微鏡を示す。この顕微鏡においては、
半球のシリコンレンズ１１２は複合レンズ３１０と結合
することにより可変焦点レンズ構成３１２を形成する。
レンズ構成３１２はウエハ１１０の表面上の光学結合流
体２１４の薄い層上に浮いている。当該顕微鏡の焦点は
従来のズームレンズ手法によりレンズ１１２に対して複
合レンズ３１０の各要素の位置を変化させることによつ
て調整される。簡略化のため、複合レンズの各要素を調
整する装置は図示しない。
【００５４】図７において光源３１６はコリメータレン
ズ３１８に赤外線光を与える。コリメータレンズ３１８
及び光源３１６は当該顕微鏡に対して照射機能を与えら
れる。当該明細書において「照射機能」の語はサンプル
における実際の入射光領域を示す。これと関連する語は
「結像機能」である。当該明細書において「結像機能」
は、顕微鏡から得られる結像領域分配を明確にする。他
の関連語は「ひとみ機能」である。当該明細書において
「ひとみ機能」は顕微鏡のコヒーレント伝送機能であ
る。これは当該顕微鏡のポイントスプレツド（インパル
ス）機能の２次元光学フーリエ変換である。顕微鏡のひ
とみ並びに対象物及び像平面間にはフーリエ変換の関係
がある。ひとみ内の点光源は対象物及び像に平面波を発
生するが、逆もある。ひとみ機能が当該サンプルの複合
反射係数によつて増大する場合、その結果は当該像の光
学フーリエ変換となる。
ズ３１８に赤外線光を与える。コリメータレンズ３１８
及び光源３１６は当該顕微鏡に対して照射機能を与えら
れる。当該明細書において「照射機能」の語はサンプル
における実際の入射光領域を示す。これと関連する語は
「結像機能」である。当該明細書において「結像機能」
は、顕微鏡から得られる結像領域分配を明確にする。他
の関連語は「ひとみ機能」である。当該明細書において
「ひとみ機能」は顕微鏡のコヒーレント伝送機能であ
る。これは当該顕微鏡のポイントスプレツド（インパル
ス）機能の２次元光学フーリエ変換である。顕微鏡のひ
とみ並びに対象物及び像平面間にはフーリエ変換の関係
がある。ひとみ内の点光源は対象物及び像に平面波を発
生するが、逆もある。ひとみ機能が当該サンプルの複合
反射係数によつて増大する場合、その結果は当該像の光
学フーリエ変換となる。
【００５５】コリメータレンズ３１８からの光はビーム
スプリツタ３２０によつて部分的に反射されて可変焦点
レンズ３１２を介してウエハ１１０に向かう。ウエハの
前表面から反射した光はビームスプリツタ３２０を通過
して当該レンズシステム３１２の結像面にある従来の赤
外線光検出器アレイ３１４に向かう。
スプリツタ３２０によつて部分的に反射されて可変焦点
レンズ３１２を介してウエハ１１０に向かう。ウエハの
前表面から反射した光はビームスプリツタ３２０を通過
して当該レンズシステム３１２の結像面にある従来の赤
外線光検出器アレイ３１４に向かう。
【００５６】図７に示す顕微鏡はいくつかの方法により
修正することができる。第１は、複合レンズ３１０をメ
ニスカスレンズ（図示せず）のような単一レンズと置き
換えることができる。結合レンズの結合焦点は固定レン
ズ１１２に対してメニスカスレンズを移動させることに
よつて変更され得る。しかしながら、このレンズ結合は
図７に示す可変焦点レンズ３１２と比較して像の質、領
域の平滑さ及び視野において劣る。
修正することができる。第１は、複合レンズ３１０をメ
ニスカスレンズ（図示せず）のような単一レンズと置き
換えることができる。結合レンズの結合焦点は固定レン
ズ１１２に対してメニスカスレンズを移動させることに
よつて変更され得る。しかしながら、このレンズ結合は
図７に示す可変焦点レンズ３１２と比較して像の質、領
域の平滑さ及び視野において劣る。
【００５７】明視野顕微鏡を用いると、光の大部分はウ
エハの頂部表面において完全に内部に反射される（すな
わちレンズ１１２を介して逆に）。しかしながら，当該
頂部表面の切れ目において光の十分な散乱がある。誘電
体薄膜（例えば酸化物トレースすなわちホトレジスト）
又はトレンチ壁のエツジにより頂部表面のシリコン及び
空気の境界面を介して伝播し得る低角度の光波に高角度
光線（通常は完全に内部に反射される）を十分に結合す
ることができる。この切れ目は明視野像内においては暗
く見える。
エハの頂部表面において完全に内部に反射される（すな
わちレンズ１１２を介して逆に）。しかしながら，当該
頂部表面の切れ目において光の十分な散乱がある。誘電
体薄膜（例えば酸化物トレースすなわちホトレジスト）
又はトレンチ壁のエツジにより頂部表面のシリコン及び
空気の境界面を介して伝播し得る低角度の光波に高角度
光線（通常は完全に内部に反射される）を十分に結合す
ることができる。この切れ目は明視野像内においては暗
く見える。
【００５８】照射機能が高角度光線と共に低角度光線も
含んでいる場合、誘電体薄膜はエツジに至るところでは
一段と暗く見えるがエツジそのものの場所ではそうでは
ない。これは、一段と屈折率の高い光が境界面を介して
伝播することができるので生ずる。この光の多くは誘電
体薄膜内の漏れ導波路モード内に結合されるので、結局
リターンして顕微鏡によつて集光される。しかしなが
ら、一部の光は空気中に散乱されて当該誘電体薄膜によ
つて被覆された領域内の結像を暗くする。
含んでいる場合、誘電体薄膜はエツジに至るところでは
一段と暗く見えるがエツジそのものの場所ではそうでは
ない。これは、一段と屈折率の高い光が境界面を介して
伝播することができるので生ずる。この光の多くは誘電
体薄膜内の漏れ導波路モード内に結合されるので、結局
リターンして顕微鏡によつて集光される。しかしなが
ら、一部の光は空気中に散乱されて当該誘電体薄膜によ
つて被覆された領域内の結像を暗くする。
【００５９】漏れ導波路モードからリターンする光及び
鏡のように反射した光間の干渉は、干渉を回避するため
のステツプがとられない場合干渉じま及び他の結果を生
ずる。金属反射鏡は入射光の一部を吸収するので暗く見
える。トレンチは、焦点が合つていても合つていなくて
も種々に散乱した光成分間の干渉のために非常に複雑に
見える。それにもかかわらず明視野顕微鏡はホトレジス
ト、酸化物及び他の誘電体薄膜の底部の幅を測定する際
に非常に有用である。
鏡のように反射した光間の干渉は、干渉を回避するため
のステツプがとられない場合干渉じま及び他の結果を生
ずる。金属反射鏡は入射光の一部を吸収するので暗く見
える。トレンチは、焦点が合つていても合つていなくて
も種々に散乱した光成分間の干渉のために非常に複雑に
見える。それにもかかわらず明視野顕微鏡はホトレジス
ト、酸化物及び他の誘電体薄膜の底部の幅を測定する際
に非常に有用である。
【００６０】明視野顕微鏡に関する比較的簡単なバリエ
ーシヨンは図８に示す共焦照度顕微鏡である。共焦照度
顕微鏡の一般的な原理については米国特許第３０１３４
６７号「顕微鏡検査法装置」に記載されており、ここで
は共焦照度顕微鏡についての教示を参考にする。
ーシヨンは図８に示す共焦照度顕微鏡である。共焦照度
顕微鏡の一般的な原理については米国特許第３０１３４
６７号「顕微鏡検査法装置」に記載されており、ここで
は共焦照度顕微鏡についての教示を参考にする。
【００６１】図８に示す装置においては、光源３１６は
レーザ４１０と置き換えられ、ピンホール４１８は走査
された地点の像において単一光検出器４２０の前に配置
される。当該顕微鏡の他の構成部品は図７と同一の構成
である。
レーザ４１０と置き換えられ、ピンホール４１８は走査
された地点の像において単一光検出器４２０の前に配置
される。当該顕微鏡の他の構成部品は図７と同一の構成
である。
【００６２】しかしながら顕微鏡の使用について１つ異
なることがあり、それは出力が光の単一ビームであるの
で、当該顕微鏡はウエハを横切つて走査されることによ
り像を現像する。ピンポール４１８並びに可変焦点レン
ズ３１２及びビームスプリツタ３２０を介して反射した
レーザの像との間の一直線の並びを維持するために、顕
微鏡の構成部品は固定された位置に維持され、ウエハ１
１０はその一直線の並びの下方位置を移動することによ
り走査動作を実行する。このように共焦顕微鏡はその一
部の構成として論理的な方法によりｘ軸方向（ページを
横切る方向）及びｙ軸方向（ページから出る方向）に沿
つて当該ウエハを移動させる位置決め装置（図示せず）
を含む。各位置において光検出器４２０によつて検出さ
れかつ順次配列されたサンプルポイントは完全な像を形
成する。
なることがあり、それは出力が光の単一ビームであるの
で、当該顕微鏡はウエハを横切つて走査されることによ
り像を現像する。ピンポール４１８並びに可変焦点レン
ズ３１２及びビームスプリツタ３２０を介して反射した
レーザの像との間の一直線の並びを維持するために、顕
微鏡の構成部品は固定された位置に維持され、ウエハ１
１０はその一直線の並びの下方位置を移動することによ
り走査動作を実行する。このように共焦顕微鏡はその一
部の構成として論理的な方法によりｘ軸方向（ページを
横切る方向）及びｙ軸方向（ページから出る方向）に沿
つて当該ウエハを移動させる位置決め装置（図示せず）
を含む。各位置において光検出器４２０によつて検出さ
れかつ順次配列されたサンプルポイントは完全な像を形
成する。
【００６３】上述の明視野顕微鏡に対するこの対処法の
主要な利点は、深さの判別（光学的区分）、斑点の低減
及び薄い誘電体薄膜内の導波路効果の阻止を含むことで
ある。深さの判別特性は当該サンプルの焦点ずれレベル
に基づく光の無力から生じてピンホールを通過して検出
器に向かう。この特性によりトレンチの深さ及び他のト
レンチの特徴を測定することができる。実際上、この顕
微鏡は他のレベルにおけるぼやけた像からの干渉なしに
種々のレベルにおけるトレンチの断面像を得ることがで
きる。
主要な利点は、深さの判別（光学的区分）、斑点の低減
及び薄い誘電体薄膜内の導波路効果の阻止を含むことで
ある。深さの判別特性は当該サンプルの焦点ずれレベル
に基づく光の無力から生じてピンホールを通過して検出
器に向かう。この特性によりトレンチの深さ及び他のト
レンチの特徴を測定することができる。実際上、この顕
微鏡は他のレベルにおけるぼやけた像からの干渉なしに
種々のレベルにおけるトレンチの断面像を得ることがで
きる。
【００６４】このモードにおいて深さを測定するのは比
較的簡単である。各トレンチにおいて焦点はトレンチの
頂部からその底部に移動する。各反射平面は焦点がそれ
を介して動くにつれて信号内に明確な最大点を生ずる。
深さはトレンチ底部の前表面からウエハの前表面のｚ軸
を除くことによつて得られる。
較的簡単である。各トレンチにおいて焦点はトレンチの
頂部からその底部に移動する。各反射平面は焦点がそれ
を介して動くにつれて信号内に明確な最大点を生ずる。
深さはトレンチ底部の前表面からウエハの前表面のｚ軸
を除くことによつて得られる。
【００６５】導波路阻止効果は、漏れ導波路モードから
の放射光線が戻り光路上にあるピンホールから大きく外
れるので、誘電体ラインの結像を改善する結果を生ず
る。かくして反射光のこの成分が結像をぼかす原因には
ならない。また頂部表面上の誘電体薄膜の測定はこの方
法により改善される。異なる位相が異なる平面波成分全
体の内部反射に変化を与えるために、誘電体薄膜は反射
ビーム内に球面収差を導く。ひとみ機能が誘電体薄膜内
を伝播できる光線成分もたないとき、結果の像が暗くな
のるのは当該誘電体薄膜の厚さとは無関係である。
の放射光線が戻り光路上にあるピンホールから大きく外
れるので、誘電体ラインの結像を改善する結果を生ず
る。かくして反射光のこの成分が結像をぼかす原因には
ならない。また頂部表面上の誘電体薄膜の測定はこの方
法により改善される。異なる位相が異なる平面波成分全
体の内部反射に変化を与えるために、誘電体薄膜は反射
ビーム内に球面収差を導く。ひとみ機能が誘電体薄膜内
を伝播できる光線成分もたないとき、結果の像が暗くな
のるのは当該誘電体薄膜の厚さとは無関係である。
【００６６】明視野領域の共焦結像装置ばかりでなく、
他の２つの型式の照度結像装置もコンタクト顕微鏡を用
いることができる。これらには後述する図９のシユリー
レン(Schlieren) 顕微鏡、図１０の暗視野顕微鏡及び図
１１の暗視野透過顕微鏡がある。この型式の顕微鏡にお
いては、発光体及び対象物からの光はそれぞれの変換
（ひとみ）平面においては異なる取り扱いを受け、この
ことは「透過」ひとみ機能及び「受像」ひとみ機能間を
区別するのに有用である。透過ひとみ機能は照射機能の
フーリエ変換を含み、受像ひとみ機能は結像機能のフー
リエ変換を含む。光学システムによつて２つのひとみ機
能は同一の位置におくか又は異なる位置におく。
他の２つの型式の照度結像装置もコンタクト顕微鏡を用
いることができる。これらには後述する図９のシユリー
レン(Schlieren) 顕微鏡、図１０の暗視野顕微鏡及び図
１１の暗視野透過顕微鏡がある。この型式の顕微鏡にお
いては、発光体及び対象物からの光はそれぞれの変換
（ひとみ）平面においては異なる取り扱いを受け、この
ことは「透過」ひとみ機能及び「受像」ひとみ機能間を
区別するのに有用である。透過ひとみ機能は照射機能の
フーリエ変換を含み、受像ひとみ機能は結像機能のフー
リエ変換を含む。光学システムによつて２つのひとみ機
能は同一の位置におくか又は異なる位置におく。
【００６７】好適なシユリーレン顕微鏡を図４に示す。
シユリーレンシステムは分離透過及び受像ひとみ機能
（すなわち通常領域はない）を有するように構成され
る。一対のナイフエツジが空間フイルタとして用いら
れ、そのうち１つは透過ひとみ平面の一部をマスクしか
つ他の１つは受像ひとみ平面の一部をマスクする。ナイ
フエツジはマスクされた各部分がほとんど重なり合う
（明シユリーレン）か又は少し重なり合う（暗シユリー
レン）ように配列される。検査された像は大部分が正空
間周波数から負空間周波数にスキヤツタされる光から構
成される。ナイフエツジがｙ軸と平行であるとすると、
正ｘ軸方向から負ｘ軸方向に変換された表面の平面にあ
るその光波ベクトルｋをもつ光だけが検査される。
シユリーレンシステムは分離透過及び受像ひとみ機能
（すなわち通常領域はない）を有するように構成され
る。一対のナイフエツジが空間フイルタとして用いら
れ、そのうち１つは透過ひとみ平面の一部をマスクしか
つ他の１つは受像ひとみ平面の一部をマスクする。ナイ
フエツジはマスクされた各部分がほとんど重なり合う
（明シユリーレン）か又は少し重なり合う（暗シユリー
レン）ように配列される。検査された像は大部分が正空
間周波数から負空間周波数にスキヤツタされる光から構
成される。ナイフエツジがｙ軸と平行であるとすると、
正ｘ軸方向から負ｘ軸方向に変換された表面の平面にあ
るその光波ベクトルｋをもつ光だけが検査される。
【００６８】図９に示す装置は図７の装置に２つのナイ
フエツジ４３２及び４３４を加えたものである。ナイフ
エツジは矢印４３３及び４３５の方向に移動されること
により明シユリーレン又は暗シユリーレン方法による動
作のいずれかを実行する。
フエツジ４３２及び４３４を加えたものである。ナイフ
エツジは矢印４３３及び４３５の方向に移動されること
により明シユリーレン又は暗シユリーレン方法による動
作のいずれかを実行する。
【００６９】顕微鏡の動作は光源３１６によつて発生さ
れた光線Ｒ１、Ｒ２及びＲ３により示される。図９に示
すように、光線Ｒ１はナイフエツジ４３２によつて遮ら
れるが光線Ｒ２及びＲ３はビームスプリツタ３２０に伝
播することができる。ビームスプリツタ３２０から反射
される成分の光線Ｒ２及びＲ３は種々の可変焦点レンズ
組立体に入り、ウエハ１１０の表面から反射されて光線
Ｒ２Ａ及びＲ３Ａとして出現する。さらに、例えばトレ
ンチ壁からの反射によつて正空間周波数から負空間周波
数にスキヤツタされた成分光線Ｒ２及びＲ３が発生され
る。この光線をＲ４によつて表す。
れた光線Ｒ１、Ｒ２及びＲ３により示される。図９に示
すように、光線Ｒ１はナイフエツジ４３２によつて遮ら
れるが光線Ｒ２及びＲ３はビームスプリツタ３２０に伝
播することができる。ビームスプリツタ３２０から反射
される成分の光線Ｒ２及びＲ３は種々の可変焦点レンズ
組立体に入り、ウエハ１１０の表面から反射されて光線
Ｒ２Ａ及びＲ３Ａとして出現する。さらに、例えばトレ
ンチ壁からの反射によつて正空間周波数から負空間周波
数にスキヤツタされた成分光線Ｒ２及びＲ３が発生され
る。この光線をＲ４によつて表す。
【００７０】光線Ｒ２Ａ、Ｒ３Ａ及びＲ４はビームスプ
リツタ３２０を通過する。光線Ｒ３Ａはナイフエツジ４
３４によつて遮られるが光線Ｒ２Ａ及びＲ４は光検出器
アレイ３１４上に像を形成する。図示の構成は明シユリ
ーレンモードである。ナイフエツジ４３２又は４３４の
１つが移動して光線Ｒ２又は光線Ｒ２Ａのいずれかを遮
つたとき、当該装置は暗シユリーレンモードに構成され
る。
リツタ３２０を通過する。光線Ｒ３Ａはナイフエツジ４
３４によつて遮られるが光線Ｒ２Ａ及びＲ４は光検出器
アレイ３１４上に像を形成する。図示の構成は明シユリ
ーレンモードである。ナイフエツジ４３２又は４３４の
１つが移動して光線Ｒ２又は光線Ｒ２Ａのいずれかを遮
つたとき、当該装置は暗シユリーレンモードに構成され
る。
【００７１】シユリーレンモードは、ウエハ頂部表面と
整合するトレンチの側面がコーナレフレクタを形成し、
ｘ軸方向の後方の光を極めて効果的に走査するので特に
トレンチ測定に適用される。
整合するトレンチの側面がコーナレフレクタを形成し、
ｘ軸方向の後方の光を極めて効果的に走査するので特に
トレンチ測定に適用される。
【００７２】光源３１６及びレンズ３１８がレーザに置
き換えられる場合、図８の共焦結像技術がシユリーレン
顕微鏡により実行される。またこれは、例えばナイフエ
ツジ４３４及び光検出器アレイ３１４間に配設されるレ
ンズの焦点にピンホール（図示せず）から構成される空
間フイルタを挿入することによつてなされる。当該像は
ウエハ１１０を走査することによつて形成される。この
構成はトレンチの深さを測定する際に非常に効果的であ
る。動作時、顕微鏡がトレンチ１１４上に直接に配設さ
れる場合、当該像は、焦点がトレンチ底部を通つて走査
されるときほとんど完全に暗くなる。さらに、トレンチ
側壁角は２つのナイフエツジのオーバラツプ機能として
像照度を測定することによつて直接に測定され得る。垂
直な側壁はＫ′x ＝−ＫX のスキヤツタされた領域成分
を発生する。ここでＫX は入射平面波成分の横波ベクト
ルであり、Ｋ′X は反射成分の横波ベクトルである。非
垂直側壁の場合Ｋ′X＋ＫX は０ではない。このシフト
はナイフエツジ４３２及び４３４のオーバラツプを変化
させることによつて測定される。
き換えられる場合、図８の共焦結像技術がシユリーレン
顕微鏡により実行される。またこれは、例えばナイフエ
ツジ４３４及び光検出器アレイ３１４間に配設されるレ
ンズの焦点にピンホール（図示せず）から構成される空
間フイルタを挿入することによつてなされる。当該像は
ウエハ１１０を走査することによつて形成される。この
構成はトレンチの深さを測定する際に非常に効果的であ
る。動作時、顕微鏡がトレンチ１１４上に直接に配設さ
れる場合、当該像は、焦点がトレンチ底部を通つて走査
されるときほとんど完全に暗くなる。さらに、トレンチ
側壁角は２つのナイフエツジのオーバラツプ機能として
像照度を測定することによつて直接に測定され得る。垂
直な側壁はＫ′x ＝−ＫX のスキヤツタされた領域成分
を発生する。ここでＫX は入射平面波成分の横波ベクト
ルであり、Ｋ′X は反射成分の横波ベクトルである。非
垂直側壁の場合Ｋ′X＋ＫX は０ではない。このシフト
はナイフエツジ４３２及び４３４のオーバラツプを変化
させることによつて測定される。
【００７３】高い開口数ＮＡをもつ顕微鏡を用いる暗視
野結像は反射又は透過のいずれかによりなされる。暗視
野顕微鏡検査法の背景にある基本的な概念は、照射機能
から像内に鏡のように伝播する光がないように照射機能
を選択することである。これは例えば第１のフイルタを
もつひとみ機能を空間フイルタリング（透過ひとみ平面
にマスクする）し、第２のフイルタをもつ像機能を空間
フイルタリンング（受像ひとみ平面にマスクする）する
ことによつてなされる。暗視野顕微鏡について、形状的
特徴がないウエハから結像されたとき透過ひとみマスク
を通過する光は受像ひとみマスクによつて完全に遮られ
る。
野結像は反射又は透過のいずれかによりなされる。暗視
野顕微鏡検査法の背景にある基本的な概念は、照射機能
から像内に鏡のように伝播する光がないように照射機能
を選択することである。これは例えば第１のフイルタを
もつひとみ機能を空間フイルタリング（透過ひとみ平面
にマスクする）し、第２のフイルタをもつ像機能を空間
フイルタリンング（受像ひとみ平面にマスクする）する
ことによつてなされる。暗視野顕微鏡について、形状的
特徴がないウエハから結像されたとき透過ひとみマスク
を通過する光は受像ひとみマスクによつて完全に遮られ
る。
【００７４】反射暗視野顕微鏡検査法を実現する装置を
図１０に示す。この装置は透過ひとみマスク４４０及び
受像ひとみマスク４４２がある点において図７の顕微鏡
と異なる。図１０に示すように、透過マスク４４０は光
線Ｒ２だけを通し、光線Ｒ１及びＲ３を遮るピンホール
である。光線Ｒ２はビームスプリツタ３２０に反射して
その一部が可変焦点レンズ３１２に向かう。ウエハ１１
０の前表面からの反射は光線Ｒ２Ａとして鏡のように反
射すると共に光線Ｒ４及びＲ５を散乱する。この光線は
すべて可変焦点レンズ３１２及びビームスプリツタ３２
０を通る。しかしながら、光線Ｒ２Ａは受像ひとみマス
ク４４２によつて遮られるので光検出器アレイ３１４に
到達できない。光線Ｒ４及びＲ５はアレイ３１４に伝播
して暗視野像を与える。
図１０に示す。この装置は透過ひとみマスク４４０及び
受像ひとみマスク４４２がある点において図７の顕微鏡
と異なる。図１０に示すように、透過マスク４４０は光
線Ｒ２だけを通し、光線Ｒ１及びＲ３を遮るピンホール
である。光線Ｒ２はビームスプリツタ３２０に反射して
その一部が可変焦点レンズ３１２に向かう。ウエハ１１
０の前表面からの反射は光線Ｒ２Ａとして鏡のように反
射すると共に光線Ｒ４及びＲ５を散乱する。この光線は
すべて可変焦点レンズ３１２及びビームスプリツタ３２
０を通る。しかしながら、光線Ｒ２Ａは受像ひとみマス
ク４４２によつて遮られるので光検出器アレイ３１４に
到達できない。光線Ｒ４及びＲ５はアレイ３１４に伝播
して暗視野像を与える。
【００７５】この構成において、形状的特徴がないサン
プルは、光線Ｒ２のすべての成分が光線Ｒ２Ａとして逆
反射されるので完全な暗視野像を発生する。当該サンプ
ルの前表面の切れ目は黒地上の明光のような像上に出現
する。
プルは、光線Ｒ２のすべての成分が光線Ｒ２Ａとして逆
反射されるので完全な暗視野像を発生する。当該サンプ
ルの前表面の切れ目は黒地上の明光のような像上に出現
する。
【００７６】関連する暗視野顕微鏡（図示せず）は、図
１０の透過ひとみマスク４４０及び受像ひとみマスク４
４２が入れ換えられて図８のようにレーザが光源として
用いられる場合に得られる。この結果得られた顕微鏡は
平滑な垂直トレンチ壁から反射される光線を阻止する。
この光線は、コーナレフレクタがトレンチ壁及びウエハ
の前表面により形成されるため、照射によつて占有され
たひとみの領域内に逆反射される。かくして、空間、ピ
ンホール又はトレンチ内の汚染のようなトレンチ壁の不
規則性は比較的暗い背景に明領域として出現する。さら
に、マスク４４０はピンホールであり、当該サンプル上
の１地点だけが照明されるのでこの好適な顕微鏡は共焦
結像装置であり、かくして焦点ぼけ層すなわちウエハ表
面上の誘電体薄膜の導波路伝播モードからの干渉の影響
を受けない。共焦構成の他の利点は深さ判別である。上
述のように焦点ぼけ層からの干渉を阻止するため、ウエ
ハ内の形状的特徴の深さは可変焦点レンズ３１２をウエ
ハ１１０の面と直交するライン上の異なる焦点に調節す
ることによつて得られる。
１０の透過ひとみマスク４４０及び受像ひとみマスク４
４２が入れ換えられて図８のようにレーザが光源として
用いられる場合に得られる。この結果得られた顕微鏡は
平滑な垂直トレンチ壁から反射される光線を阻止する。
この光線は、コーナレフレクタがトレンチ壁及びウエハ
の前表面により形成されるため、照射によつて占有され
たひとみの領域内に逆反射される。かくして、空間、ピ
ンホール又はトレンチ内の汚染のようなトレンチ壁の不
規則性は比較的暗い背景に明領域として出現する。さら
に、マスク４４０はピンホールであり、当該サンプル上
の１地点だけが照明されるのでこの好適な顕微鏡は共焦
結像装置であり、かくして焦点ぼけ層すなわちウエハ表
面上の誘電体薄膜の導波路伝播モードからの干渉の影響
を受けない。共焦構成の他の利点は深さ判別である。上
述のように焦点ぼけ層からの干渉を阻止するため、ウエ
ハ内の形状的特徴の深さは可変焦点レンズ３１２をウエ
ハ１１０の面と直交するライン上の異なる焦点に調節す
ることによつて得られる。
【００７７】図１１は好適な暗視野透過顕微鏡の側面図
である。この装置の原理はウエハから空気中に伝播し得
るすべての成分を排除する照射機能を選択することであ
る。当該ウエハの頂部表面の外側に配設された検出器は
頂部表面内の切れ目によつて減衰光波から伝播モードに
スキヤツタされる光だけを検出する。
である。この装置の原理はウエハから空気中に伝播し得
るすべての成分を排除する照射機能を選択することであ
る。当該ウエハの頂部表面の外側に配設された検出器は
頂部表面内の切れ目によつて減衰光波から伝播モードに
スキヤツタされる光だけを検出する。
【００７８】図１１に示すように、暗視野透過顕微鏡は
例えば光線Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を発生する光源３１６及
びコリメータレンズ３１８を含む。ひとみ平面の中央部
分の光線Ｒ２及び他の光線はひとみマスク４５０によつ
て遮られ、ひとみ平面の外側の光線Ｒ１及びＲ３だけが
可変焦点レンズ３１２に伝播する。可変焦点レンズ３１
２において、外側の光線Ｒ１及びＲ３は複合レンズ３１
０によつて高い開口数ＮＡのレンズ１１２及び光学結合
流体２１４を介してウエハ１１０内に結合される高角度
光線に変換される。
例えば光線Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を発生する光源３１６及
びコリメータレンズ３１８を含む。ひとみ平面の中央部
分の光線Ｒ２及び他の光線はひとみマスク４５０によつ
て遮られ、ひとみ平面の外側の光線Ｒ１及びＲ３だけが
可変焦点レンズ３１２に伝播する。可変焦点レンズ３１
２において、外側の光線Ｒ１及びＲ３は複合レンズ３１
０によつて高い開口数ＮＡのレンズ１１２及び光学結合
流体２１４を介してウエハ１１０内に結合される高角度
光線に変換される。
【００７９】ウエハ１１０の内側において、この光線は
臨界角より大きい角度をもつているのですべての内部反
射を受ける。光線４５８は、高角度光線が伝播光線に変
換される場合、ウエハの頂部表面を介してレンズ４５２
を通つて光検出器４５４に伝播する。この変換は、例え
ば高角度光線がトレンチ１１４の壁のようなウエハ表面
の切れ目から反射されるとき又はＳｉＯ2 すなわちホト
レジストのような誘電体薄膜４５６が非伝播光線を伝播
光線にスキヤツタするとき生ずる。
臨界角より大きい角度をもつているのですべての内部反
射を受ける。光線４５８は、高角度光線が伝播光線に変
換される場合、ウエハの頂部表面を介してレンズ４５２
を通つて光検出器４５４に伝播する。この変換は、例え
ば高角度光線がトレンチ１１４の壁のようなウエハ表面
の切れ目から反射されるとき又はＳｉＯ2 すなわちホト
レジストのような誘電体薄膜４５６が非伝播光線を伝播
光線にスキヤツタするとき生ずる。
【００８０】ウエハの像は固定された位置に光源３１
６、レンズ３１２及び検出器４５４を保持することによ
つて得られると共に、ウエハはｘ軸方向（ページを横切
る方向）及びｙ軸方向（ページから出る方向）の両方向
に増分的に移動される。
６、レンズ３１２及び検出器４５４を保持することによ
つて得られると共に、ウエハはｘ軸方向（ページを横切
る方向）及びｙ軸方向（ページから出る方向）の両方向
に増分的に移動される。
【００８１】上述のことは、従来の結像顕微鏡において
高い開口数ＮＡのレンズを１つの構成部品として利用す
る結像技術を得ることである。ウエハの表面から空気中
に結合できる光が非常に小さいので、完全に内部で反射
した光の位相及び偏光シフトに基づいた多くの測定技術
を実行できる。一般的にヘロダイン及びホモダイン干渉
計は共に光の位相を測定するために用いられる。干渉計
のいくつかの型式は後述の図１２から図１４を参照す
る。
高い開口数ＮＡのレンズを１つの構成部品として利用す
る結像技術を得ることである。ウエハの表面から空気中
に結合できる光が非常に小さいので、完全に内部で反射
した光の位相及び偏光シフトに基づいた多くの測定技術
を実行できる。一般的にヘロダイン及びホモダイン干渉
計は共に光の位相を測定するために用いられる。干渉計
のいくつかの型式は後述の図１２から図１４を参照す
る。
【００８２】干渉計は１ビーム、２ビーム及び多重ビー
ムの３型式に分けることができる。１ビームシステムは
ゼルニケ（Zernike)及びコール−キノ（Corle-Kino) 干
渉計を含む。１ビームシステムにおいてはひとみ機能の
一部が他の部分に対して位相シフトし、２つの領域から
生ずる像はゼルニケシステムにおけるように総計して２
乗するか又はコール−キノシステムにおけるように交流
（ＡＣ）検出を用いて一緒に多重化する（ヘテロダイン
された）かのいずれかである。
ムの３型式に分けることができる。１ビームシステムは
ゼルニケ（Zernike)及びコール−キノ（Corle-Kino) 干
渉計を含む。１ビームシステムにおいてはひとみ機能の
一部が他の部分に対して位相シフトし、２つの領域から
生ずる像はゼルニケシステムにおけるように総計して２
乗するか又はコール−キノシステムにおけるように交流
（ＡＣ）検出を用いて一緒に多重化する（ヘテロダイン
された）かのいずれかである。
【００８３】好適なコール−キノ干渉計（図示せず）は
図８に示すような共焦顕微鏡のひとみ平面にＡＣ駆動位
相プレートを配置することによつて設けられる。コール
−キノ干渉計を用いると、振幅及び位相を共に同時に測
定することができる。この装置により単一ビーム位相で
ウエハの内部及びウエハとコンタクトする形状的特徴を
感度よく結像することができる。この装置によつて調整
され得る位相シフトの範囲は比較的小さいので、焦点が
かなり外れている像の形状的特徴を測定するには適切で
ない。単一ビーム干渉計を共に基礎に置くゼルニケ位相
コントラストについての詳細は1980年発行、第６号「光
学の原理」に記述されており、これを参照する。
図８に示すような共焦顕微鏡のひとみ平面にＡＣ駆動位
相プレートを配置することによつて設けられる。コール
−キノ干渉計を用いると、振幅及び位相を共に同時に測
定することができる。この装置により単一ビーム位相で
ウエハの内部及びウエハとコンタクトする形状的特徴を
感度よく結像することができる。この装置によつて調整
され得る位相シフトの範囲は比較的小さいので、焦点が
かなり外れている像の形状的特徴を測定するには適切で
ない。単一ビーム干渉計を共に基礎に置くゼルニケ位相
コントラストについての詳細は1980年発行、第６号「光
学の原理」に記述されており、これを参照する。
【００８４】高い開口数ＮＡのレンズを有する好適な多
重ビーム干渉計を発達させたものがフアブリー−ペロー
干渉計である。この型式の干渉計（図示せず）は図２に
示すレンズ１１２の曲面上に高反射膜を配置することに
よつてできている。当該球面の曲率の中央部は当該ウエ
ハの頂部表面の平面にある。従つて、コーテイングされ
たレンズの裏面はウエハの表面をもつ球形共振器を形成
する。キヤビテイの精密度は表面の反射率及びテスト中
（かなりドープされた基板に対しては比較的大きい）の
ウエハの光学吸収に依存する。
重ビーム干渉計を発達させたものがフアブリー−ペロー
干渉計である。この型式の干渉計（図示せず）は図２に
示すレンズ１１２の曲面上に高反射膜を配置することに
よつてできている。当該球面の曲率の中央部は当該ウエ
ハの頂部表面の平面にある。従つて、コーテイングされ
たレンズの裏面はウエハの表面をもつ球形共振器を形成
する。キヤビテイの精密度は表面の反射率及びテスト中
（かなりドープされた基板に対しては比較的大きい）の
ウエハの光学吸収に依存する。
【００８５】振幅は共振器の精密度（高吸収であれば精
密度は低く、高反射率の場合も精密度は低い）を測定す
ることによつて検知される。これは、例えば光源を変調
する周波数及び反射した信号の対応する変化を測定する
周波数によつてなされる。固定した周波数偏移に対し
て、ＡＣ信号はキヤビテイの精密度に比例する。
密度は低く、高反射率の場合も精密度は低い）を測定す
ることによつて検知される。これは、例えば光源を変調
する周波数及び反射した信号の対応する変化を測定する
周波数によつてなされる。固定した周波数偏移に対し
て、ＡＣ信号はキヤビテイの精密度に比例する。
【００８６】ウエハからの反射による位相変化に対応し
て共振波長に変化が生じ、続いてウエハの表面の反射率
に変化が生ずる。ベースバンド信号を用いる位相測定及
び比較的高い変調周波数を用いる振幅測定を実行するこ
とにより２つの成分を分離することができる。
て共振波長に変化が生じ、続いてウエハの表面の反射率
に変化が生ずる。ベースバンド信号を用いる位相測定及
び比較的高い変調周波数を用いる振幅測定を実行するこ
とにより２つの成分を分離することができる。
【００８７】キヤビテイが所望の固体であるので、照射
波長を同調することによつて動作ポイントを調整する必
要がある。これは、例えば発光体のような1.３〔μｍ〕
のレーザダイオードを用いることによつてなされる。レ
ーザダイオードによつて発生された当該光の波長はその
駆動電流を変化させることによつて調整することができ
る。レンズ又はビームはサンプル上に走査されるとき、
形状の不規則性すなわちウエハ１１０の表面にある誘電
体薄膜の屈折率の変化は反射における位相変化を生じさ
せ、キヤビテイの光学波長を変化させるので、キヤビテ
イの吸収を変化させる。レーザ波長がサーボコントロー
ルされる場合、サーボ電圧は測定データとして使用され
る。または出力信号は光検出器（図示せず）により確認
され、出力信号は全反射に比例する。
波長を同調することによつて動作ポイントを調整する必
要がある。これは、例えば発光体のような1.３〔μｍ〕
のレーザダイオードを用いることによつてなされる。レ
ーザダイオードによつて発生された当該光の波長はその
駆動電流を変化させることによつて調整することができ
る。レンズ又はビームはサンプル上に走査されるとき、
形状の不規則性すなわちウエハ１１０の表面にある誘電
体薄膜の屈折率の変化は反射における位相変化を生じさ
せ、キヤビテイの光学波長を変化させるので、キヤビテ
イの吸収を変化させる。レーザ波長がサーボコントロー
ルされる場合、サーボ電圧は測定データとして使用され
る。または出力信号は光検出器（図示せず）により確認
され、出力信号は全反射に比例する。
【００８８】好適な２ビーム干渉計はマイケルソン（Mi
chelson)、マーク−ゼンダー(Mach-Zehnder)、リンニツ
ク(Linnik)、ミロー(Mirau) 、トイマン−グリーン(Twy
man-Green)及びノマースキー(Nomarski)システムを含
み、これらはすべて高ＮＡレンズを用いるホモダイン及
びヘテロダインバージヨンにより実行され得る。簡略化
のためリンニツク干渉計の２つのバージョン、すなわち
図１２及び図１４についてだけ述べる。
chelson)、マーク−ゼンダー(Mach-Zehnder)、リンニツ
ク(Linnik)、ミロー(Mirau) 、トイマン−グリーン(Twy
man-Green)及びノマースキー(Nomarski)システムを含
み、これらはすべて高ＮＡレンズを用いるホモダイン及
びヘテロダインバージヨンにより実行され得る。簡略化
のためリンニツク干渉計の２つのバージョン、すなわち
図１２及び図１４についてだけ述べる。
【００８９】図１２は好適なリンニツク干渉計の側面図
を示す。リンニツクシステムはマイケルソン２アーム干
渉計であり、各アーム上のミラー（すなわちウエハ）の
前に同一のレンズが配設される。高ＮＡレンズシステム
を実際に用いる際には、各アームは同一のレンズシステ
ムを有し、基準アームは種々の厚さのウエハにより動作
できるようにそのレンズシステムに結合された空きウエ
ハを有する。
を示す。リンニツクシステムはマイケルソン２アーム干
渉計であり、各アーム上のミラー（すなわちウエハ）の
前に同一のレンズが配設される。高ＮＡレンズシステム
を実際に用いる際には、各アームは同一のレンズシステ
ムを有し、基準アームは種々の厚さのウエハにより動作
できるようにそのレンズシステムに結合された空きウエ
ハを有する。
【００９０】リンニツク干渉計はホモダインシステムか
又はヘテロダインシステムのいずれかとして使用され
る。好適なヘテロダインの実施例を図１２に示すと共
に、修正ホモダインの実施例を図１４に示すが詳細につ
いては後述する。
又はヘテロダインシステムのいずれかとして使用され
る。好適なヘテロダインの実施例を図１２に示すと共
に、修正ホモダインの実施例を図１４に示すが詳細につ
いては後述する。
【００９１】誘電体材料（例えば水、ガラス又はシリコ
ン）の内部を動作する高ＮＡシステムにおいて、誘電体
の境界面から反射された像は位相シフトが全内部反射に
対して生ずるので収差される。この位相シフトは、入射
角が臨界角Θi ＝Θc からすれすれのΘi ＝π/2に増大
するにつれて０からπラジアンに変化する。収差の一部
は顕微鏡の焦点をシフトさせることによつて補償され得
る。しかしながら残りの収差は当該顕微鏡によつて発生
された像の質をかなり低下させる。半導体検査の場合
は、結像システムの解像度をできる限り理想に近づける
ようにするのが望ましい。従つて、この収差の誤差は大
きな利益となる。この収差の例外的な形式のために従来
のレンズ設計技術を用いて補正することは難しい。２ビ
ームヘテロダイン干渉計として光学システムを設計する
方法によつてこの収差の影響をほとんど除去できる。こ
の型式のシステムにおいては、サンプルビーム及び基準
ビームは共にほとんど同一の環境下における全内部反射
を経験する。従つて、この反射から生ずる位相シフトは
ヘテロダイン検出の際に２つのビームが混合されたとき
ほとんど取り消される。
ン）の内部を動作する高ＮＡシステムにおいて、誘電体
の境界面から反射された像は位相シフトが全内部反射に
対して生ずるので収差される。この位相シフトは、入射
角が臨界角Θi ＝Θc からすれすれのΘi ＝π/2に増大
するにつれて０からπラジアンに変化する。収差の一部
は顕微鏡の焦点をシフトさせることによつて補償され得
る。しかしながら残りの収差は当該顕微鏡によつて発生
された像の質をかなり低下させる。半導体検査の場合
は、結像システムの解像度をできる限り理想に近づける
ようにするのが望ましい。従つて、この収差の誤差は大
きな利益となる。この収差の例外的な形式のために従来
のレンズ設計技術を用いて補正することは難しい。２ビ
ームヘテロダイン干渉計として光学システムを設計する
方法によつてこの収差の影響をほとんど除去できる。こ
の型式のシステムにおいては、サンプルビーム及び基準
ビームは共にほとんど同一の環境下における全内部反射
を経験する。従つて、この反射から生ずる位相シフトは
ヘテロダイン検出の際に２つのビームが混合されたとき
ほとんど取り消される。
【００９２】図１２に示すシステムのように、レーザ４
１０からの光は音響光学（ＡＯ）セル４６０を通過す
る。好適な実施例においては、ＡＯセルはＴｅＯ2 ブラ
ツグ（Bragg)セルである。部分回折格子は音響信号源４
６８によつて与えられる音響信号に応答してＡＯセル４
６０の内部に確立される。
１０からの光は音響光学（ＡＯ）セル４６０を通過す
る。好適な実施例においては、ＡＯセルはＴｅＯ2 ブラ
ツグ（Bragg)セルである。部分回折格子は音響信号源４
６８によつて与えられる音響信号に応答してＡＯセル４
６０の内部に確立される。
【００９３】この構成において、ＡＯセル４６０は音響
信号源によつて与えられた信号の周波数によつて決定さ
れる角度により入射光の一部を検出し、残りの反射しな
かつた入射光を通す。通過した光の量は音響信号の強度
に依存する。本発明の好適な実施例においては、音響信
号源４６８からの信号は周波数60〔MHｚ〕から 110〔MH
ｚ〕の範囲にあり、音響信号の強さは入射レーザビーム
の半分を偏向しかつ残りの半分を偏向せずに通過するよ
うに調整される。
信号源によつて与えられた信号の周波数によつて決定さ
れる角度により入射光の一部を検出し、残りの反射しな
かつた入射光を通す。通過した光の量は音響信号の強度
に依存する。本発明の好適な実施例においては、音響信
号源４６８からの信号は周波数60〔MHｚ〕から 110〔MH
ｚ〕の範囲にあり、音響信号の強さは入射レーザビーム
の半分を偏向しかつ残りの半分を偏向せずに通過するよ
うに調整される。
【００９４】ＡＯセル４６０によつて偏向された偏向ビ
ームは前表面ミラー４６２によつて反射されて光学結合
流体２１４の層によつてサンプルウエハ１１０の裏面に
結合される可変焦点レンズ３１２に向かう。
ームは前表面ミラー４６２によつて反射されて光学結合
流体２１４の層によつてサンプルウエハ１１０の裏面に
結合される可変焦点レンズ３１２に向かう。
【００９５】ＡＯセル４６０によつて偏向されなかつた
ビームはミラー４６４によつて反射されてレンズ３１２
とほとんど同一の可変焦点レンズ３１２Ａに向かう。可
変焦点レンズ３１２Ａは光学結合流体層２１４とほとん
ど同じ厚さ及び構成を有する結合流体層２１４Ａによつ
て基準ウエハ１１０Ａの裏面に結合される。
ビームはミラー４６４によつて反射されてレンズ３１２
とほとんど同一の可変焦点レンズ３１２Ａに向かう。可
変焦点レンズ３１２Ａは光学結合流体層２１４とほとん
ど同じ厚さ及び構成を有する結合流体層２１４Ａによつ
て基準ウエハ１１０Ａの裏面に結合される。
【００９６】サンプルウエハ１１０及び基準ウエハ１１
０Ａから反射した光は照射光が通つて来た光路と同じ光
路に沿つて戻る。ＡＯセル４６０に到達すると、基準ビ
ームの一部は光検出器４２０に偏向され、サンプルビー
ムの一部がＡＯセル４６０において偏向されずに通過し
て光検出器４２０に向かう。光検出器４２０において２
つのビームが干渉してＡＣ及びＤＣ光電流成分を共に発
生する。
０Ａから反射した光は照射光が通つて来た光路と同じ光
路に沿つて戻る。ＡＯセル４６０に到達すると、基準ビ
ームの一部は光検出器４２０に偏向され、サンプルビー
ムの一部がＡＯセル４６０において偏向されずに通過し
て光検出器４２０に向かう。光検出器４２０において２
つのビームが干渉してＡＣ及びＤＣ光電流成分を共に発
生する。
【００９７】ＡＣ光電流成分は反射サンプルビーム及び
基準ビームのヘテロダイン結合の結果である。ＡＯセル
はその駆動信号の周波数によつて周波数の偏向波をシフ
トしかつ光検出器４２０に対する各入射光波はＡＯセル
４６０によつて一度だけ偏向されるので、偏向したサン
プルビーム及び基準ビーム間のうなり位相はサンプルウ
エハ及び基準ウエハの反射特性の差異によつて生ずるビ
ーム間の位相差とほぼ等しい。
基準ビームのヘテロダイン結合の結果である。ＡＯセル
はその駆動信号の周波数によつて周波数の偏向波をシフ
トしかつ光検出器４２０に対する各入射光波はＡＯセル
４６０によつて一度だけ偏向されるので、偏向したサン
プルビーム及び基準ビーム間のうなり位相はサンプルウ
エハ及び基準ウエハの反射特性の差異によつて生ずるビ
ーム間の位相差とほぼ等しい。
【００９８】図１２に示すリンニツク干渉計はレーザ光
の干渉性及び２地点の光学重畳のために、ピンホールは
ないが共焦システムであり、共に増加させてうなり信号
を生ずる。これは矢印４６６によつて示すようにＡＯ偏
向器４６０によつて当該ウエハを横切るｘ軸方向に走査
され、可変焦点レンズ３１２の下にサンプルウエハを物
理的に移動させることによつてｙ軸方向（ページから出
る方向）に走査される。最後にレンズシステム３１２及
び３１２Ａの焦点はその最大点から最小点に移動される
ことによりｚ軸方向（ページの上下方向）にウエハを走
査をする。
の干渉性及び２地点の光学重畳のために、ピンホールは
ないが共焦システムであり、共に増加させてうなり信号
を生ずる。これは矢印４６６によつて示すようにＡＯ偏
向器４６０によつて当該ウエハを横切るｘ軸方向に走査
され、可変焦点レンズ３１２の下にサンプルウエハを物
理的に移動させることによつてｙ軸方向（ページから出
る方向）に走査される。最後にレンズシステム３１２及
び３１２Ａの焦点はその最大点から最小点に移動される
ことによりｚ軸方向（ページの上下方向）にウエハを走
査をする。
【００９９】図１２に示すリンニツク干渉計はひとみの
ナイフエツジ及び図９について上述したような結像平面
を加えることによつてシユリーレンモードで用いられ
る。また当該干渉計は図１０において上述したような暗
視野モードに構成される。この２つのモードのいずれか
において、リンニツク干渉計はトレンチ側壁の角度、壁
プロフイールと共にトレンチ壁すなわちバルク半導体内
の介在物、ピンホール及び空間を測定する際に用いられ
る。トレンチの深さ（裏面からの高さ）は暗視野モード
又は明視野モードのいずれかにより測定される。またリ
ンニツク干渉はホトレジストの幅及び複合屈折率並びに
誘電体薄膜及びウエハの前面間の境界面からのすべての
内部反射に対する位相シフトを測定することによつてウ
エハの表面上に堆積された他の誘電体の形状的特徴とを
測定する際に用いられる。
ナイフエツジ及び図９について上述したような結像平面
を加えることによつてシユリーレンモードで用いられ
る。また当該干渉計は図１０において上述したような暗
視野モードに構成される。この２つのモードのいずれか
において、リンニツク干渉計はトレンチ側壁の角度、壁
プロフイールと共にトレンチ壁すなわちバルク半導体内
の介在物、ピンホール及び空間を測定する際に用いられ
る。トレンチの深さ（裏面からの高さ）は暗視野モード
又は明視野モードのいずれかにより測定される。またリ
ンニツク干渉はホトレジストの幅及び複合屈折率並びに
誘電体薄膜及びウエハの前面間の境界面からのすべての
内部反射に対する位相シフトを測定することによつてウ
エハの表面上に堆積された他の誘電体の形状的特徴とを
測定する際に用いられる。
【０１００】上述のことに加えて、当該干渉計によつて
生成された信号は完全に新しいコントラストシステムを
効果的に実現するという点においてデイジタルフイルタ
リング機能から当該装置のコヒーレント伝達機能に変換
されたことになる。フイルタリング技術は当該レンズシ
ステムの開口数（空間周波数帯域幅）及び視野（実際の
フイルタの長さを制限する）にだけ影響を受ける。この
技術は1990年12月発行、第160 巻、第３部、「ヘテロダ
イン干渉計及びデジタルフイルタリングを介した共焦顕
微鏡の一般化」、２４５〜２６４頁に記述されており、
この技術の教示を当該明細書において参考にする。
生成された信号は完全に新しいコントラストシステムを
効果的に実現するという点においてデイジタルフイルタ
リング機能から当該装置のコヒーレント伝達機能に変換
されたことになる。フイルタリング技術は当該レンズシ
ステムの開口数（空間周波数帯域幅）及び視野（実際の
フイルタの長さを制限する）にだけ影響を受ける。この
技術は1990年12月発行、第160 巻、第３部、「ヘテロダ
イン干渉計及びデジタルフイルタリングを介した共焦顕
微鏡の一般化」、２４５〜２６４頁に記述されており、
この技術の教示を当該明細書において参考にする。
【０１０１】図１２に示す好適なリンクリツク干渉計の
構造及び動作は1984年10月発行、応用物理学第45巻、第
８号、「位相応答走査光学顕微鏡」、846 〜848 頁に記
述されている位相応答走査光学顕微鏡の構造及び動作と
同様であり、走査光学顕微鏡の設計において参考とな
る。
構造及び動作は1984年10月発行、応用物理学第45巻、第
８号、「位相応答走査光学顕微鏡」、846 〜848 頁に記
述されている位相応答走査光学顕微鏡の構造及び動作と
同様であり、走査光学顕微鏡の設計において参考とな
る。
【０１０２】顕微鏡検査法及びインタフエロ検査法にお
いて用いられることに加えて、高ＮＡレンズシステム
は、トレンチ及びバイアスの近くのウエハのバルク及び
ウエハの頂部表面上に成長された（すなわち堆積され
た）薄膜内の応力誘導複屈折の測定を含む種々の偏光測
定を実行する際に用いられる。また異方性特徴からスキ
ヤツタされるためにＧａＡｓ及び他の第３／第５族化合
物における空間的に解像されたエリプリメトリ、電子光
学効果及び減極は高ＮＡレンズシステムを用いて偏光を
測定することによつて決定される。
いて用いられることに加えて、高ＮＡレンズシステム
は、トレンチ及びバイアスの近くのウエハのバルク及び
ウエハの頂部表面上に成長された（すなわち堆積され
た）薄膜内の応力誘導複屈折の測定を含む種々の偏光測
定を実行する際に用いられる。また異方性特徴からスキ
ヤツタされるためにＧａＡｓ及び他の第３／第５族化合
物における空間的に解像されたエリプリメトリ、電子光
学効果及び減極は高ＮＡレンズシステムを用いて偏光を
測定することによつて決定される。
【０１０３】一般的に、この測定はかなり偏光した入射
光波をもつ上述の結像装置すなわち干渉計を用いてなさ
れ、アナライザを介して反射した光波すなわち伝送され
た光波を通りその後に検出される。
光波をもつ上述の結像装置すなわち干渉計を用いてなさ
れ、アナライザを介して反射した光波すなわち伝送され
た光波を通りその後に検出される。
【０１０４】図１３は偏光測定を実行するために修正さ
れた図７の上述した結像顕微鏡の側面図である。図１３
並びに図５、図６、図７及び図８間の唯一の相違点はレ
ンズ３１８及びビームスプリツタ３２０間に偏光器４７
０を設けかつビームスプリツタ３２０及び光検出器アレ
イ３１４間にアナライザ４７２を設けてあることであ
る。
れた図７の上述した結像顕微鏡の側面図である。図１３
並びに図５、図６、図７及び図８間の唯一の相違点はレ
ンズ３１８及びビームスプリツタ３２０間に偏光器４７
０を設けかつビームスプリツタ３２０及び光検出器アレ
イ３１４間にアナライザ４７２を設けてあることであ
る。
【０１０５】50〔nm〕のギヤツプを介する光の伝送はそ
の偏光に多少依存するので、全視野を覆うような背後照
射を完全に阻止することはできない。かくして光検出器
アレイ３１４によつて検出された像は不必要な像を含
む。しかしながら、この不必要な像は焦点がかなり外れ
た平面（例えばレンズ及びウエハの境界面）から生ず
る。従つてこの不必要な像は比較的ゆつくりと当該領域
上を変化しさらに小さい焦点ぼけに影響を受けない。焦
点ぼけは各平面波構成部分に対する異なる位相シフトに
対応するが、相対的な強度にはほとんど変化はない。か
くしてレンズ及びウエハの境界面から生ずる偏光信号は
焦点ぼけについてそれほど急速には変化しない。
の偏光に多少依存するので、全視野を覆うような背後照
射を完全に阻止することはできない。かくして光検出器
アレイ３１４によつて検出された像は不必要な像を含
む。しかしながら、この不必要な像は焦点がかなり外れ
た平面（例えばレンズ及びウエハの境界面）から生ず
る。従つてこの不必要な像は比較的ゆつくりと当該領域
上を変化しさらに小さい焦点ぼけに影響を受けない。焦
点ぼけは各平面波構成部分に対する異なる位相シフトに
対応するが、相対的な強度にはほとんど変化はない。か
くしてレンズ及びウエハの境界面から生ずる偏光信号は
焦点ぼけについてそれほど急速には変化しない。
【０１０６】しかしながら強度を集中すべきなのは当該
ウエハの比較的小さい領域である。従つて第１の像が強
度誘導複屈折を含む焦点平面において結像されかつ第２
の像が第１の像より多少焦点ぼけして結像された場合、
バツクグラウンド信号は第１の像から第２の像を減ずる
ことによつて大分部取り消される。
ウエハの比較的小さい領域である。従つて第１の像が強
度誘導複屈折を含む焦点平面において結像されかつ第２
の像が第１の像より多少焦点ぼけして結像された場合、
バツクグラウンド信号は第１の像から第２の像を減ずる
ことによつて大分部取り消される。
【０１０７】電圧依存効果はＡＣ電圧を用いて測定され
従来のフイルタリング技術による大規模なＤＣバツクグ
ラウンド信号から分離される。従つて、第３／第５族化
合物の電子光学効果の観察はレンズ及びウエハの境界面
において生ずる偏光シフトによつて妨げられない。
従来のフイルタリング技術による大規模なＤＣバツクグ
ラウンド信号から分離される。従つて、第３／第５族化
合物の電子光学効果の観察はレンズ及びウエハの境界面
において生ずる偏光シフトによつて妨げられない。
【０１０８】図１４は偏光を測定するように構成された
ホモダインリンクニツク干渉計の側面図である。この構
成において、レーザ４１０からの光は偏光器４７０を通
過してビームスプリツタ４８０に向かう。ビームスプリ
ツタ４８０は当該光をほぼ等しい２つの成分に分け、１
つはサンプルウエハ１１０に結合する可変焦点レンズ３
１２に向かい、他の１つはミラー４６４に向かいその後
基準ウエハ１１０Ａに結合する可変焦点レンズ３１２Ａ
に向かう。サンプルウエハ１１０から反射した光の半分
はビームスプリツタ４８０を通過してアナライザ４７２
を通つて光検出器４２０に向かう。サンプルウエハから
反射した残りの光はビームスプリツタ４８０により偏向
されてアナライザ４７２を介して光検出器４２０のほぼ
同じ地点に向かう。
ホモダインリンクニツク干渉計の側面図である。この構
成において、レーザ４１０からの光は偏光器４７０を通
過してビームスプリツタ４８０に向かう。ビームスプリ
ツタ４８０は当該光をほぼ等しい２つの成分に分け、１
つはサンプルウエハ１１０に結合する可変焦点レンズ３
１２に向かい、他の１つはミラー４６４に向かいその後
基準ウエハ１１０Ａに結合する可変焦点レンズ３１２Ａ
に向かう。サンプルウエハ１１０から反射した光の半分
はビームスプリツタ４８０を通過してアナライザ４７２
を通つて光検出器４２０に向かう。サンプルウエハから
反射した残りの光はビームスプリツタ４８０により偏向
されてアナライザ４７２を介して光検出器４２０のほぼ
同じ地点に向かう。
【０１０９】またアナライザ４７２が除去されてビーム
スプリツタ４８０及びミラー４６４間に配設されたアナ
ライザ４７４に置き換えても良い。このアナライザ４７
４は基準ビームだけについて動作する。しかしながら分
析された基準ビームが反射したサンプルビームと結合さ
れるとき、通常の偏光構成要素は例えば異なる周波数に
よりビームを裁断することによつて取り消すことがで
き、合計差周波数において生ずる信号はレンズ及びウエ
ハの各境界面における偏光の相違がプラスであるサンプ
ルウエハによつて生ずる偏光効果の測定の結果である。
スプリツタ４８０及びミラー４６４間に配設されたアナ
ライザ４７４に置き換えても良い。このアナライザ４７
４は基準ビームだけについて動作する。しかしながら分
析された基準ビームが反射したサンプルビームと結合さ
れるとき、通常の偏光構成要素は例えば異なる周波数に
よりビームを裁断することによつて取り消すことがで
き、合計差周波数において生ずる信号はレンズ及びウエ
ハの各境界面における偏光の相違がプラスであるサンプ
ルウエハによつて生ずる偏光効果の測定の結果である。
【０１１０】また高ＮＡレンズシステムは分光測定をす
る際に有用である。この測定を実行する２つのシステム
については後述する。図１５はラマン分光処理を実行す
るための好適な装置を示し、図１６は吸収分光処理を実
行するための好適な装置を示す。
る際に有用である。この測定を実行する２つのシステム
については後述する。図１５はラマン分光処理を実行す
るための好適な装置を示し、図１６は吸収分光処理を実
行するための好適な装置を示す。
【０１１１】ラマン分光装置は材料の強度、バルクシリ
コンすなわち表面上の汚染材料を検出するか又はトレン
チ内の残留処理流体を検出する際に用いられる。ラマン
分光処理は直線効果があるが、これは波長をシフトする
必要があるので空間的に解像された３次元モードにより
なされる。
コンすなわち表面上の汚染材料を検出するか又はトレン
チ内の残留処理流体を検出する際に用いられる。ラマン
分光処理は直線効果があるが、これは波長をシフトする
必要があるので空間的に解像された３次元モードにより
なされる。
【０１１２】図１５はラマン分光処理を実行するときに
用いる際に適した好適な装置である。レーザ４１０は、
それがシリコンウエハにおいて伝播ビームになるように
臨界角以下の角度でウエハ１１０を照射するように構成
される。例えば当該ビームがトレンチ１１４のうちの１
つに残留処理流体を遭遇させるとき、流体のラマンスペ
クトルが発生される。周知のように、このスペクトルは
照射ビームに対して90°の角度が最適な視界である。従
つて可変焦点レンズ３１２、ピンホール４１８及び分光
計４８０は、空間に反射したレーザビームに対して90°
のスキヤツタされた光の成分が当該分光計に移動するよ
うに発光体に対して配列される。
用いる際に適した好適な装置である。レーザ４１０は、
それがシリコンウエハにおいて伝播ビームになるように
臨界角以下の角度でウエハ１１０を照射するように構成
される。例えば当該ビームがトレンチ１１４のうちの１
つに残留処理流体を遭遇させるとき、流体のラマンスペ
クトルが発生される。周知のように、このスペクトルは
照射ビームに対して90°の角度が最適な視界である。従
つて可変焦点レンズ３１２、ピンホール４１８及び分光
計４８０は、空間に反射したレーザビームに対して90°
のスキヤツタされた光の成分が当該分光計に移動するよ
うに発光体に対して配列される。
【０１１３】ラマン分光計の考えられる２つの構成を図
１５に示す。第１の好適な構成においては、照射はレー
ザ４１０及びミラー３２０によつて与えられる。ビーム
は可変焦点レンズ３１２を通過してウエハ１１０に向か
う。当該ビームはトレンチ内の流体により鏡のように反
射する。鏡のように反射した光に対して90°の角度であ
る光線は可変焦点レンズ３１２を通つて伝播ビーム４８
４になる。このビームはピンホール４１８を通過して分
光計に向かう。
１５に示す。第１の好適な構成においては、照射はレー
ザ４１０及びミラー３２０によつて与えられる。ビーム
は可変焦点レンズ３１２を通過してウエハ１１０に向か
う。当該ビームはトレンチ内の流体により鏡のように反
射する。鏡のように反射した光に対して90°の角度であ
る光線は可変焦点レンズ３１２を通つて伝播ビーム４８
４になる。このビームはピンホール４１８を通過して分
光計に向かう。
【０１１４】第２の好適な実施例において、レーザ４１
０Ａからのビームがプリズム４８２を介してウエハに結
合される。このビームはトレンチ１１４Ａ内の流体によ
り鏡のように反射して伝播ビーム４８４Ａを発生する。
分光計４８０及びピンホール４１８は望ましくは図示の
位置から右側に移動してビーム４８４Ａを検出する。
０Ａからのビームがプリズム４８２を介してウエハに結
合される。このビームはトレンチ１１４Ａ内の流体によ
り鏡のように反射して伝播ビーム４８４Ａを発生する。
分光計４８０及びピンホール４１８は望ましくは図示の
位置から右側に移動してビーム４８４Ａを検出する。
【０１１５】高ＮＡレンズ１１２によりトレンチを照射
することによつて発生された光がウエハ１１０の裏面を
介して伝播することができる。レンズ１１２がなくても
ラマンラインを含む光の要素は当該ウエハ１１０によつ
て全く内部に反射され得る。
することによつて発生された光がウエハ１１０の裏面を
介して伝播することができる。レンズ１１２がなくても
ラマンラインを含む光の要素は当該ウエハ１１０によつ
て全く内部に反射され得る。
【０１１６】図１６は高い開口数ＮＡのレンズ１１２を
組み合わせた好適な吸収分光計の側面図である。図１６
に示す装置において、周波数ｆ0 の光源４９２を有する
赤外線光は周波数ｆm の変調器４９４を有する正弦波の
被変調振幅である。光源４９２からの光はウエハ１１０
を正面側から均一に照射するように構成されている。図
８に示すような共焦顕微鏡が当該ウエハ１１０の裏面に
結合される。レーザ４１０の周波数ｆ1 は周波数ｆ0と
はかなり異なるように選択される。最後にフイルタ４９
０がピンホール４１８及び光検出器４２０間に配置され
る。フイルタ４９０は周波数ｆ0 に近い周波数を有する
光をほとんど除去すると共に周波数ｆ1 に近い周波数を
有する光を通過させる。
組み合わせた好適な吸収分光計の側面図である。図１６
に示す装置において、周波数ｆ0 の光源４９２を有する
赤外線光は周波数ｆm の変調器４９４を有する正弦波の
被変調振幅である。光源４９２からの光はウエハ１１０
を正面側から均一に照射するように構成されている。図
８に示すような共焦顕微鏡が当該ウエハ１１０の裏面に
結合される。レーザ４１０の周波数ｆ1 は周波数ｆ0と
はかなり異なるように選択される。最後にフイルタ４９
０がピンホール４１８及び光検出器４２０間に配置され
る。フイルタ４９０は周波数ｆ0 に近い周波数を有する
光をほとんど除去すると共に周波数ｆ1 に近い周波数を
有する光を通過させる。
【０１１７】動作時、ドープされたシリコンの領域４９
６が光源４９２及びレーザ４１０の両方によつて照射さ
れたとき、非直線吸収効果により当該レーザの光が信号
ｆm により変調される。ウエハ１１０の裏面を覆うレン
ズシステム３１２を走査し（レンズシステム３１２の下
にページを横切るようにかつページからはみ出すように
ウエハを移動させることによつて）かつその最小点から
最大点にレンズ３１２の焦点を移動させることによつ
て、すべての非直線吸収効果を示す３次元マツプが生成
される。
６が光源４９２及びレーザ４１０の両方によつて照射さ
れたとき、非直線吸収効果により当該レーザの光が信号
ｆm により変調される。ウエハ１１０の裏面を覆うレン
ズシステム３１２を走査し（レンズシステム３１２の下
にページを横切るようにかつページからはみ出すように
ウエハを移動させることによつて）かつその最小点から
最大点にレンズ３１２の焦点を移動させることによつ
て、すべての非直線吸収効果を示す３次元マツプが生成
される。
【０１１８】これまで述べてきたことは、高い開口数Ｎ
Ａのレンズ１１２を用いて製造できる可変光学装置に焦
点を当ててきた。図１７は種々の処理ステツプ中にウエ
ハを保持するように通常用いられるような従来のウエハ
チヤツクにレンズシステム３１２をいかに組み合わせる
かを示す平面図であり、図１８は図１７を線Ｘ〜Ｘにお
いて破断して示す断面図である。
Ａのレンズ１１２を用いて製造できる可変光学装置に焦
点を当ててきた。図１７は種々の処理ステツプ中にウエ
ハを保持するように通常用いられるような従来のウエハ
チヤツクにレンズシステム３１２をいかに組み合わせる
かを示す平面図であり、図１８は図１７を線Ｘ〜Ｘにお
いて破断して示す断面図である。
【０１１９】ウエハチヤツク５１０は、それが中央に開
けられていると言う点において現在のチヤツクとは異な
る。中央開口部はウエハ１１０の裏面上に露出領域を与
える。当該ウエハがチヤツク上に実装されるとき、ウエ
ハ及びチヤツクはレンズ組立体３１２に対して相対的に
移動することにより上述の装置を操作する。また、例え
ば反応イオンエツチング処理中、ウエハを固定した位置
に維持しなければならないとき、エツチングされたトレ
ンチの深さを判定するために顕微鏡が必要となり、レン
ズ組立体をこの開口内部のウエハの下方周辺に移動させ
る。
けられていると言う点において現在のチヤツクとは異な
る。中央開口部はウエハ１１０の裏面上に露出領域を与
える。当該ウエハがチヤツク上に実装されるとき、ウエ
ハ及びチヤツクはレンズ組立体３１２に対して相対的に
移動することにより上述の装置を操作する。また、例え
ば反応イオンエツチング処理中、ウエハを固定した位置
に維持しなければならないとき、エツチングされたトレ
ンチの深さを判定するために顕微鏡が必要となり、レン
ズ組立体をこの開口内部のウエハの下方周辺に移動させ
る。
【０１２０】静電ウエハチヤツクの実施に関する詳細に
ついては、1973年10月発行、第44巻、第10号、「電子ビ
ームマイクロ製造のための静電ウエハチヤツク」、1506
〜1509頁に記載されており、静電ウエハチヤツクに関す
る教示を当該明細書において参考とする。
ついては、1973年10月発行、第44巻、第10号、「電子ビ
ームマイクロ製造のための静電ウエハチヤツク」、1506
〜1509頁に記載されており、静電ウエハチヤツクに関す
る教示を当該明細書において参考とする。
【０１２１】簡略して述べると、静電ウエハはウエハの
異なる部分に異なる極性の静電位を適用することによつ
てウエハを適切な位置に維持する。この例においては、
電位の１つはウエハ１１０及びチヤツクの本体５１０間
の境界面を介して適用される。他の電位は挿入部５１４
を介してチヤツク本体に適用される。静電位はチヤツク
本体周辺の種々の地点においてチヤツク本体５１０を介
して延びるように接続部５１６により挿入部５１４に供
給される。接続部５１６はチヤツクの裏側の電極５１５
に挿入部５１４を接合する。
異なる部分に異なる極性の静電位を適用することによつ
てウエハを適切な位置に維持する。この例においては、
電位の１つはウエハ１１０及びチヤツクの本体５１０間
の境界面を介して適用される。他の電位は挿入部５１４
を介してチヤツク本体に適用される。静電位はチヤツク
本体周辺の種々の地点においてチヤツク本体５１０を介
して延びるように接続部５１６により挿入部５１４に供
給される。接続部５１６はチヤツクの裏側の電極５１５
に挿入部５１４を接合する。
【０１２２】好適な光学装置は光学結合材料を用いるこ
とにより高ＮＡレンズ１１２をウエハ１１０の裏面に結
合するが、他のいかなる方法（すなわち直接コンタク
ト、軟インデツクス整合固体すなわち空気支持手段）を
用いても光学材料の代わりに上述の図３〜図６のような
材料を用いて当該レンズをウエハに結合することができ
る。
とにより高ＮＡレンズ１１２をウエハ１１０の裏面に結
合するが、他のいかなる方法（すなわち直接コンタク
ト、軟インデツクス整合固体すなわち空気支持手段）を
用いても光学材料の代わりに上述の図３〜図６のような
材料を用いて当該レンズをウエハに結合することができ
る。
【０１２３】上述においては、レンズ１１２を半球平凸
レンズとして述べたが、他の整形されたレンズを用いて
もよい。例えば半球よりわずかに小さいレンズは、それ
がウエハ１１０の裏面近くにだけレンズ１１２の焦点を
置くので、ある装置に対しては特に有利である。
レンズとして述べたが、他の整形されたレンズを用いて
もよい。例えば半球よりわずかに小さいレンズは、それ
がウエハ１１０の裏面近くにだけレンズ１１２の焦点を
置くので、ある装置に対しては特に有利である。
【０１２４】上述の通り本発明をその最適な実施例に基
づいて特定的に図示、説明したが、本発明の精神及び範
囲から脱することなく形式及び詳細構成の双方について
種々の変更を加えてもよい。
づいて特定的に図示、説明したが、本発明の精神及び範
囲から脱することなく形式及び詳細構成の双方について
種々の変更を加えてもよい。
【０１２５】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、検査対象
の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する光学的整合手段
を、臨界角以上の入射角度を有する光学的結合手段を介
して検査対象の表面に結合するようにしたことにより、
検査対象の内部の微細な特徴を簡易かつ確実に検査する
ことができる。
の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する光学的整合手段
を、臨界角以上の入射角度を有する光学的結合手段を介
して検査対象の表面に結合するようにしたことにより、
検査対象の内部の微細な特徴を簡易かつ確実に検査する
ことができる。
【図１】図１は本発明による計測装置を示す側面図であ
る。
る。
【図２】図２は本発明による計測装置を示す側面図であ
る。
る。
【図３】図３は図２に示す装置の他の実施例を示す側面
図である。
図である。
【図４】図４は図２に示す装置の他の実施例を示す側面
図である。
図である。
【図５】図５は図２に示す装置の他の実施例を示す側面
図である。
図である。
【図６】図６は図２に示す装置の他の実施例を示す側面
図である。
図である。
【図７】図７は図２に示す装置を含む赤外線顕微鏡を示
す側面図である。
す側面図である。
【図８】図８は図２に示す装置を基礎にする光学装置の
一部をブロツク図として示す側面図である。
一部をブロツク図として示す側面図である。
【図９】図９は図２に示す装置を基礎にする光学装置の
一部をブロツク図として示す側面図である。
一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１０】図１０は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１１】図１１は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１２】図１２は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１３】図１３は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１４】図１４は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１５】図１５は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１６】図１６は図２に示す装置を基礎にする光学装
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
置の一部をブロツク図として示す側面図である。
【図１７】図１７は図１〜図１６に示す光学装置を用い
た好適な構成を示す半導体ウエハ及びウエハチヤツクを
示す平面図である。
た好適な構成を示す半導体ウエハ及びウエハチヤツクを
示す平面図である。
【図１８】図１８は図１〜図１６に示す光学装置を用い
た好適な構成を示す半導体ウエハ及びウエハチヤツクを
示す断面図である。
た好適な構成を示す半導体ウエハ及びウエハチヤツクを
示す断面図である。
１１０、１１０Ａ……シリコンウエハ、１１２、１１２
Ａ……対物レンズ、１１４、１１４Ａ……トレンチ、１
１８、１２０、４５８……光線、１１９、４８２……プ
リズム、１２１、１３０……シリコンプリズム、１３
２、３１６、４９２……光源、１３４……レンズ、１３
６、１３８、１４０、４２０、４５４……赤外線検出
器、２１４、２１４Ａ……光学結合流体層、２１８……
絞り、２２０……ノズル、２２２……パス、３１０……
複合レンズ、３１２、３１２Ａ……可変焦点レンズ、３
１８……コリメータレンズ、３２０、４８０……ビーム
スプリツタ、４１０、４１０Ａ……レーザ、４１８……
ピンホール、４３２、４３４……ナイフエツジ、４４０
……透過ひとみマスク、４４２……受像ひとみマスク、
４５６……誘電体薄膜、４６０……音響光学（ＡＯ）セ
ル、４６２、４６４……ミラー、４７０……偏光器、４
７２、４７４……アナライザ、４８４、４８４Ａ……伝
播ビーム、４９０……フイルタ、４９６……ドープされ
た領域、５１０……ウエハチヤツク、５１４……挿入
部、５１５……電極、５１６……接続部。
Ａ……対物レンズ、１１４、１１４Ａ……トレンチ、１
１８、１２０、４５８……光線、１１９、４８２……プ
リズム、１２１、１３０……シリコンプリズム、１３
２、３１６、４９２……光源、１３４……レンズ、１３
６、１３８、１４０、４２０、４５４……赤外線検出
器、２１４、２１４Ａ……光学結合流体層、２１８……
絞り、２２０……ノズル、２２２……パス、３１０……
複合レンズ、３１２、３１２Ａ……可変焦点レンズ、３
１８……コリメータレンズ、３２０、４８０……ビーム
スプリツタ、４１０、４１０Ａ……レーザ、４１８……
ピンホール、４３２、４３４……ナイフエツジ、４４０
……透過ひとみマスク、４４２……受像ひとみマスク、
４５６……誘電体薄膜、４６０……音響光学（ＡＯ）セ
ル、４６２、４６４……ミラー、４７０……偏光器、４
７２、４７４……アナライザ、４８４、４８４Ａ……伝
播ビーム、４９０……フイルタ、４９６……ドープされ
た領域、５１０……ウエハチヤツク、５１４……挿入
部、５１５……電極、５１６……接続部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フイリツプ・チヤールーズ・ダンビイ・ホ ツブズ アメリカ合衆国、ニユーヨーク州10510、 ブリアクリフ・マノー、オーチヤード・ロ ード 55番地 (72)発明者 マツク・アラン・タウベンブラツト アメリカ合衆国、ニユーヨーク州10570、 プレザントビル、リランド・アベニユー 67番地
Claims (26)
- 【請求項１】平滑な表面を有しかつ単位屈折率以上の屈
折率を有する対象物の内部検査において、 検査される対象物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有しか
つ対象物の平滑な表面に整合するように作られた面を有
する材料から構成される光学装置と、 平滑な表面に対して定義された臨界角以上の入射角度を
有する対象物内部からの光線が上記光学装置内に伝播で
きるように上記光学装置を上記対象物の平滑な表面に結
合する光学装置に結合した光学結合手段とを具えること
を特徴とする光学的内部検査援助装置。 - 【請求項２】上記光学装置はプリズムであることを特徴
とする請求項１に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項３】上記光学装置は平凸レンズであることを特
徴とする請求項１に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項４】上記光学結合手段は対象物及び光学装置の
屈折率とほぼ等しくかつ対象物を容易に変形できるよう
な屈折率を有する固体材料を含むことを特徴とする請求
項１に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項５】上記光学結合手段は少なくとも１つの対象
物及び上記光学装置の屈折率とはかなり異なる屈折率を
有する光学結合材料を含み、上記対象物から上記光学装
置に伝播する光の少なくとも一部分が減衰光波であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学的内部検査援助装
置。 - 【請求項６】上記光学結合手段は、光が上記対象物から
上記光学装置に減衰光波として伝播することができるよ
うに上記光学装置を上記対象物の平滑な表面に十分密接
に配設する空気支持手段を含むことを特徴とする請求項
１に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項７】上記光学装置は調整できる焦点距離を有す
るレンズシステムを含み、上記レンズシステムは、 上記光学結合手段に結合した平凸レンズと、 上記光学装置の焦点距離を変更する上記平凸レンズを調
整できるように構成されたレンズ手段とを含むことを特
徴とする請求項１に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項８】半導体ウエハの内部検査援助装置におい
て、上記半導体ウエハは表面及び裏面を有しかつ予め決
まつた周波数帯域における光に対して単位屈折率以上の
屈折率を有し、上記内部検査装置は、 半導体ウエハの屈折率とほぼ等しい屈折率を有しかつフ
ラツトな面を有する材料から構成される光学装置と、 半導体ウエハの裏面に対して定義された臨界角以上の入
射角度を有する対象物内部からの光線が上記光学装置内
に伝播できるように上記光学装置のフラツト面を上記半
導体ウエハの裏面に結合する光学結合手段とを具えるこ
とを特徴とする光学的内部検査援助装置。 - 【請求項９】上記光学装置はプリズムであることを特徴
とする請求項８に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項１０】上記光学装置は平凸レンズであることを
特徴とする請求項８に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項１１】上記光学結合手段は上記対象物及び上記
光学装置の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する容易に変
形できる固体材料を含むことを特徴とする請求項８に記
載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項１２】上記光学結合手段は少なくとも１つの対
象物及び光学装置の屈折率とはかなり異なる屈折率を有
する光学結合材料を含み、上記対象物から光学装置に伝
播する光の少なくとも一部分が減衰光波であることを特
徴とする請求項８に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項１３】上記光学結合手段は光が減衰光波として
上記対象物から上記光学装置に伝播することができるよ
うに上記光学装置を平滑な対象物の表面に十分密接に配
設する空気支持手段を含むことを特徴とする請求項８に
記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項１４】上記光学装置は調整できる焦点距離を有
するレンズシステムであり、上記レンズシステムは光学
結合手段に結合した平凸レンズと、 上記光学装置の焦点距離を変更する平凸レンズを調整で
きるように構成されたレンズ手段とを含むことを特徴と
する請求項８に記載の光学的内部検査援助装置。 - 【請求項１５】特徴をもつ表面及びほとんど特徴をもた
ない裏面を有しかつ単位屈折率以上の屈折率を有する半
導体ウエハを検査する際に有用な高い開口数をもつ顕微
鏡において、上記顕微鏡は、 半導体ウエハの屈折率とほぼ等しい屈折率を有する平凸
レンズと、 上記平凸レンズを上記半導体ウエハの裏面に光学的に結
合する手段と、 光エネルギーをウエハの裏側から供給し、当該供給され
た光エネルギーの一部分をウエハの表面上の特徴によつ
て反射させる照射手段と、 上記反射した光に応動して、上記平凸レンズを介して上
記ウエハの表面上に上記特徴をもつ像を形成する結像手
段とを具えることを特徴とする高開口数顕微鏡。 - 【請求項１６】上記照射手段は上記平凸レンズを介して
半導体ウエハを照射するように構成された点光源を含む
照射機能を有し、 上記結像手段は、 上記ウエハの表面上の上記特徴から反射した光の焦点が
合つた像を形成する手段と、 点光源の反射像に対応する光だけを光検出器に通す手段
とを含み、 上記顕微鏡はさらに、光検出器の出力部において信号を
増大させるようにウエハに対して顕微鏡を操作し、上記
ウエハ表面の少なくとも一部分の走査された像を表示す
る走査手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載の
高開口数顕微鏡。 - 【請求項１７】上記平凸レンズ及び上記結像手段は上記
顕微鏡の結像機能を有し、 上記照射手段は、 予め決められた透過ひとみ機能に従つて光を上記レンズ
を介して上記ウエハの裏面に供給する手段と、 上記透過ひとみ機能の構成部分を除外することによつて
上記透過ひとみ機能を修正するように構成された第１の
空間フイルタと、 を含み、 上記結像手段は受像ひとみ機能に対応する像成分を除外
するように構成された第２の空間フイルタを含むことを
特徴とする請求項１５に記載の高開口顕微鏡。 - 【請求項１８】特徴をもつ表面及びほとんど特徴をもた
ない裏面を有しかつ単位屈折率以上の屈折率を有する半
導体ウエハを検査する際に有用な高い開口数をもつ顕微
鏡において、上記顕微鏡は、 上記半導体ウエハの屈折率とほぼ等しい屈折率を有する
平凸レンズと、 上記平凸レンズを上記半導体ウエハの裏面に光学的に結
合する手段と、 光エネルギーを上記平凸レンズを介して上記ウエハに供
給し、上記供給された光エネルギーのほとんどすべてを
上記半導体ウエハに完全に内部に反射する照射手段と、 上記半導体ウエハの表面の外側に配設され、上記半導体
ウエハの表面上の上記特徴によつて光エネルギーを伝播
するように変換された光エネルギーに応動して、上記半
導体ウエハの表面上に上記特徴をもつ暗視野像を発生す
る結像手段とを具えることを特徴とする高開口顕微鏡。 - 【請求項１９】特徴をもつ表面及びほとんど特徴をもた
ない裏面を有しかつ単位屈折率以上の屈折率を有するサ
ンプル半導体ウエハを検査する際に有用な干渉計におい
て、上記干渉計は、 ほとんど特徴をもたない表面及び裏面を有する基準半導
体ウエハと、 上記半導体ウエハの屈折率とほぼ等しい屈折率を有する
第１及び第２の平凸レンズと、 上記第１の平凸レンズを上記サンプル半導体ウエハの裏
面に光学的に結合する手段と、 上記第２の平凸レンズを上記基準半導体ウエハの裏面に
光学的に結合する手段と、 実質的にコヒーレントで単色の光エネルギーを発生する
照射手段と、 上記照射手段によつて発生された光エネルギーを受ける
ように構成され、上記第１の平凸レンズを介して光エネ
ルギーの第１部分をサンプルウエハに供給しかつ上記第
２の平凸レンズを介して光エネルギーの第２部分を基準
ウエハに適用するビームスプリツタ手段と、 上記サンプル半導体ウエハから反射した光を上記基準半
導体ウエハから反射した光と結合することにより、上記
サンプル半導体ウエハの表面上に上記特徴を表す干渉パ
ターンを生成する結像手段とを具えることを特徴とする
干渉計。 - 【請求項２０】上記ビームスプリツタ手段は、制御信号
に応動して受けた光エネルギーの第１部分を上記第１の
平凸レンズを介して上記サンプルウエハ上に偏向すると
共に、偏向しない上記第２部分を上記第２の平凸レンズ
を介して上記基準ウエハに通過させる音響光学セルを含
み、 上記干渉計はさらに、上記制御信号をそれぞれ異なる周
波数で発生することにより上記受けた光エネルギーの第
１部分を上記第１の平凸レンズを介して上記サンプルウ
エハ上のそれぞれ異なる位置に偏向する手段を含むこと
を特徴とする請求項１９に記載の干渉計。 - 【請求項２１】平坦な裏面を有しかつ単位屈折率以上の
屈折率を有するサンプル半導体ウエハを検査する際に有
用なラマン分光計において、上記ラマン分光計は、 上記半導体ウエハの屈折率とほぼ等しい屈折率を有する
平凸レンズと、 上記平凸レンズを上記サンプル半導体ウエハの裏面に光
学的に結合する手段と、 ほぼコヒーレントで単色の光エネルギーを発生しかつ上
記光エネルギーを平凸レンズに対して予め決められた入
射角度及び予め決められた位置において上記半導体ウエ
ハ内に結合し、上記半導体ウエハ内において鏡のように
反射した光波に対してほぼ90°の角度で反射した光線が
上記光学結合手段及び平凸レンズを介して結合される照
射手段と、 平凸レンズによつて与えられた半導体ウエハ内の入射光
波に対して90°に反射した光線を通過させると共に、上
記平凸レンズによつて与えられた他の光線を上記平凸レ
ンズによつて相対的に除外する空間フイルタリング手段
と、 上記空間フイルタリング手段を通過した光線からラマン
スペクトル写真を生成する分光計手段とを具えることを
特徴とするラマン分光計。 - 【請求項２２】平坦な裏面を有しかつ単位屈折率以上の
屈折率を有するサンプル半導体ウエハを検査する際に有
用な吸収分光計において、上記吸収分光計は、 上記半導体ウエハの屈折率とほぼ等しい屈折率を有する
平凸レンズと、 上記平凸レンズを上記半導体ウエハの裏面に光学的に結
合する手段と、 ほぼ単色の光信号を発生しかつ実質上上記単色光信号の
周波数以下の周波数である変調信号により上記単色光信
号を変調しかつ上記光信号により上記半導体ウエハを照
射する第１の照射手段と、 実質上単色でコヒーレントの他の光信号を発生する第２
照射手段と、 上記他の光信号を上記平凸レンズを介して上記半導体ウ
のエハ内に結合する手段と、 上記半導体ウエハ内の上記他の光信号の焦点を変更する
手段と、 上記半導体ウエハ内の上記他の光信号の焦点において上
記他の光信号の像を検出する結像手段と、 上記変調信号により変調を検出することによつて上記第
１の照射手段により与えられた光信号の吸収及び上記結
像手段によつて形成された像内の他の光信号の吸収を検
出する手段とを具えることを特徴とする吸収分光計。 - 【請求項２３】平坦な表面を有しかつ単位屈折率以上の
屈折率を有する対象物の内部の像を現像する方法におい
て、 （Ａ）平坦な表面及び対象物の平坦な表面に対する対象
物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する光学装置を光学
的に結合し、上記対象物の平坦な表面に対する入射角度
が臨界角以上である対象物を上記光学装置を介して結合
するステツプと、 （Ｂ）上記対象物を照射するステツプと、 （Ｃ）上記対象物の内部から伝播しかつ上記光学装置を
介して伝播する光線を用いて上記対象物の内部の像を生
成するステツプと を具えることを特徴とする像現像方法。 - 【請求項２４】上記光学装置結合ステツプ（Ａ）は、 上記対象物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する容易に
変形できる固体材料を上記レンズの平坦な表面に適用す
るステツプと、 上記対象物の平坦な表面に対して上記レンズの平坦な表
面をプレスするステツプとを具えることを特徴とする請
求項２３に記載の像現像方法。 - 【請求項２５】上記光学装置結合ステツプ（Ａ）は、 ギヤツプのある上記レンズ及び上記対象物間において、
上記レンズの平坦な表面を上記対象物の平坦な表面に密
接に近接するように配設するステツプと、 上記ギヤツプを上記対象物又は上記レンズの屈折率をか
なり下回る屈折率を有する光学結合材料により充填する
ステツプとを含み、 上記レンズ及び上記対象物間のギヤツプは上記対象物及
び上記レンズ間を分離し、上記流体及び上記レンズ間の
境界面に対して定義された入射角以上の入射角を光学結
合流体内に有する光は挫折したすべての内部反射によつ
て上記レンズ内に伝播することができることを特徴とす
る請求項２３に記載の像現像方法。 - 【請求項２６】上記平凸レンズは平坦な表面を有しかつ
上記レンズの円周の周辺にダクトを有するベアリング組
立体を含むことにより上記ダクトの入口を通じて供給さ
れた流体を上記ベアリング組立体の平坦な表面上に存在
するダクトを介して上記組立体上に向けるようになされ
ており、上記光学装置結合ステツプ（Ａ）は、 上記ベアリング組立体の平坦な表面を上記対象物の平坦
な表面に密接に近接するように配置するステツプと、 上記レンズ又は上記対象物の屈折率をかなり下回る屈折
率を有する加圧流体を上記ダクト入口に供給するステツ
プと、 圧力を上記レンズの曲面に与えることにより予め決めら
れた上記対象物の平坦な表面の距離内に上記ベアリング
組立体の平坦な表面を維持するようになされており、減
衰光線が上記対象物及び上記レンズのベアリング組立体
間の上記予め決められた距離を横切つて伝播することを
特徴とする請求項２３に記載の像現像方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/667773 | 1991-03-11 | ||
| US07/667,773 US5208648A (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Apparatus and a method for high numerical aperture microscopic examination of materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157701A true JPH05157701A (ja) | 1993-06-25 |
| JPH0718806B2 JPH0718806B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=24679576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4024852A Expired - Lifetime JPH0718806B2 (ja) | 1991-03-11 | 1992-01-14 | 光学的内部検査援助装置及びその方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5208648A (ja) |
| EP (1) | EP0503236A2 (ja) |
| JP (1) | JPH0718806B2 (ja) |
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| WO2005083490A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡及び試料観察方法 |
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| KR100711923B1 (ko) * | 2005-12-21 | 2007-04-27 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 보이드 검출 방법 |
| US7221502B2 (en) | 2003-03-20 | 2007-05-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope and sample observation method |
| US7312921B2 (en) | 2004-02-27 | 2007-12-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope and sample observation method |
| US7359115B2 (en) | 2003-03-20 | 2008-04-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Sample observation method, microscope, and solid immersion lens, optical contact liquid used in the method |
| US7423816B2 (en) | 2003-03-20 | 2008-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid immersion lens and microscope |
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