JPH1090589A - 合焦検査方法および合焦検査装置、ならびに、焦点合わせ方法および焦点合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の膜質や膜厚の影響を受けにくい安定し
た焦点合わせができる焦点合わせ装置を提供する。 【解決手段】 焦点合わせ装置２を備える膜厚測定装置
１において、検査用光源部３から出射される検査光Ｌ３
を対物レンズ１４４を介して試料９に照射し、検査反射
光Ｌ４の検査用受光部４における受光位置に基づいてス
テージ５１の位置を調整して試料９を合焦位置に配置さ
せる。このとき、予め検査用光源部３から複数の異なっ
た波長の光を出射して試料の膜質や膜厚の影響を受けに
くく反射光の光量が十分に得られる波長の光を調べてお
く。そして、この波長の光を用いて焦点合わせを行うよ
うにする。これにより、試料の膜質や膜厚の影響を受け
にくい安定した焦点合わせが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、半導体
基板やガラス基板などの試料上に形成された薄膜の膜厚
測定などのように、試料に対して光学的な測定を行う際
に試料が合焦位置に配置されているかどうかを検査する
合焦検査方法および合焦検査装置、ならびに、これらを
利用する焦点合わせ方法および焦点合わせ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板やガラス基板などの試
料に対して、その上に形成された薄膜の膜厚を測定した
り、あるいはパターンの検査を行うなどといった光学的
な測定や観察を行う場合に、測定に適した位置である装
置内の合焦位置に試料を正確に配置する必要がある。そ
こで、試料が合焦位置に配置されているかどうかを正確
に検査する方法として、大きく分けて２つの方法が用い
られている。

【０００３】一つの方法は、試料の表面のパターンの画
像をＣＣＤカメラなどを用いて読み取り、画像のコント
ラストが最大となる位置を検出するといった方法（以
下、「ネガティブ法」という。）であり、もう一つの方
法は、試料に光を照射し、試料からの反射光の位置およ
び光量から試料が合焦位置に配置されたかどうかを検出
する方法（以下、「ポジティブ法」という。）である。

【０００４】これらの方法のうち、ネガティブ法は画像
を処理するために時間を要し、また、パターンの存在し
ない試料に対しては利用不可能であるといった問題を有
しており、一方、ポジティブ法はこのような問題を生じ
ないため、現在ではポジティブ法が広く利用されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ポジティブ法
ではほどんどの場合、光源に単一波長の光を発するレー
ザーダイオードが用いられており、これにより、試料の
配置位置が検出不能となる状態が生じることがある。

【０００６】例えば、図７に示すように、試料の分光反
射率（反射光の光量）は周期的に変化するため、反射率
の低い波長λ1の光を用いると試料から反射する光の光
量が十分に得ることができず試料の配置位置の検出が不
可能となる。

【０００７】さらに、試料の分光反射率は試料に形成さ
れた薄膜の膜質や膜厚によって変化するため、単一波長
の光を用いる従来のポジティブ法では、常に試料の反射
率が高いとは限らず、その結果、試料の配置位置を検出
することができなくなってしまう場合が生じるという問
題を有している。

【０００８】そこで、この発明は、上記課題に鑑みなさ
れたもので、試料の膜質や膜厚の影響を受にくい合焦検
査方法および合焦検査装置、ならびに、これらを利用す
る焦点合わせ方法および焦点合わせ装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、試料
に対して光学的な測定を行う装置において、前記試料の
合焦位置への配置を検査する合焦検査方法であって、複
数の異なる波長の光を同一の光軸に沿って前記試料に照
射する照射工程と、前記試料からの反射光を受光し、前
記反射光から前記複数の異なる波長の光のそれぞれに起
因する複数の成分情報を取得する受光工程と、前記複数
の成分情報に基づいて前記複数の異なる波長の光から特
定の波長の光を検査光として選択する選択工程と、前記
検査光を用いて前記試料の前記合焦位置への配置を検査
する検査工程と、を有する。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の合焦検
査方法であって、前記照射工程が、前記複数の異なる波
長の光を切り替えて照射する工程、を有し、前記受光工
程が、前記複数の異なる波長の光の切替に応じて前記複
数の成分情報を取得する工程、を有する。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の合焦検査方法であって、前記受光工程が、前記複数の
成分情報として、前記反射光から前記複数の異なる波長
の光のそれぞれに起因する光の光量および受光位置を取
得する工程、を有し、前記選択工程が、前記複数の異な
る波長の光から、前記複数の成分情報のうち前記光量が
最も多いものを取得させる光を検査光として選択する工
程、を有し、前記検査工程が、前記検査光の成分情報に
含まれる受光位置に基づいて前記試料の前記合焦位置へ
の配置を検査する工程、を有する。

【００１２】請求項４の発明は、試料に対して光学的な
測定を行う装置において、前記試料の合焦位置への配置
を検査する合焦検査方法であって、複数の異なる波長の
光のうちのひとつを所定の光軸に沿って前記試料に照射
する照射工程と、前記試料において反射した反射光を受
光して前記反射光の光量を取得し、前記光量が基準値以
上である場合に前記反射光の受光位置を取得する受光工
程と、前記光量が前記基準値より小さい場合に前記複数
の異なる波長の光のうち既に前記試料に照射された光以
外の光を前記所定の光軸に沿って前記試料に照射する再
照射工程と、前記受光位置から前記試料の前記合焦位置
への配置を検査する検査工程と、を有する。

【００１３】請求項５の発明は、試料に対して光学的な
測定を行う装置において、前記試料の合焦位置への配置
を検査する合焦検査装置であって、複数の異なる波長の
光を出射する光源部と、前記複数の異なる波長の光を同
一の光軸に沿って前記試料に照射する光学系と、前記基
板からの反射光を受光して前記反射光から前記複数の異
なる波長の光のそれぞれに起因する複数の成分情報を取
得する受光手段と、前記複数の成分情報に基づいて前記
複数の異なる波長の光から特定の波長の光を検査光とし
て選択する選択手段と、前記検査光を用いて前記試料の
前記合焦位置への配置を検査する検査手段と、を備え
る。

【００１４】請求項６の発明は、請求項５記載の合焦検
査装置であって、前記光源部が、前記複数の異なる波長
の光を切り替えて出射する手段、を有し、前記受光手段
が、前記複数の異なる波長の光の切替に応じて前記複数
の成分情報を取得する手段、を有する。

【００１５】請求項７の発明は、請求項５または６記載
の合焦検査装置であって、前記受光手段が、前記複数の
成分情報として、前記反射光から前記複数の異なる波長
の光のそれぞれに起因する光の光量および受光位置を取
得する手段、を有し、前記選択手段が、前記複数の異な
る波長の光から、前記複数の成分情報のうち前記光量が
最も多いものを取得させる光を検査光として選択する手
段、を有し、前記検査手段が、前記検査光の成分情報に
含まれる受光位置に基づいて前記試料の前記合焦位置へ
の配置を検査する手段、を有する。

【００１６】請求項８の発明は、請求項５ないし７のい
ずれかに記載の合焦検査装置であって、前記光源部が、
それぞれが異なる波長の光を出射する複数の光源と、前
記複数の光源から出射される複数の異なる波長の光を同
一の光軸に導く平面回折格子と、を有する。

【００１７】請求項９の発明は、請求項５ないし７のい
ずれかに記載の合焦検査装置であって、前記光源部が、
少なくとも１つのレーザーダイオードと、前記レーザー
ダイオードの温度を変化させることにより前記レーザー
ダイオードから出射される光の波長を変化させる手段
と、を有する。

【００１８】請求項１０の発明は、請求項１ないし４の
いずれかに記載の合焦検査方法を利用する焦点合わせ方
法であって、前記検査工程における検査結果に応じて、
前記試料の配置位置を調整する位置調整工程と、前記検
査工程と前記位置調整工程とを前記試料が前記合焦位置
に到達するまで繰り返す位置調整繰返工程と、を有す
る。

【００１９】請求項１１の発明は、請求項５ないし９の
いずれかに記載の合焦検査装置を備える焦点合わせ装置
であって、前記検査手段において取得される検査結果に
応じて、前記試料の配置位置を調整する位置調整手段、
を備える。

【００２０】

【発明の実施の形態】

＜１． 第１の実施の形態＞ （１．１ 全体構成および動作）図１はこの発明に係る
第１の実施の形態である焦点合わせ装置を備えた光学的
な測定装置である膜厚測定装置１であり、半導体基板で
ある試料９上に形成された薄膜の膜厚を測定する装置で
ある。

【００２１】この装置１は、試料９に照射する照明光Ｌ
１を出射する測定用光源部１１、試料９からの反射光Ｌ
２を受光する測定用受光部１２、測定用受光部１２から
の信号を受けて試料９上に形成された薄膜の膜厚を求め
る測定処理部１３、照明光Ｌ１を試料９に導くとともに
反射光Ｌ２を測定用受光部１２に導く光学系１４、およ
び、試料９が光学系１４に対して測定可能な合焦位置に
配置されているかどうかを検査するとともに試料９の配
置位置を調整する焦点合わせ装置２から構成される。

【００２２】また、焦点合わせ装置２は試料９の合焦位
置への配置を検査するために用いる検査光Ｌ３を出射す
る検査用光源部３、試料９における検査光Ｌ３の反射光
である検査反射光Ｌ４を受光する検査用受光部４、試料
９の配置位置を上下に調整する位置調整手段５、およ
び、検査用受光部４からの信号を受けて位置調整手段５
内のステージ５１を上下移動させるモータ（図示せず）
を駆動し、試料９を合焦位置へと配置する合焦処理部６
から構成される。

【００２３】以上がこの膜厚測定装置１の全体構成であ
るが、次に、その装置１の焦点合わせ装置２を除く部分
の構成および動作について説明する。なお、以下の説明
では予め焦点合わせ装置２を用いて、試料９が合焦位置
に配置されているものとする。

【００２４】照明光Ｌ１を出射する測定用光源部１１は
ハロゲンランプ１１１、レンズ１１２、および、ピンホ
ール板１１３から構成されており、ハロゲンランプ１１
１から出射された光はレンズ１１２およびピンホール板
１１３に形成されたピンホールを介して照明光Ｌ１とな
って光学系１４に向けて出射される。

【００２５】光学系１４は、レンズ１４１、２枚のハー
フミラー１４２、１４３、および、対物レンズ１４４か
ら構成されており、測定用光源部１１からの照明光Ｌ１
はレンズ１４１を介してハーフミラー１４２において反
射し、さらに、ハーフミラー１４３および対物レンズ１
４４を介して試料９に照射される。照明光Ｌ１は試料９
において反射し、反射光Ｌ２となって再び対物レンズ１
４４に入射し、ハーフミラー１４３およびハーフミラー
１４２を透過して測定用受光部１２へと導かれる。な
お、ハーフミラー１４３は対物レンズ１４４とともに焦
点合わせ装置２からの検査光Ｌ３を導くためのものであ
り、これらの構成要素は光学系１４を構成するとともに
焦点合わせ装置２の一部となっている。

【００２６】光学系１４により導かれる反射光Ｌ２を受
光する測定用受光部１２は、レンズ１２１、絞り１２
２、凹面回折格子１２３、および、１次元に配列された
受光素子群１２４から構成される。反射光Ｌ２はレンズ
１２１および絞り１２２を介して凹面回折格子１２３に
入射し、分光された後、受光素子群１２４において波長
毎の光量が検出される。

【００２７】このようにして検出された反射光Ｌ２の波
長毎の光量は信号となって測定処理部１３に送られ、測
定処理部１３において試料９上の薄膜の膜厚を求める演
算処理が行われる。

【００２８】（１．２ 焦点合わせ装置の構成および動
作）次に、この膜厚測定装置１における膜厚の測定に先
立って行われる試料９の合焦位置への配置動作を行う焦
点合わせ装置２の構成および動作について説明する。

【００２９】先に説明したように、焦点合わせ装置２は
検査用光源部３、検査用受光部４、位置調整手段５、お
よび、合焦処理部６を構成要素として有しており、さら
に、ハーフミラー１４３および対物レンズ１４４もこの
焦点合わせ装置２の一部となっている。

【００３０】検査用光源部３は複数の異なった波長の光
（これらの光のうち、後述する合焦処理部６により選択
されたものが検査光Ｌ３となるが、ここでは、検査光Ｌ
３と区別するためにこれらの光の任意の一つを候補光Ｌ
ｓ３と呼ぶこととする。）を切り替えて出射することが
可能な光源であり、図２に示すように３つのレーザーダ
イオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、および、平面回折格
子３１から構成される。３つのレーザーダイオードＬＤ
１、ＬＤ２、ＬＤ３からはそれぞれが異なる波長である
波長λ1、λ2、λ3の光が図３に示すように順に出射さ
れるようになっており、これらの光は平面回折格子３１
に異なる方向から入射するがその反射角が入射角と異な
ることを利用して同一光軸上に導かれて候補光Ｌｓ３と
なる。

【００３１】検査用光源部３から出射された候補光Ｌｓ
３はハーフミラー１４３において反射した後、対物レン
ズ１４４を介して試料９に照射される。候補光Ｌｓ３は
試料９において反射して候補反射光Ｌｓ４となって再び
対物レンズ１４４に入射し、ハーフミラー１４３におい
て反射した後、検査用受光部４において受光される。検
査用受光部４は位置検出素子を有しており、これを用い
て候補反射光Ｌｓ４の位置検出素子上での受光位置およ
び光量が検出されるようになっている。

【００３２】検査用受光部４において検出された候補反
射光Ｌｓ４の受光位置および光量は信号となって合焦処
理部６に送られ、ここで候補光Ｌｓ３として出射される
複数の異なった波長の光のうちどの波長の光が焦点合わ
せに適した光であるかが調べられる。すなわち、試料９
の膜質や膜厚の影響などを受けにくく、候補反射光Ｌｓ
４の光量が十分に得られる波長の光が複数の候補光Ｌｓ
３の中から焦点合わせに適した検査光Ｌ３として選択さ
れる。

【００３３】最後に、選択された検査光Ｌ３を出射する
レーザーダイオードを用いて検査反射光Ｌ４の受光位置
が適切な位置となるよう位置調整手段５のステージ５１
の高さを調整し、試料９が合焦位置に配置されることと
なる。

【００３４】以上が、この焦点合わせ装置２の全体構成
および動作であるが、次に、これらの動作を行うにあた
り中心的役割を果たす合焦処理部６の構成および動作に
ついて説明する。

【００３５】図４は合焦処理部６の内部構造を示す図で
ある。図示するように合焦処理部６は大きく分けてＬＤ
駆動系６ａおよびモータ駆動系６ｂから構成される。Ｌ
Ｄ駆動系６ａは検査用受光部４からの信号を受ける加算
器６１、基準値Ｔhを記憶する基準値記憶部６２、比較
器６３、点灯すべきレーザーダイオードを選択するＬＤ
選択部、および、ＬＤ駆動回路から構成される。一方、
モータ駆動系６ｂは減算器６６およびモータ駆動回路６
７から構成される。

【００３６】まず、ＬＤ選択部６４において選択された
所定のレーザーダイオードをＬＤ駆動回路６５を介して
点灯し、候補光Ｌｓ３を試料９に照射して検査用受光部
４に候補反射光Ｌｓ４を入射させる。候補反射光Ｌｓ４
は検査用受光部４内の位置検出素子において受光され、
位置検出素子から２つの出力信号が得られる。これらの
出力信号はそれぞれ加算器６１および減算器６６に入力
され、これらの信号の加算結果である加算値Ａdd、およ
び、減算結果である減算値Ｓubが求められる。なお、加
算値Ａddおよび減算値Ｓubは、位置検出素子の性質上、
位置検出素子において受光される光の光量および受光位
置を示す値となっている。

【００３７】加算器６１から出力される加算値Ａddおよ
び基準値記憶部６２に記憶されている基準値Ｔhは比較
器６３に入力されて比較される。すなわち、候補反射光
Ｌｓ４の光量が基準以上であるかどうかが検出され、こ
の検出結果を示す信号がＬＤ選択部６４に向けて送られ
る。

【００３８】ＬＤ選択部６４では、加算値Ａddが基準値
Ｔhを越える場合は、このとき点灯中であったレーザー
ダイオードの番号、および、候補反射光Ｌｓ４の光量と
して加算値Ａddが記憶される。

【００３９】このような比較動作をそれぞれのレーザー
ダイオードについて繰り返し行うことにより、候補反射
光Ｌｓ４の光量が基準値Ｔhを越える全てのレーザーダ
イオードの番号と、そのときの候補反射光Ｌｓ４の光量
が調べられる。そして、最も候補反射光Ｌｓ４の光量が
多く得られるレーザーダイオードが焦点合わせに用いる
レーザーダイオードとしてＬＤ選択部６４において選択
され、選択されたレーザーダイオードをＬＤ駆動回路６
５を介して点灯され、検査光Ｌ３が出射されることとな
る。なお、加算値Ａddが基準値Ｔhを越えるレーザーダ
イオードが存在しない場合は、エラーとして扱われる。

【００４０】以上の動作を図５に流れ図として示す。

【００４１】焦点合わせに用いるレーザーダイオードが
選択されると、次に、このレーザーダイオードを点灯し
て検査反射光Ｌ４が検査用受光部４にて受光される。そ
して、減算器６６からの出力を用いて試料９の合焦位置
への配置調整が行われる。

【００４２】減算器６６からの出力である減算値Ｓub
は、検査反射光Ｌ４の位置検出素子における受光位置を
示す値であり、試料９が合焦位置からどれだけずれてい
るのかを示す値でもある。もちろん、この実施の形態に
おいては合焦位置に試料９が配置されると減算値Ｓubが
０となるようになっているが、ある値Ｖを別途記憶して
おき、減算値Ｓubと値Ｖとを比較して減算値Ｓubが値Ｖ
となったときに試料９が合焦位置に配置されるようにし
てもよい。

【００４３】減算器６６からの減算値Ｓubはモータ駆動
回路６７に送られ、位置調整手段５のステージ５１を上
下に駆動するモータに送られる。これにより、試料９が
合焦位置に配置されるように、すなわち、減算値Ｓubが
０（または、所定の値Ｖ）となるように配置位置の調整
が繰り返し行われる。

【００４４】以上の焦点合わせ動作を図６に示す。な
お、図中のステップＳ１は図５における処理動作を示
す。また、上記動作説明では、候補反射光Ｌｓ４の光量
が最も多く得られる波長の光を検査光Ｌ３として選択し
ているが、候補反射光Ｌｓ４の中からその光量が基準値
Ｔh以上となる波長の候補光Ｌｓ３を１つでも検出した
時点で、他の候補光Ｌｓ３について調べることなく焦点
合わせ動作を行うようにしてもよい。これにより、安定
した焦点合わせを迅速に行うことができる。

【００４５】以上のような構成および動作により、試料
９の表面が、例えば図７に示すような波長と反射光の光
量（同図では入射光の光量に対する反射光の光量の割合
を反射光の光量として示している）との関係を有する場
合において、波長λ1の検査光Ｌ３では検査反射光Ｌ４
の光量が十分に得られず焦点合わせが不可能であるが、
波長λ2の検査光Ｌ３を用いることにより、検査反射光
Ｌ４の光量が十分に得ることができ、焦点合わせが可能
となる。

【００４６】このように、この膜厚測定装置１では、焦
点合わせ装置２において、試料９が合焦位置に配置され
たかどうかを検査する検査光Ｌ３として複数の異なった
波長の光から適した波長の光を選択して用いるので、試
料９上に形成された薄膜の膜厚の影響を受けにくい膜厚
測定が可能となる。

【００４７】＜２． 第２の実施の形態＞ （２．１ 検査用光源部の構成および動作）図８はこの
発明に係る第２の実施の形態である膜厚測定装置の検査
用光源部３ａの構成を示す図である。なお、他の部分の
構成は図１および図４に示される第１の実施の形態とほ
ぼ同様である。

【００４８】この検査用光源部３ａは第１の実施の形態
と同様、３つのレーザーダイオードＬＤ１、ＬＤ２、Ｌ
Ｄ３とこれらのレーザーダイオードから出射される光を
導く３つのレンズ３２１、３２２、３２３とを有する。
第１の実施の形態と異なる点は、機械的なスライド機構
３５上にミラー３４を設けている点である。また、各レ
ーザーダイオードを支持する支持部３３２にはペルチェ
素子を有する冷却手段３３１も設けられている。

【００４９】スライド機構３５はスライド部３５１がカ
ム機構を有する駆動源（図示せず）によりガイド３５２
に沿って矢印ＳＬ方向に往復スライド運動するようにな
っている。したがって、スライド部３５１に設けられた
ミラー３４も往復運動を行い、各レーザーダイオードの
下方にミラー３４が到達したときにそのレーザーダイオ
ードからの光を反射して検査光Ｌ３として出射すること
となる。これにより、各レーザーダイオードの光を切り
替えて検査用光源部３ａから出射することができるよう
になっている。

【００５０】また、スライド機構３５を駆動する駆動源
には、ミラー３４がどのレーザーダイオードの下方に位
置しているかを示す信号が合焦処理部６に送られるよう
になっており、合焦処理部６ではこの信号を受けて、焦
点合わせに用いるレーザーダイオードの選択を行う。す
なわち、第１の実施の形態では合焦処理部６が能動的に
レーザーダイオードの点灯消灯を行っていたが、この実
施の形態ではＬＤ選択部６４が現在出射中の光を発する
レーザーダイオードを認識して、各レーザーダイオード
に由来する候補反射光Ｌｓ４の光量を検出するようにな
っている。また、焦点合わせに用いるレーザーダイオー
ドが選択された後は、このレーザーダイオードの光が出
射されている間の検査反射光Ｌ４を用いて焦点合わせが
行われることとなる。

【００５１】なお、この実施の形態においても、第１の
実施の形態と同様にスライド機構３５を合焦処理部６が
駆動するようにして、目的のレーザーダイオードからの
候補光Ｌｓ３を能動的に検査用光源部３ａから出射する
ようにしてももちろんよい。

【００５２】（２．２ 冷却手段を用いた波長の変更）
また、この実施の形態では、レーザーダイオードの冷却
を目的として支持部３３２に冷却手段３３１が設けられ
ている。

【００５３】この冷却手段３３１はレーザーダイオード
を安定して発光させることを主目的とするものである
が、この冷却手段３３１を用いてレーザーダイオードの
温度制御を行うことにより、レーザーダイオードから出
射される光の波長を変化させることができる。これによ
り、以下に説明するように焦点合わせに用いる検査反射
光Ｌ４の光量が十分に得ることができない状況をさらに
生じにくくすることができる。

【００５４】図８に示す検査用光源部３ａは異なった３
つの波長λ1、λ2、λ3の光を切り替えて出射すること
ができるので、図７に示すように、波長λ1の光による
検査反射光Ｌ４を十分に得ることができない場合におい
ても他の波長λ2の光を用いることにより焦点合わせを
可能とすることができる。しかし、例えば、試料９上に
形成された薄膜の膜厚が大きい場合は図９に示すように
波長に対する反射光の光量の周期的変化が多くなり、３
つの波長のいずれの光を用いても検査反射光Ｌ４の光量
を十分に得ることができないという状況が生じる可能性
がある。

【００５５】このような場合は、反射光の光量の周期的
変化が多いという特徴を利用して、検査光Ｌ３の波長を
僅かに変化させることにより検査反射光Ｌ４の光量を焦
点合わせに用いることができるように増加させることが
できる。具体的に図９を用いて説明すると、冷却手段３
３１によるレーザーダイオードの冷却を弱めると、レー
ザーダイオードからの光の波長を僅かに長くなって波長
λ1の光は波長(λ1＋δ)の光となる。したがって、この
光を検査光Ｌ３として利用することにより十分な光量を
有する検査反射光Ｌ４を得ることができる。

【００５６】これにより、たまたまいずれの波長の光を
用いても検査反射光Ｌ４の光量が十分に得られない状況
が生じた場合であっても、焦点合わせが可能となる。

【００５７】＜３． 変形例＞以上、この発明に係る実
施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施
の形態に限定されるものではない。

【００５８】例えば、検査用光源部は第１および第２の
実施の形態に限定されず、図１０に示すように凹面回折
格子３７を用いる検査用光源部３ｂであってもよい。こ
の検査用光源部３ｂでは、各レーザーダイオードＬＤ
１、ＬＤ２、ＬＤ３から出射された光は、各々レンズ３
２１、３２２、３２３、および、ピンホール３６１、３
６２、３６３を介して凹面回折格子３７に入射し、波長
により反射角が入射角と異なることを利用して同一光軸
に導かれ、さらに、絞り３６４およびレンズ３２４を介
して候補光Ｌｓ３となって出射されるようになってい
る。このように複数の異なった波長の光を出射すること
ができる光源であれば、どよなものであってもよい。

【００５９】また、光源はレーザーダイオードに限定さ
れるものではなく、ＬＥＤであってもよい。ＬＥＤから
出射される光はレーザーダイオードに比べ波長に幅があ
るので、レーザーダイオードのように試料上の干渉によ
り極端に検査反射光Ｌ４の光量が減少することを防止す
ることができ、さらに安定した焦点合わせが可能とな
る。

【００６０】また、上記実施の形態において説明を省略
したが、対物レンズ１４４などにおいてミラーレンズで
なく屈折系レンズを用いる場合は、検査反射光Ｌ４の受
光位置は屈折系レンズの色収差の影響を受けて波長によ
り変化することとなるので、検査用光源部３から出射さ
れる光の波長に応じて適切な受光位置を予め記憶してお
く必要がある。

【００６１】また、上記実施の形態では、検査反射光Ｌ
４を検査用受光部４内部の位置検出素子を用いて検出す
るようにしているが、複数の受光素子を用いて検出する
ようにしてもよい。この場合、検査反射光Ｌ４の分布を
取得することができるので、ＬＤ選択部６４において選
択される光を複数として、この複数の光により得られる
検査反射光Ｌ４の分布から焦点合わせを行うようにして
もよい。さらに、検査反射光Ｌ４の光量が予め分かって
いる場合は所定の位置に設けられたピンホール板のピン
ホールを透過する光の光量を検出するようにして試料９
が合焦位置に配置されたかどうかを検査するようにして
もよい。

【００６２】さらに、上記実施の形態では、複数の異な
った波長の光を切り替えて検査用光源部３から出射する
ようにしているが、各波長の光を検査用受光部４にて例
えばカラーＣＣＤカメラなどを用いて分離して検出する
ことができるのであれば、複数の異なった波長の候補光
Ｌｓ３を同時に試料９に照射するようにしてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、複数の異なる波長の光を同一の光軸に沿って試
料に照射するので、ある波長の光では試料の合焦位置へ
の配置を検査することができない場合であっても、他の
波長の光を用いることにより検査可能となる。これによ
り、試料の膜質や膜厚の影響を受けにくい安定した検査
が実現される。

【００６４】請求項２記載の発明では、複数の異なる波
長の光を切り替えて出射し、この切替に応じて複数の成
分情報を取得するので、請求項１記載の発明と同様、試
料の合焦位置への配置の検査において、試料の膜質や膜
厚の影響を受けにくい安定した検査が実現される。

【００６５】請求項３記載の発明では、複数の成分情報
のうち最も光量の多いものを与える光を検査光として選
択するので、試料の合焦位置への配置をさらに安定して
検査することができる。

【００６６】請求項４記載の発明では、複数の異なる波
長の光を順に照射し、得られる反射光の光量が所定の値
を超えた時点の光の受光位置から試料の合焦位置への配
置を検査するので、迅速な検査が実現される。

【００６７】請求項５記載の発明では、複数の異なる波
長の光を同一の光軸に沿って試料に照射するので、いず
れかの波長の光によって試料の合焦位置への配置が検査
可能となる。その結果、試料の膜質や膜厚の影響を受け
にくい安定した検査が実現される。

【００６８】請求項６記載の発明では、複数の異なる波
長の光を切り替えて出射し、この切替に応じて複数の成
分情報を取得するので、請求項５記載の発明と同様、試
料の膜質や膜厚の影響を受けにくい安定した検査が実現
される。

【００６９】請求項７記載の発明では、複数の成分情報
のうち最も光量の多いものを与える光を検査光として選
択するので、試料の合焦位置への配置をさらに安定して
検査することができる。

【００７０】請求項８記載の発明では、平面回折格子を
用いて複数の異なる波長の光を同一の光軸に導くので、
光源部を簡素に構成することができる。

【００７１】請求項９記載の発明では、レーザーダイオ
ードの温度を変化させることにより試料に照射する光の
波長を変えるので、試料の膜質や膜厚の影響を受けにく
いさらに安定した試料の合焦位置への配置の検査を実現
することができる。

【００７２】請求項１０記載の発明では、請求項１ない
し４のいずれかに記載の合焦検査方法を利用して焦点合
わせを行うので、試料の膜質や膜厚の影響を受けにくい
安定した焦点合わせが実現される。

【００７３】請求項１１記載の発明では、請求項５ない
し９のいずれかに記載の合焦検査装置を用いて焦点合わ
せができるので、試料の膜質や膜厚の影響を受けにくい
安定した焦点合わせが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る合焦検査装置を備える膜厚測定
装置の構成を示す図である。

【図２】検査用光源部の一の形態を示す図である。

【図３】検査用光源部におけるレーザーダイオードの点
滅の様子を示す図である。

【図４】合焦処理部の構成を示す図である。

【図５】レーザーダイオードの選択方法を示す流れ図で
ある。

【図６】焦点合わせ方法を示す流れ図である。

【図７】波長と反射光の光量との関係を示す図である。

【図８】検査用光源部の他の形態を示す図である。

【図９】波長の変化に伴う反射光の光量の変化を示す図
である。

【図１０】検査用光源部の他の形態を示す図である。

【符号の説明】

１ 膜厚測定装置 ２ 焦点合わせ装置 ３、３ａ、３ｂ 検査用光源部 ４ 検査用受光部 ５ 位置調整手段 ６ 合焦処理部 ６ａ ＬＤ駆動系 ６ｂ モータ駆動系 ９ 試料 ３１ 平面回折格子 ３４ ミラー ３５ スライド機構 ３７ 凹面回折格子 ６１ 加算器 ６２ 基準値記憶部 ６３ 比較器 ６４ ＬＤ選択部 ６５ ＬＤ駆動回路 ６６ 減算器 ６７ モータ駆動回路 １４３ ハーフミラー １４４ 対物レンズ Ｌ３ 検査光 Ｌ４ 検査反射光 Ｌｓ３ 候補光 Ｌｓ４ 候補反射光 ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３ レーザーダイオード λ1、λ2、λ3 波長

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対して光学的な測定を行う装置に
   おいて、前記試料の合焦位置への配置を検査する合焦検
   査方法であって、 複数の異なる波長の光を同一の光軸に沿って前記試料に
   照射する照射工程と、前記試料からの反射光を受光し、
   前記反射光から前記複数の異なる波長の光のそれぞれに
   起因する複数の成分情報を取得する受光工程と、 前記複数の成分情報に基づいて前記複数の異なる波長の
   光から特定の波長の光を検査光として選択する選択工程
   と、 前記検査光を用いて前記試料の前記合焦位置への配置を
   検査する検査工程と、を有することを特徴とする合焦検
   査方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の合焦検査方法であって、 前記照射工程が、 前記複数の異なる波長の光を切り替えて照射する工程、
   を有し、 前記受光工程が、 前記複数の異なる波長の光の切替に応じて前記複数の成
   分情報を取得する工程、を有することを特徴とする合焦
   検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の合焦検査方法で
   あって、 前記受光工程が、 前記複数の成分情報として、前記反射光から前記複数の
   異なる波長の光のそれぞれに起因する光の光量および受
   光位置を取得する工程、を有し、 前記選択工程が、 前記複数の異なる波長の光から、前記複数の成分情報の
   うち前記光量が最も多いものを取得させる光を検査光と
   して選択する工程、 を有し、 前記検査工程が、 前記検査光の成分情報に含まれる受光位置に基づいて前
   記試料の前記合焦位置への配置を検査する工程、を有す
   ることを特徴とする合焦検査方法。
4. 【請求項４】 試料に対して光学的な測定を行う装置に
   おいて、前記試料の合焦位置への配置を検査する合焦検
   査方法であって、 複数の異なる波長の光のうちのひとつを所定の光軸に沿
   って前記試料に照射する照射工程と、 前記試料において反射した反射光を受光して前記反射光
   の光量を取得し、前記光量が基準値以上である場合に前
   記反射光の受光位置を取得する受光工程と、 前記光量が前記基準値より小さい場合に前記複数の異な
   る波長の光のうち既に前記試料に照射された光以外の光
   を前記所定の光軸に沿って前記試料に照射する再照射工
   程と、 前記受光位置から前記試料の前記合焦位置への配置を検
   査する検査工程と、を有することを特徴とする合焦検査
   方法。
5. 【請求項５】 試料に対して光学的な測定を行う装置に
   おいて、前記試料の合焦位置への配置を検査する合焦検
   査装置であって、 複数の異なる波長の光を出射する光源部と、 前記複数の異なる波長の光を同一の光軸に沿って前記試
   料に照射する光学系と、 前記基板からの反射光を受光して前記反射光から前記複
   数の異なる波長の光のそれぞれに起因する複数の成分情
   報を取得する受光手段と、 前記複数の成分情報に基づいて前記複数の異なる波長の
   光から特定の波長の光を検査光として選択する選択手段
   と、 前記検査光を用いて前記試料の前記合焦位置への配置を
   検査する検査手段と、を備えることを特徴とする合焦検
   査装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の合焦検査装置であって、 前記光源部が、 前記複数の異なる波長の光を切り替えて出射する手段、
   を有し、 前記受光手段が、 前記複数の異なる波長の光の切替に応じて前記複数の成
   分情報を取得する手段、を有することを特徴とする合焦
   検査装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の合焦検査装置で
   あって、 前記受光手段が、 前記複数の成分情報として、前記反射光から前記複数の
   異なる波長の光のそれぞれに起因する光の光量および受
   光位置を取得する手段、を有し、 前記選択手段が、 前記複数の異なる波長の光から、前記複数の成分情報の
   うち前記光量が最も多いものを取得させる光を検査光と
   して選択する手段、を有し、 前記検査手段が、 前記検査光の成分情報に含まれる受光位置に基づいて前
   記試料の前記合焦位置への配置を検査する手段、を有す
   ることを特徴とする合焦検査装置。
8. 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれかに記載の合
   焦検査装置であって、 前記光源部が、 それぞれが異なる波長の光を出射する複数の光源と、 前記複数の光源から出射される複数の異なる波長の光を
   同一の光軸に導く平面回折格子と、を有することを特徴
   とする合焦検査装置。
9. 【請求項９】 請求項５ないし７のいずれかに記載の合
   焦検査装置であって、 前記光源部が、 少なくとも１つのレーザーダイオードと、 前記レーザーダイオードの温度を変化させることにより
   前記レーザーダイオードから出射される光の波長を変化
   させる手段と、を有することを特徴とする合焦検査装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし４のいずれかに記載の
    合焦検査方法を利用する焦点合わせ方法であって、 前記検査工程における検査結果に応じて、前記試料の配
    置位置を調整する位置調整工程と、 前記検査工程と前記位置調整工程とを前記試料が前記合
    焦位置に到達するまで繰り返す位置調整繰返工程と、を
    有することを特徴とする焦点合わせ方法。
11. 【請求項１１】 請求項５ないし９のいずれかに記載の
    合焦検査装置を備える焦点合わせ装置であって、 前記検査手段において取得される検査結果に応じて、前
    記試料の配置位置を調整する位置調整手段、を備えるこ
    とを特徴とする焦点合わせ装置。