JPS58179303A - 表面微小観察装置 - Google Patents
表面微小観察装置Info
- Publication number
- JPS58179303A JPS58179303A JP6272982A JP6272982A JPS58179303A JP S58179303 A JPS58179303 A JP S58179303A JP 6272982 A JP6272982 A JP 6272982A JP 6272982 A JP6272982 A JP 6272982A JP S58179303 A JPS58179303 A JP S58179303A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light
- focused
- observed
- focusing optical
- Prior art date
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、はぼ鏡面状であり、凹凸の非常に小さい精度
の高い表面の微小凹凸を精度高く検出出来る表面微小観
察装置に関する。
の高い表面の微小凹凸を精度高く検出出来る表面微小観
察装置に関する。
従来よシ、例えば半導体装置に使用するシリコンウェハ
の鏡面状態を検査する装置は種々提案され、又、市販さ
れている。それらの一つは、例えば、細く（数十ミクロ
ン）絞ったレーザ光を鏡面状態である被検査物の上に投
射し、反射してくるレーザー光の位置をイメージセンサ
−で受光し、その位置ずれによシ反射面の角度を算出し
、この操作を次々に横に繰シ返してゆくことで被検査物
の表面の状態を知る方法である。この方法では、現在、
緩やかな約０．６μｍまでの凹凸を検出することができ
るが、それ以下の凹凸の検出は難しく。
の鏡面状態を検査する装置は種々提案され、又、市販さ
れている。それらの一つは、例えば、細く（数十ミクロ
ン）絞ったレーザ光を鏡面状態である被検査物の上に投
射し、反射してくるレーザー光の位置をイメージセンサ
−で受光し、その位置ずれによシ反射面の角度を算出し
、この操作を次々に横に繰シ返してゆくことで被検査物
の表面の状態を知る方法である。この方法では、現在、
緩やかな約０．６μｍまでの凹凸を検出することができ
るが、それ以下の凹凸の検出は難しく。
又、−直線上の凹凸の検出は容易であるが、面としての
凹凸の検出や汚れの検出は難かしく、又、価格も高く操
作も非常に難しいといった欠点を有する。
凹凸の検出や汚れの検出は難かしく、又、価格も高く操
作も非常に難しいといった欠点を有する。
他の方法としては、細いレーザー光を拡大し拡大した平
行光線として被検査物の上に照射し、その反射光を前記
の平行光線と重ねて受光面に投影することによって、干
渉を生じせしめ、生じた縞模様から表面の凹凸を知る方
法である。この方法によれば、面として全体の凹凸状態
全一度に容易に観察でき傷などの検出には有力であるが
高低差０．６μｍ程度の中３〜１０ｒＭｎの緩かな凹凸
や汚れの検出欠非常に難しく、装置の調整や保守が非常
に難しく且つ高価である欠点を有する。
行光線として被検査物の上に照射し、その反射光を前記
の平行光線と重ねて受光面に投影することによって、干
渉を生じせしめ、生じた縞模様から表面の凹凸を知る方
法である。この方法によれば、面として全体の凹凸状態
全一度に容易に観察でき傷などの検出には有力であるが
高低差０．６μｍ程度の中３〜１０ｒＭｎの緩かな凹凸
や汚れの検出欠非常に難しく、装置の調整や保守が非常
に難しく且つ高価である欠点を有する。
こ
又、簡単な方法として提案でれているのは、古来よシ魔
鏡として知られている現象を利用するものである。この
方法では、第１図に示すように、点光源１１よりの光束
１２は、絞シ１３を通過し、鏡面１４上で反射し、受光
面１６に投影される。
鏡として知られている現象を利用するものである。この
方法では、第１図に示すように、点光源１１よりの光束
１２は、絞シ１３を通過し、鏡面１４上で反射し、受光
面１６に投影される。
この時、鏡面１４上が完全な平面であれば、受光面１６
には、投影像の明暗（照度）には変化が生じない。しか
し、鏡面１４上に凹部（凹）１６があれば、この凹部１
６が凹面鏡として作用し１反射光は集光してゆく光束１
７になり、受光面１６に投影される。従って、受光面１
６上には、受光面１６右部に示す照度変化のように、両
脇りが暗く、中央Ｂが非常に明るくなる照度変化が生じ
る。
には、投影像の明暗（照度）には変化が生じない。しか
し、鏡面１４上に凹部（凹）１６があれば、この凹部１
６が凹面鏡として作用し１反射光は集光してゆく光束１
７になり、受光面１６に投影される。従って、受光面１
６上には、受光面１６右部に示す照度変化のように、両
脇りが暗く、中央Ｂが非常に明るくなる照度変化が生じ
る。
鏡面１４上に凸部がある場合は、受光面１６には、明暗
が反転するが同様に照度変化が生じる。この方法は簡単
であるとともに、０．５μｍ以下の緩かな凹凸や傷、反
射係数の異なる汚れなどを感度よく検出できるといった
特長を有している。尚、同図で１８は平行光束を示す。
が反転するが同様に照度変化が生じる。この方法は簡単
であるとともに、０．５μｍ以下の緩かな凹凸や傷、反
射係数の異なる汚れなどを感度よく検出できるといった
特長を有している。尚、同図で１８は平行光束を示す。
ところが、第１図からも判るように、単に鏡面１４の反
射光を投影しているため、例えば反射光１７及び１８の
分離が容易でなく、解像度が非常に悪いという欠点があ
る。この欠点を改善するためには、非常に絞った点光源
（例えば１馴径以下）を使い、しかも、点光源１１と鏡
面１４及び、鏡面１４と受光面１５の距離をできるだけ
離す必要がある。例えば、各々６ｍに取れは、０．１〜
０．３μｍ程度の微小な凹凸を検出することができる。
射光を投影しているため、例えば反射光１７及び１８の
分離が容易でなく、解像度が非常に悪いという欠点があ
る。この欠点を改善するためには、非常に絞った点光源
（例えば１馴径以下）を使い、しかも、点光源１１と鏡
面１４及び、鏡面１４と受光面１５の距離をできるだけ
離す必要がある。例えば、各々６ｍに取れは、０．１〜
０．３μｍ程度の微小な凹凸を検出することができる。
しかし、距離を取るために装置が大きくなり、受光面１
６上での照度が不足したり２点光源１１．鏡面１４、受
光面１６の空間でのゆらぎによって解像度が低下すると
いった欠点がある。又、現実的でない強力な光源を使用
するか、暗室中でも５ｏ〜１ ｏｏｗの光源全必要とす
るなど、現象としては知られているが、実際には、あま
シ使用されていない。
６上での照度が不足したり２点光源１１．鏡面１４、受
光面１６の空間でのゆらぎによって解像度が低下すると
いった欠点がある。又、現実的でない強力な光源を使用
するか、暗室中でも５ｏ〜１ ｏｏｗの光源全必要とす
るなど、現象としては知られているが、実際には、あま
シ使用されていない。
本発明は、上記欠点にかんがみなさ１またもので第１図
の魔鏡による方法を取υ入れかつ、これに大巾な改善を
施し、被観察試料表面の微小な凹凸を検出し、しかも、
被観察試料表面の全面を一度に観察可能にし、装置の光
学調整が簡単で、調整不用の簡便な表面微小観察装置を
提供するものである。
の魔鏡による方法を取υ入れかつ、これに大巾な改善を
施し、被観察試料表面の微小な凹凸を検出し、しかも、
被観察試料表面の全面を一度に観察可能にし、装置の光
学調整が簡単で、調整不用の簡便な表面微小観察装置を
提供するものである。
の光束２２は、拡散光学系２３で拡散され、投光兼集光
光学系２４を通って集束され、例えばシリコンウェハ表
面等の鏡面２５に投光される。その反射光を前記投光兼
集光光学系２４に受光集束し、さらに、集束光学系２６
によって、集束縮小せしめて、受光面２７上に投影する
。この装置では。
光学系２４を通って集束され、例えばシリコンウェハ表
面等の鏡面２５に投光される。その反射光を前記投光兼
集光光学系２４に受光集束し、さらに、集束光学系２６
によって、集束縮小せしめて、受光面２７上に投影する
。この装置では。
点光源２１からの光束２２を拡散光学系２３で拡散せし
めるので、投光兼集光光学系２４との距離を短くでき、
又、集束光学系２６により、反射光を集束縮小せしめる
ことができるので、受光面２７と投光兼集光光学系２４
との距離を短くでき、又、光の往復部分が共通に使える
ため、第１図のものに比べて大きさが約％になった。又
、拡散光学系２３と、集束光学系２６の各々所有する焦
点距離の比を一定にすることにより、拡散光学系２３と
、集束光学系２６を同一平面上２８に設置した。
めるので、投光兼集光光学系２４との距離を短くでき、
又、集束光学系２６により、反射光を集束縮小せしめる
ことができるので、受光面２７と投光兼集光光学系２４
との距離を短くでき、又、光の往復部分が共通に使える
ため、第１図のものに比べて大きさが約％になった。又
、拡散光学系２３と、集束光学系２６の各々所有する焦
点距離の比を一定にすることにより、拡散光学系２３と
、集束光学系２６を同一平面上２８に設置した。
このため、光学系の軸合わせが簡単、確実であり、機械
加工時に設定した平行基準面を使用するため、長期にわ
たって、狂いが生じない特徴がある。さらに、像の明る
さは、投光兼集光光学系２４及び、集束光学系２６によ
って、受光面２７の像の大きさを例えば鏡面２６０凭に
することによって、第１図のものに比べて、約３６倍に
なシ、暗室でなくとも、通常の明るさの部屋内でも観察
できるようになった。前記受光面２７を、テレビカメラ
におきかえても良く、テレビカメラにした場合にはｏ、
１Ｗ程度の非常に暗い点光源を使用しても明白に鏡面２
６を観察できる。
加工時に設定した平行基準面を使用するため、長期にわ
たって、狂いが生じない特徴がある。さらに、像の明る
さは、投光兼集光光学系２４及び、集束光学系２６によ
って、受光面２７の像の大きさを例えば鏡面２６０凭に
することによって、第１図のものに比べて、約３６倍に
なシ、暗室でなくとも、通常の明るさの部屋内でも観察
できるようになった。前記受光面２７を、テレビカメラ
におきかえても良く、テレビカメラにした場合にはｏ、
１Ｗ程度の非常に暗い点光源を使用しても明白に鏡面２
６を観察できる。
本発明の別の実施例の装置を第３図に示す。第３図にお
いて、３１は点光源、３２は光束、３３は拡散光学系、
３４は投光兼集光光学系、３６は鏡面、３６は集束光学
系、３７は受光面（テレビカメラ）、３８は同一平面で
ある。第３図の拡散光学系３３と集束光学系３６とは、
第２図の拡散光学系２３と集束光学系２６に対して設置
方法に違い５ｈｉ）、ウヨ３．よ投ヵ兼よヵヵ７工。４
よ対して、平行に設置されているため、厳密にいうと、
受光面３７（テレビカメラ）には変形した投影像が現わ
れるが、現実的には、ごく微小な変形であって、第２図
と第３図の装置で観察したところ、受光面３７（テレビ
カメラ）の投影像には変形を確認できなかった。本実施
例に係る装置では同一平面であり、しかも拡散光学系３
３、投光兼集光光学系３４、集束光学系３６の組立時に
設定した平行基準面を使用し、なお且つ、この平行基準
面に対しても光学系を平行に設置できるので、平行度を
微調整なしで、精度よく、しかも、長期にわたって、振
動などの外的な影響に左右されない、狂いの生じない優
れた機構となっている。
いて、３１は点光源、３２は光束、３３は拡散光学系、
３４は投光兼集光光学系、３６は鏡面、３６は集束光学
系、３７は受光面（テレビカメラ）、３８は同一平面で
ある。第３図の拡散光学系３３と集束光学系３６とは、
第２図の拡散光学系２３と集束光学系２６に対して設置
方法に違い５ｈｉ）、ウヨ３．よ投ヵ兼よヵヵ７工。４
よ対して、平行に設置されているため、厳密にいうと、
受光面３７（テレビカメラ）には変形した投影像が現わ
れるが、現実的には、ごく微小な変形であって、第２図
と第３図の装置で観察したところ、受光面３７（テレビ
カメラ）の投影像には変形を確認できなかった。本実施
例に係る装置では同一平面であり、しかも拡散光学系３
３、投光兼集光光学系３４、集束光学系３６の組立時に
設定した平行基準面を使用し、なお且つ、この平行基準
面に対しても光学系を平行に設置できるので、平行度を
微調整なしで、精度よく、しかも、長期にわたって、振
動などの外的な影響に左右されない、狂いの生じない優
れた機構となっている。
次に本発明の装置で実現された凹凸による明暗の拡大機
能を第４図の原理図によって簡単に説明する。簡単のた
め鏡面４１から完全な平行光線がレンズ４２に反射され
てくると考えれば、これらの平行光線４３は当然、レン
ズの焦点４４に集まる。ところが、鏡面４１上に凹凸が
あり、平行からずれた光４５が発生したとすれば焦点４
３を通らない。焦点かられずか離れた黒人に受光面４６
を置いたとすれば、わずかにずれた光４６の受光面４６
上の点は鏡面４１の投影像の外側にまで拡大されてしま
う。実際には、このような極端なことはせず、Ｂ点に受
光面４６を置くので上述のように極端に大きな拡大は行
われないが、短かい焦点距離内で大きく像が拡大する。
能を第４図の原理図によって簡単に説明する。簡単のた
め鏡面４１から完全な平行光線がレンズ４２に反射され
てくると考えれば、これらの平行光線４３は当然、レン
ズの焦点４４に集まる。ところが、鏡面４１上に凹凸が
あり、平行からずれた光４５が発生したとすれば焦点４
３を通らない。焦点かられずか離れた黒人に受光面４６
を置いたとすれば、わずかにずれた光４６の受光面４６
上の点は鏡面４１の投影像の外側にまで拡大されてしま
う。実際には、このような極端なことはせず、Ｂ点に受
光面４６を置くので上述のように極端に大きな拡大は行
われないが、短かい焦点距離内で大きく像が拡大する。
尚、第４図では凸レンズ１枚で画いたが、複数のレンス
系ヤ凹レンズでも同様なことが成り立ち、又、平行光線
でなくとも成り立っている。
系ヤ凹レンズでも同様なことが成り立ち、又、平行光線
でなくとも成り立っている。
次に、本発明の場合と従来の場合との比較実験例を示す
。
。
０．１Ｗの点光源を有す冬第３図に示すような装置を用
いて、３インチシリコン単結晶ウエノ１の表面を観察し
た。このウエノ・表面は鏝面状であり、レーザ干渉装置
でみると、表面の欠陥や、凹凸は全く認められなかった
。しかるに、このウエノ・全本発明に係る第２図の装置
で観察すると、第６図に示すように０．２〜０．３μｍ
に相当する微小な凹凸６２が縞状に観察されており、又
、スポット状の凹み５３（０，３〜０．６．４＋ｍ の
凹部径約２闘）が白点として現われている。黒い直線６
４は２０胴長の傷を示している。なお、ウニ／・５１表
面の下部に見られる黒い「かたまり」６６は試料番号で
ある。写真撮影に際しては、受光面にテレビカメラを設
け、テレビモニター上に写し出し、テレビモニター上の
像を写真機で撮影した。写真機のシャッタースピードは
署 、絞シは４である。
いて、３インチシリコン単結晶ウエノ１の表面を観察し
た。このウエノ・表面は鏝面状であり、レーザ干渉装置
でみると、表面の欠陥や、凹凸は全く認められなかった
。しかるに、このウエノ・全本発明に係る第２図の装置
で観察すると、第６図に示すように０．２〜０．３μｍ
に相当する微小な凹凸６２が縞状に観察されており、又
、スポット状の凹み５３（０，３〜０．６．４＋ｍ の
凹部径約２闘）が白点として現われている。黒い直線６
４は２０胴長の傷を示している。なお、ウニ／・５１表
面の下部に見られる黒い「かたまり」６６は試料番号で
ある。写真撮影に際しては、受光面にテレビカメラを設
け、テレビモニター上に写し出し、テレビモニター上の
像を写真機で撮影した。写真機のシャッタースピードは
署 、絞シは４である。
前述した同一のウニ／・６１を第１図に示すような方法
で観、察した。すなわち、０．１Ｗの点光源で。
で観、察した。すなわち、０．１Ｗの点光源で。
ウェハ５１を照射したが、受光面（スクリーン）上には
、完全な暗室内にも拘らず、像は認めることができなか
った。
、完全な暗室内にも拘らず、像は認めることができなか
った。
以上の様に本発明を用いた装置では、従来検出できなか
った０、２〜０．３μｍの凹凸が縞状、同心円状に数厘
毎にある様子全観察することができ、半導体基板表面等
の鏡面の状態観察、良否の判定等にすぐ扛だ効果を発揮
することができる。
った０、２〜０．３μｍの凹凸が縞状、同心円状に数厘
毎にある様子全観察することができ、半導体基板表面等
の鏡面の状態観察、良否の判定等にすぐ扛だ効果を発揮
することができる。
以上の様に１本発明は、従来の魔鏡を用いた方法に比べ
、約％の小さな装置であり、かつ、受光面の像の大きさ
を鏡面の死にすることができ、像の明るさは約３６倍に
することができ、鏡面の表面状態（巾３〜１０市の高低
差０．２〜０．３μｍに至る緩かな微小凹凸、傷、汚れ
など）を感度よく、しかも、従来法では出来なかった明
るい部屋で簡便に観察し得る視感度を向上させた装置を
得ることができる。又、拡散光学系と集束光学系を同一
平面上に設置することができるので、拡散光学系、集束
光学系、投光兼集光光学系の光学部を一つの装置内にま
とめ上げることができ、装置の簡素化が可能になり、又
、機械加工などで精密に決定された平行平面上に強固に
結合され狂うことがなく。
、約％の小さな装置であり、かつ、受光面の像の大きさ
を鏡面の死にすることができ、像の明るさは約３６倍に
することができ、鏡面の表面状態（巾３〜１０市の高低
差０．２〜０．３μｍに至る緩かな微小凹凸、傷、汚れ
など）を感度よく、しかも、従来法では出来なかった明
るい部屋で簡便に観察し得る視感度を向上させた装置を
得ることができる。又、拡散光学系と集束光学系を同一
平面上に設置することができるので、拡散光学系、集束
光学系、投光兼集光光学系の光学部を一つの装置内にま
とめ上げることができ、装置の簡素化が可能になり、又
、機械加工などで精密に決定された平行平面上に強固に
結合され狂うことがなく。
長期の安定性がある。
第１図は従来より伝わる魔鏡の原理を示す図、第２図及
び第３図は本発明の実施例の観察装置を示す概略図、第
４図は本発明の装置による凹凸を拡大する機能を説明す
る図、第６図は本発明の装置で得られたウェハの表面状
態１図である。 ２１．３１・・・・・・点光源、２２．３２・・・・・
・光束、２３．３３・・・・・・拡散光学系、２４．３
４・・・・・・投光兼集光光学系、２５．３５・・・・
・・鏡面、２６ 、３６・・・・・・集束光学系、２７
．３７・・・・・・受光面（テレビカメラ）、２８．３
８・・・・・・拡散光学系と集束光学系が有する同一平
面、６１・・・・・・シリコン単結晶ウェハ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 ［ ？Ｖ 第３図
び第３図は本発明の実施例の観察装置を示す概略図、第
４図は本発明の装置による凹凸を拡大する機能を説明す
る図、第６図は本発明の装置で得られたウェハの表面状
態１図である。 ２１．３１・・・・・・点光源、２２．３２・・・・・
・光束、２３．３３・・・・・・拡散光学系、２４．３
４・・・・・・投光兼集光光学系、２５．３５・・・・
・・鏡面、２６ 、３６・・・・・・集束光学系、２７
．３７・・・・・・受光面（テレビカメラ）、２８．３
８・・・・・・拡散光学系と集束光学系が有する同一平
面、６１・・・・・・シリコン単結晶ウェハ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 ［ ？Ｖ 第３図
Claims (2)
- （１）光を発生する点光源と、前記点光源からの光束の
光路を微少偏角させ、微少拡大光束にする拡散光学系と
、この微少拡大された光束を集束し被観察試料表面に投
射し且つ被観察試料表面よシの反射光を集光する投光兼
集光光学系と、前記投光兼集光光学系で集光した光束を
さらに集束し受光面に投射する集束光学系とを有するこ
とを特徴とする表面微小観察装置。 - （２）拡散光学系と、投光兼集光光学系と、集束光学系
が、被観察試料表面に対し、平行に形成さｆＬ。 且つ、前記拡散光学系と前記集束光学系の主平面が、は
ぼ同一平面を形成することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の表面微小観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6272982A JPS58179303A (ja) | 1982-04-14 | 1982-04-14 | 表面微小観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6272982A JPS58179303A (ja) | 1982-04-14 | 1982-04-14 | 表面微小観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58179303A true JPS58179303A (ja) | 1983-10-20 |
| JPH044526B2 JPH044526B2 (ja) | 1992-01-28 |
Family
ID=13208743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6272982A Granted JPS58179303A (ja) | 1982-04-14 | 1982-04-14 | 表面微小観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58179303A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6148751A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-10 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 表面欠陥検出方法 |
| US7508522B2 (en) | 2004-02-16 | 2009-03-24 | Konica Minolta Sensing, Inc. | Reflected light measuring apparatus and reflected light measuring method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5034851A (ja) * | 1973-07-31 | 1975-04-03 | ||
| JPS5355983A (en) * | 1976-10-31 | 1978-05-20 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | Automatic micro defect detector |
| JPS55101002A (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-01 | Hitachi Ltd | Inspecting method for mirror face body |
-
1982
- 1982-04-14 JP JP6272982A patent/JPS58179303A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5034851A (ja) * | 1973-07-31 | 1975-04-03 | ||
| JPS5355983A (en) * | 1976-10-31 | 1978-05-20 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | Automatic micro defect detector |
| JPS55101002A (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-01 | Hitachi Ltd | Inspecting method for mirror face body |
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|---|---|---|---|---|
| JPS6148751A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-10 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 表面欠陥検出方法 |
| US7508522B2 (en) | 2004-02-16 | 2009-03-24 | Konica Minolta Sensing, Inc. | Reflected light measuring apparatus and reflected light measuring method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH044526B2 (ja) | 1992-01-28 |
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