JPH012174A - 微細パタ−ン検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 微細パターン検知装置であって、直線偏光変換手段、偏
光ビームスプリフタ、スリット付偏光フィルタお゛よび
四分の一波長板を光路に使用し、レンズの収束性および
偏光を応用して光学系を構成することによって、可動部
分を用いることなく１つの対物レンズでライン照明光を
被検知対象上に照射し、また、被検知対象で反射された
ライン照明光を検出して被検知対象の微細パターンを検
知することを可能とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、微細パターン検知装置に関し、特に、１つの
対物レンズおよびライン照射光を用いて微細パターンの
検知を行う微細パターン検知装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の高集積度化および半導体素子の小型
化に伴って半導体装置の配線パターンも微細化されてお
り、１μｍまたはそれ以下の線幅の配線パターンの形成
が可能となっている。

従来、半導体装置の配線パターン等の検査は、検査者が
顕微鏡を使用して三次元形状を観察する人の目視による
検査が主流であった。しかし、近年、半導体装置の配線
パターンは１μｍまたはそれ以下の線幅まで微細化され
、もはや人の目視による検査は不可能となって来ている
。このような状況下において、半導体装置の配線パター
ン等の微細パターンを自動的に検知できる装置が幾つか
提案されている。

第６図は従来の微細パターン検知装置の一例を模式的に
示す図であり、１つの対物レンズを使用して被検知対象
のパターンを検知するものである。

同図において、レーザ光源１０１から照射されたレーザ
光はミラー１０２で反射され、さらに、ハーフミラ−１
０３を透過して対物レンズ１０６に供給される。対物レ
ンズ１０６に供給されたレーザ光は、被検知対象１０９
上に対してスポット状に集光される。

この対物レンズ１０６によりスポット状に集光されたス
ポット照明光は、被検知対象１０９で反射されて対物レ
ンズ１０６により検出される。この対物レンズ１０６で
検出された検出光は、ハーフミラ−１０３で反射され、
レンズ１０８で集光されてＣＣＤ光検知器１０７で検知
される。この微細パターン検知装置は、被検知対象１０
９上に集光されたスポット照明光をＸ軸方向およびｙ軸
方向に走査させて被検知対象１０９の微細パターンをヰ
★知するようになされている。

第７図は従来の微細パターン検知装置の他の例を模式的
に示す図であり、２つの対物レンズおよドライン照射光
を用いて被検知対象のパターンを１知するものである。

同図において、レーザ光源０１から照射されたレーザ光
はミラー１０２で反射５れ、さらに、直線状のスリット
１０４ｂを有するスＪ）板１０４を透過して照明用対物
レンズ１０６ａに供合される。照明用対物レンズ１０６
ａに供給された直泉状のレーザ光は、被検知対象１０９
上にスリット０４ｂの長手方向と直角方向で直線状のラ
イン照明丸に集光される。照明用対物レンズ１０６ａに
より直線状に集光されたライン照明光は、被検知対象１
０９で反射されて検出用対物レンズ１０６ｂにより検出
される。そして、検出用対物レンズ１０６ｂで検出され
た検出光は、ＣＣＤ光検知器１０７で検知されることに
なる。

第８図は第７図の微細パターン検知装置においてライン
照明光が形成される様子を示す図である。

第８図に示されるように、スリット板１０４に形成され
たスリット１０４ｂは、幅Ｘ、。（Ｘ軸方向の長さ）が
１０〜３０μｍ程度、高さｙｌ。（ｙ軸方向の長さ）が
照明用対物レンズ１０６ａの口径である１０〜３０ｍｍ
程度に形成されている。このスリ・７ト１０４ｂを透過
したレーザ光は、スリット形状に対応してＸ軸方向が短
く、ｙ軸方向が照明用対物レンズ１０６ａの口径程度の
直線状であるが、照明用対物レンズ１０６ａにより被検
知対象１０９上に集光された光は、Ｘｚｏ（Ｘ軸方向の
長さ）が長く、ｙ２゜（ｙ軸方向の長さ）が短い微細な
直線状のライン照明光となる。これは、レンズの収束性
から最小スポット径Ｗがレンズの開口数Ｎ、Ａ、および
光の波長λによって、’ｗ＝λ／２・Ｎ　、　Ａ　、　
Ｊの式で示され、レンズの開口数Ｎ、Ａ、が大きい程、
最小スポット径Ｗが小さくなるためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、第６図に示される従来の微細パターン
検知装置は、１つの対物レンズ１０６によってスポット
照明光の集光および被検知対象１０９で反射されたスポ
ット照明光の検出を行うために、被検知対象１０９上に
集光されたスポット照明光をＸ軸およびｙ軸方向に走査
させなければならず、微細パターンの検知に長時間を要
する問題点がある。

また、第７図に示される従来の微細パターン検知装置は
、ライン照明光で微細パターンの検知を行えるので、検
知に要する時間は短いものの、ライン照明光を被検知対
象１０９上に集光する照明用対物レンズ１０６ａと被検
知対象１０９で反射されたライン照明光の検出する検出
用対物レンズ１０６ｂとがそれぞれ独立して設けられて
いるため、これら２つの対物レンズ１０６ａおよび１０
６ｂによる２つの光学系の調整を行わなければならず、
光学系の調整には高度な技術を要するだけでなく、光学
系の調整に要する時間も長くなる問題点がある。

本発明は、上述した従来形の微細パターン検知装置の有
する問題点に鑑み、直線偏光変換手段、偏光ビームスプ
リフタ、スリット付偏光フィルタおよび四分の一波長板
を光路に使用し、レンズの収束性および偏光を応用して
光学系を構成することによって、光学系の調整を簡単に
し検知速度を向上させた微細パターン検知装置の提供を
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る微細パターン検知装置の構成を示
すブロック図である。

本発明によれば、レーザ光源１と、該レーザ光源１から
照射されたレーザ光を第１の方向を有する直線偏光のレ
ーザ光に変換する直線偏光変換手段２と、前記第１の方
向を有する直線偏光のレーザ光を透過させる偏光ビーム
スプリッタ３と、前記第１の方向を有する直線偏光のレ
ーザ光を遮断する該第１の方向と直角な第２の方向の偏
光面を有し、中央に直線状のスリットが形成されたスリ
ット付偏光フィルタ４と、前記スリット付偏光フィルタ
４のスリットを透過した直線偏光のレーザ光を円偏光に
変換する四分の一波長板５と、前記円偏光のレーザ光を
直線状のライン照明光として被検知対象９上に集光する
対物レンズ６と、を具備し、前記被検知対象９で反射さ
れたライン照明光を前記対物レンズ６で検出し、該対物
レンズ６で検出された円偏光の検出光を前記四分の一波
長板５で前記第２の方向を有する直線偏光に変換し、さ
らに、前記スリット付偏光フィルタ４の全面を透過して
前記偏光ビームスプリッタ３により入射方向と直角方向
に反射された検出光を検知する検知手段７と、を備えた
ことを特徴とする微細パターン検知装置が提供される。

〔作　用〕

上述した構成を有する本発明の微細パターン検知装置に
よれば、レーザ光源１から照射されたレーザ光は、直線
偏光変換手段２により第１の方向を有する直線偏光のレ
ーザ光に変換され、偏光ビームスプリンタ３を透過する
。そして、第１の方向を有する直線偏光のレーザ光は、
スリット付偏光フィルタ４の直線状のスリットだけを透
過し、四分の一波長板５により円偏光に変換されて対物
レンズ６に供給される。円偏光に変換されたレーザ光は
、対物レンズ６により直線状のライン照明光として被検
知対象９上に集光される。

被検知対象９上に集光された直線状のライン照明光は、
被検知対象９で反射されて対物レンズ６により検出され
る。このとき、第１の回転方向を有する円偏光のライン
照明光は、被検知対象９で反射されて第１の回転方向と
逆向きの第２の回転方向を有する円偏光となって対物レ
ンズ６で検出される。対物レンズ６で検出された円偏光
の検出光は、四分の一波長板５で第１の方向と直角な第
２の方向を有する直線偏光に変換され、さらに、スリッ
ト付偏光フィルタ４の全面を透過して偏光ビームスプリ
ッタ３により入射方向と直角方向に反射される。この偏
光ビームスプリッタ３で反射された検出光は、検知手段
７によって検知され被検知対象の微細パターンの検知が
行われることになる。

これにより、可動部分を用いることなく１つの対物レン
ズで直線状のライン照明光を被検知対象上に照射し、ま
た、被検知対象で反射されたライン照明光を検出して被
検知対象の微細パターンを検知することができる。その
ため、本発明の微細パターン検知装置は、光学系の調整
が簡単で微細パターンの検知を高速で行うことができる
。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る微細パターン検知装
置の一実施例を説明する。

第２図は本発明の微細パターン検知装置の一実施例を模
式的に示す図であり、第３図は第２図の微細パターン検
知装置における照明用光学系を説明するための図である
。

第２図に示されるように、レーザ光源１と被検知対象９
とを結ぶ光路の間には、レンズ系１ａ、偏光フィルタ２
、偏光ビームスプリッタ３、スリット付偏光フィルタ４
、四分の一波長板５および対物レンズ６が配置されてい
る。また、対物レンズ６で検出され、四分の一波長板５
およびスリット付偏光フィルタ４を透過し、偏光ビーム
スプリッタ３で反射された光は検知装置７で検知される
ようになされている。

まず、第２図〜第４図を参照して、本実施例の微細パタ
ーン検知装置における照明用光学系を説明する。

レーザ光源１から照射されたレーザ光は、レンズ系１ａ
を介して偏光フィルタ２に供給され、この偏光フィルタ
２によってｙ軸方向を有する直線偏光のレーザ光に変換
される。偏光フィルタ２でｙ軸方向を有する直線偏光に
変換されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３を透過
してスリット付偏光フィルタ４に供給される。このとき
、レーザ光のビーム形状は円形状とされている。

スリット付偏光フィルタ４は、第４図に示されるように
、Ｘ軸方向の偏光面を有する偏光フィルタ部４ａおよび
偏光フィルタ部４ａの中央に形成された透明なｙ軸方向
の直線状スリット部４ｂで構成されている。ところで、
ｙ軸方向を有する直線偏光のレーザ光は、Ｘ軸方向の偏
光面を有する偏光フィルタ部４ａを透過することができ
ず、ｙ軸方向の直線状スリット部４ｂのみを透過するこ
とになる。

ここで、直線状スリット部４ｂの形状は、幅Ｘ　＋（ｘ
軸方向の長さ）が１０〜３０μｍ程度、高さｙ　＋（ｙ
軸方向の長さ）が対物レンズ６の口径である１０〜３０
ｍｍ程度に形成されている。この直線状スリット部４ｂ
を透過したレーザ光のビーム形状は、スリット形状に対
応してＸ軸方向が短く、ｙ軸方向が対物レンズ６の口径
程度の直線状である。

このように、スリット付偏光フィルタ４の直線状スリッ
ト部４ｂを通過したｙ軸方向を有する直線偏光のレーザ
光は、四分の一波長板５によって右まわりの円偏光のレ
ーザ光に変換され、対物レンズ６に供給される。ここで
、対物レンズ６に供給されるレーザ光のビーム形状は、
四分の一波長板５によって変化させられることはなく、
スリット付偏光フィルタ４の直線状スリット部４ｂのス
リット形状に対応したものである。

四分の一波長板５を透過した右まわりの円偏光のレーザ
光は、対物レンズ６により被検知対象９上にスリット付
偏光フィルタ４の直線状スリット部４ｂの長平方向と直
角な方向の直線状のライン照明光として集光される。す
なわち、スリット付偏光フィルタ４の直線状スリット部
４ｂを透過したし一ザ光は、スリット形状に対応してＸ
軸方向が短く、ｙ軸方向が対物レンズ６の口径程度の直
線状であるが、対物レンズ６により被検知対象９上に集
光された光は、Ｘ軸方向の長さが長く、ｙ軸方向の長さ
が短い微細な直線状のライン照明光となる。このＸ軸方
向に長いライン照明光をｙ軸方向に走査することによっ
て、短時間に微細パターンの検知を行うことが可能とな
る。

次に、本実施例の微細パターン検知装置における検出用
光学系を説明する。

第５図は第２図の微細パターン検知装置における検知用
光学系を説明するための図である。

対物レンズ６により被検知対象９上に集光された右まわ
りの円偏光を有するライン照明光は、被検知対象９で反
射され、対物レンズ６により検出されることのなる。こ
の対物レンズ６で検出される光は、被検知対象９により
反射された光なので、ライン照明光が有する右まわりの
円偏光とは逆の左まわりの円偏光を有することになる。

そして、対物レンズ６により検出された左まわりの円偏
光を有する検出光は、四分の一波長板５によりＸ軸方向
を有する直線偏光のレーザ光（検出光）に変換される。

このように、本実施例は１つの対物レンズ６によって、
被検知対象９上へのライン照明光の集光と被検知対象９
による反射光の検出との両方を行うことができるので、
光学系の調整が簡単でしかも短時間で調整を行うことが
できる。

この対物レンズ６によりＸ軸方向を有する直線偏光に変
換された検出光は、スリット付偏光フィルタ４のＸ軸方
向の偏光面を有する偏光フィルタ部４ａを透過すること
ができる。すなわち、スリット付偏光フィルタ４の偏光
フィルタ部４ａと直線状スリット部４ｂの両方を透過す
ることができ、Ｘ軸方向の直線偏光を有する検出光は、
そのまま偏光ビームスプリッタ３に供給され、検出光が
入射するｚ軸方向と直角なｙ軸方向に反射される。

偏光ビームスプリッタ３によりｙ軸方向に反射された検
出光は、ＣＣＤ光検知器７で検知されることになる。こ
こで、ＣＣＤ光検知器７は複数のＣＣＤ素子が並べられ
たもので、このＣＣＤ光検知器７で行われる画像処理は
、従来の微細パターン検知装置と同様であり、例えば、
ライン照明光のぼけによる太さの変化および反射強度の
変化等とパターンの高さとの関係により微細パターンを
検知するようになされている。以上において、四分の一
波長板５によりＸ軸方向を有する直線偏光に変換された
検出光、スリット付偏光フィルタ４の全面を透過した検
出光および偏光ビームスプリンタ３によりｙ軸方向に反
射された検出光の視野形状は、対物レンズ６で検出され
た検出光の形状と等しい円形状である。

上述したように、本実施例によれば、Ｘ軸方向に長いラ
イン照明光をｙ軸方向に走査することによって、短時間
で広範囲の微細パターンを検知することができ、しかも
、１つの対物レンズ６によって、被検知対象９上へのラ
イン照明光の集光と被検知対象９による反射光の検出と
の両方を行うので光学系の調整を簡単に、且つ、短時間
に行うことができる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明に係る微細パターン検知
装置は、直線偏光変換手段、偏光ビームスプリッタ、ス
リット付偏光フィルタおよび四分の一波長板を光路に使
用し、レンズの収束性および偏光を応用して光学系を構
成することによって、光学系の調整を簡単にし検知速度
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微細パターン検知装置の構成を示
すブロック図、 第２図は本発明の微細パターン検知装置の一実施例を模
式的に示す図、 第３図は第２図の微細パターン検知装置における照明用
光学系を説明するための図、 第４図は第２図の微細パターン検知装置に使用するスリ
ット付偏光フィルタを示す平面図、第５図は第２図の微
細パターン検知装置における検知用光学系を説明するた
めの図、 第６図は従来の微細パターン検知装置の一例を模式的に
示す図、 第７図は従来の微細パターン検知装置の他の例を模式的
に示す図、 第８図は第７図の微細パターン検知装置においてライン
照明光が形成される様子を示す図である。 （符号の説明） １・・・レーザ光源、 ２・・・直線偏光変換手段、 ３・・・偏光ビームスプリンタ、 ４・・・スリット付偏光フィルタ、 ５・・・四分の一波長板、 ６・・・対物レンズ、 ７・・・検知手段、 ９・・・被検知対象。 構成を示すブロック図 第１図 本発明の微細パターン検知装置の 照明用光学系を説明するだめの図 １０〜３０ｐｍ 第２図の微細パターン検知装置に使用するスリット付偏
光フィルタを示す平面図 第４図 検知用光学系を説明するだめの図 第５図 従来の微細・リーン検知装置の一例を 模式的に示す図 第６図 １０１・・　レーザ光源 ＋０２・　ミラー ＋０３・・・ハーフミラ− ＋０６・　対物レンズ １０７・・・ＣＣＤ元検知器 １０８・・　レンズ ＋０９・　被検知対象 従来の微細パターン検知装置の他の例 を模式的に示す図 ′第７図 ライン照明光が形成される様子を示す因業８図 １０４ｂ・・・スリノト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源（１）と、 該レーザ光源（１）から照射されたレーザ光を第１の方
   向を有する直線偏光のレーザ光に変換する直線偏光変換
   手段（２）と、 前記第１の方向を有する直線偏光のレーザ光を遮断する
   該第１の方向と直角な第２の方向の偏光面を有し、中央
   に直線状のスリットが形成されたスリット付偏光フィル
   タ（４）と、 前記スリット付偏光フィルタ（４）のスリットを透過し
   た直線偏光のレーザ光を円偏光に変換する四分の一波長
   板（５）と、 前記円偏光のレーザ光を直線状のライン照明光として被
   検知対象（９）上に集光する対物レンズ（６）と、 を具備し、前記被探知対象（９）で反射されたライン照
   明光を前記対物レンズ（６）で検出し、該対物レンズ（
   ６）で検出された円偏光の検出光を前記四分の一波長板
   （５）で前記第２の方向を有する直線偏光に変換しさら
   に、前記スリット付偏光フィルタ（４）の全面を透過し
   て前記偏光ビームスプリッタ（３）により入射方向と直
   角方向に反射された検出光を検知する検知手段（７）と
   、を備えたことを特徴とする微細パターン検知装置。 ２、前記直線偏光変換手段（２）は、前記第１の方向の
   偏光面を有する偏光フィルタで構成されている特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 ３、前記偏光ビームスプリッタ（３）は、前記第１の方
   向を有する直線偏光のレーザ光を透過させると共に、前
   記第２の方向を有する直線偏光のレーザ光を入射方向と
   直角方向に反射するようになっている特許請求の範囲第
   １項に記載の装置。 ４、スリット付偏光フィルタ（４）は、前記第１の方向
   を有する直線偏光のレーザ光を遮断すると共に前記第２
   の方向を有する直線偏光のレーザ光を透過させる偏光フ
   ィルタ部、および、該偏光フィルタ部の中央に形成され
   た直線状スリット部を備えている特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ５、前記直線状スリット部は、長手方向が偏光フィルタ
   部の偏光方向と同一となるように形成されている特許請
   求の範囲第４項に記載の装置。 ６、前記四分の一波長板（５）は、前記スリット付偏光
   フィルタ（４）の直線状スリット部を透過した前記第１
   の方向を有する直線偏光のレーザ光を第１の回転方向を
   有する円偏光のレーザ光に変換すると共に、前記対物レ
   ンズ（６）で検出された前記第１の回転方向と逆向きの
   第２の方向を有する直線偏光の検出光に変換するように
   なっている特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ７、前記対物レンズ（６）は、前記四分の一波長板（５
   ）を透過した前記第１の回転方向を有する円偏光のレー
   ザ光を前記第１の回転方向を有する円偏光のレーザ光を
   前記被探知対象（９）上に前記直線状スリット部の長手
   方向と直角な方向の直線状のライン照明光として集光す
   ると共に、前記被探知対象（９）で反射されて前記第２
   の回転方向を有する円偏光のライン照明光を検出するよ
   うになっている特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ８、前記検出手段（７）は、配列された複数のＣＣＤ素
   子で構成されている特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。