JPH01245215A - 拡張視野の走査共焦光学検鏡的及び深度別的試験の方法とそのための装置 - Google Patents

拡張視野の走査共焦光学検鏡的及び深度別的試験の方法とそのための装置

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JPH01245215A
JPH01245215A JP1016073A JP1607389A JPH01245215A JP H01245215 A JPH01245215 A JP H01245215A JP 1016073 A JP1016073 A JP 1016073A JP 1607389 A JP1607389 A JP 1607389A JP H01245215 A JPH01245215 A JP H01245215A
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light beam
beams
light beams
focusing
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JP1016073A
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Bernard Picard
ベルナール　ピカール
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は拡張視野の走査芸無光学検鏡的かつ深度別的試
験の方法と、前記の方法を実行するための装置に関する
。
［従来の技術］ 本発明はとくに高速度で実施される深度別拡張視野の検
鏡光学画像の形成、とくにマイクロエレクトロニクス検
査に係る。
一般に走査芸無光学検鏡法を実施するための手順は次の
とうりである。
集光システムに向けられる光ビームが形成される。
前記集光システムを用いてビームが研究対象に集光され
る。
分離板を用いて試験対象から反射した光ビームがデジタ
ル検出、分析及び検出信号の処理のためのシステムに送
られる。
分離板から送られた照度が検出され、検出信号がデジタ
ル方式で分析、処理される。
固定された対象に対して光ビームを移動するか、又は固
定されたビームに対して対象を移動することによって研
究対象上で光ビームの走査が行なわれる。
上記の方法を実行可能な公知の装置を第１図に概略的に
示す。
レーザーのような車色光源１ｏから発する光ビームは空
間的にフィルタをかけられ、集光装置１２によって集光
されるが、前記集光は例えばレンズを用いて、又、フィ
ルタリング（光を光学用フィルタで処理すること、以下
、濾光ということがある。）は例えばダイアフラムによ
って行なわれる。それによってビーム断面に均一に配分
される照度を得ることが可能になる０次にビームはレン
ズのような集光装置１４によって研究対象１６上に再集
光される。ビームは試験対象から反射して分離板１８に
よって、検出信号のデジタル分析と処理のためのシステ
ムと接続された検出システム２０へと戻される。検出シ
ステム２０は集光装置１４の焦点の共役点に置かれたダ
イアフラムから成っている。デジタル処理の後に得られ
た画像は顕微鏡スケール上の試験対象１６の反射性の変
化を表わす。その開口が例えば数１０ミクロンであるダ
イアフラム２１によって試験対象において集光されない
ビームから派生する光線の検出を避けることが可能にな
る。画像の形成に関する焦点はずれの効果は第２図に示
す。
ＦＯは集光装置１４を通過後のビームの焦点である。
対象１６が集光装置１４の焦点面の内側に置かれた場合
、点ＦＯの共役点はダイアフラム２！の面の内側に位置
する点Ｆ’Ｏである。この面の内側の光点の寸法はその
とき最小であり、検出システム２０により集められるエ
ネルギは最大である。
対象が集光装置１４の焦点面から離されると、対象から
反射した光ビームの画像Ｆ’＋はＦ′。
から離れる。ダイアフラム２１の面の内側の光点は拡大
し、検出システム２０により集められる光エネルギは以
前より大幅に小さい。
このようなダイアフラム２１の存在において、顕微鏡が
実際の芸無モードで用いられる。ダイアフラム２１は、
これを用いずに得られる画像の解像度と比較して約１．
４倍の最終画像の解像度を得ることを可能にする。
対象１６上のビームの走査を行なうために用いられる装
置は第１図には図示していない。
この種の装置では、視野の深度は極めて小さく、０．３
乃至０．５μｍである。
第１図に示す装置の使用を基本にして、拡張視野温度別
光学画像形成を行なうことが可能である。例えば０．５
μｍの連続間隔の高さにてカットを行なうだけでよい、
公知の方法で、高さ２゜にて対象１６の走査が行なわれ
、次に対象１６を装置の軸２に沿って高さｚ２まで移動
させ、そこで新たに走査が行なわれ、以下同様である。
この方法はトニー・ウィルソン、コーワン・シェパード
共著「走査光学検鏡法の理論と実際」（１９８４年、ア
カデミツク・プレス刊）の第５章１２３ページに開示さ
れている。
［発明が解決しようとする課題］ 獲得される視野の深度はその際、作成された連続カット
の数によって限定される。
蓼 この方法は連続画像をいくつか取得する必要があるとい
う欠点を有し、このことによって顕微鏡の光学画像形成
の速度が著しく低減する。現在使用されている公知の装
置によれば、対象１６（視野の深度０．５μｍ）のカッ
ティングからの画像形成には２秒も要する。画像モニタ
ーを備えた同期装置の場合、画像形成時間は画像モニタ
ーのフレーム４の走査時間である。これらの時間は所望
の拡張された視野の深度に対応する所望の連続画像の数
だけ倍増することになる。
［課題を解決するための手段］ 本発明によって、試験対象１６のビームによる単一の走
査で拡張視野の深度別走査光宇検鏡を実行することが可
能である。連続的な画像取得が不要であり、従って完全
な画像の取得速度が著しく縮まる。
本発明の厳密な目的は拡張視野の走査芸無光学検鏡及び
深度別試験の実施方法を提供することである。この方法
は以下の各段階から成っている。
・少なくとも１つの特性に於て相互に区別される複数の
二次光ビーム（要素光ビーム）から成る一次光ビーム（
該要素光を集合させた光ビーム）が形成される。
・−次ビームを集光装置へと向ける。
・異なる高さのポイントで集光装置によって試験対象上
に各二次光ビームを集光する。
・試験対象から反射した二次光ビームを検出システムへ
と送る。
・二次ビームの照度を検出する。
・検出された信号をデジタル分析、且つ処理する。
・試験対象の全てについて一次光ビームの走査を行なう
。
この方法の特徴に基づき、二次ビームはそれぞれについ
て固有な態様で一時的に変調される振幅に於て相互に区
別される。
なお、光ビームを単にビームということがある。
本発明は上記の方法を実行する装置をも含んでいる。こ
の装置は、 試験対象の方向に延びる一次光ビームを発する光源と、 空間的濾光及び集光装置と、 試験対象から反射した光ビームを戻す分離板と、 集光装置の共役点におかれたダイアフラムを含んで成り
、出力に信号を供給する検出システムと、 検出システムの出力に接続された人力を有するデジタル
処理及び分析システムとから構成される。
前記光源は多色であり、一次光ビームは波長が異なる複
数の二次ビームから成る。又、集光装置は色収差（波長
によって異なる焦点に光が集光されること）を生じる。
この装置は各焦点面を区別せず、試験対象１６の高低が
現われない画像を供給する。すなわち表面の細部は当該
表面の高さにかかわりなく同一面上に現われる。
一実施例では、装置は次のシステムを備えている。
分離板より戻された試験対象からの反射ビームの光路上
に配置され、前記反射ビームを構成する波長の異なる二
次ビームを空間的に分離する側方分散光学システム、及
び、 側方分散光学システムにより分離された二次ビームをそ
れぞれ受けるのに適した検出システムである。各検出シ
ステムは集光装置の焦点の共役点に配置されたダイアフ
ラムを含んで成り、検出システムは前記信号の処理と分
析のためのシステムの入力に接続された出力に信号を供
給する。
この上述の実施例によって試験対象の高低は再び確立さ
れることができる。
視野の深度の範囲は集光装置の軸方向の色分散と、多色
光源の色（波長）の拡張（広がり）に対応する。
一実施例では側方分散光学素子は回折格子である。
別の実施例では、側方分散光学素子はプリズムである。
別の実施例では本発明に基づく装置は光源と濾光及び集
光装置との間の一次ビームの光路内の次の装置から成っ
ている。すなわち、 各二次ビームを空間的に分離する装置と、特定の周波数
でそれぞれの二次ビームの振幅を一時的に変調する装置
と、 一次ビームを再形成するために各二次ビームを重ねて、
前記−次ビームを空間的濾光及び集光装置へと向けるよ
うにする装置である。
一実施例では、各二次ビームを空間的に分離する装置は
分離板と、分離板を通過した後に残りの一次ビームを戻
して二次ビームを形成するミラーを含んでいる。二次ビ
ームを重ねる装置は分離板と、−次ビームからの二次ビ
ームの最初の分離から誘導された二次ビームを戻すため
のミラーとを含んでいる。分離板は二次ビームの１つだ
けを反射し、別のビームは反射しない。
別の実施例では、二次ビームを空間的に分離する装置は
回折格子と、レンズ通過後は二次光ビームが平行になる
ためのレンズとを含んでおり、又、二次ビームを重ねる
装置は前記二次ビームが通過するレンズと、重ねられた
ビームを空間的濾光及び集光装置へと回帰させる回折格
子とを具備している。
一実施例では、それぞれの二次ビームの振幅を一時的に
変調する装置は音響光学素子である。
一実施例では多色光源は少なくとも２つの波長が異なる
ビームを発光するレーザーである。
別の実施例では多色光源は波長が異なるビームを発光す
る少なくとも２つのレーザーから構成される。
別の実施例では、本発明に基づく装置は試験対象の方向
に延びる一次光ビームを発する光源を具備している。そ
れは更に、 一次光ビームを複数の二次ビームに分割し且つ各二次ビ
ームの振幅を特定周波数で一時的に変調する装置へ二次
ビームを整然と送るための装置と、 各二次ビームの異なる集光を可能にする集光装置と、 二次ビームを再結合し且つ回帰させ、−次ビームを再結
合により生成させる装置と、 第一集光システムと、 異なる高さにて二次ビームがそれぞれ集光されることを
可能にする第２集光システムとを含み、 試験対象から反射したビーム、すなわち反対方向に装置
の各素子を再通過した反射ビームの光路上の一次ビーム
の分離装置と光源との間に配置された分離板は濾光及び
集光システムを用いて前記反射ビームを検出システムへ
と送る。
上記装置の一実施例では、それぞれの二次ビームの振幅
変調はそれぞれの二次ビームごとに同一周波数にて行な
われ、それぞれの変調の位相は異っている。
上記装置の一実施例では、それぞれの二次ビームの振幅
変調はそれぞれの二次ビームごとに異なる周波数で行な
われる。
［実施例］ 次に本発明の実施例を第３図乃至第７図を参照しつつ詳
細に説明する。これは単に説明上の実施例であり、何ら
本発明を限定するものではない。
第３図は本発明に基づく装置を示す、多色光源１１は複
数の二次ビームから成る一次光ビームを発する。光源１
１は、活性物質がアルゴンであり且つ例えばいくつかの
波長で光を放射するレーザーでよい。光源は例えば異な
る波長で光を放射するいくつかのレーザーの組合せでも
よい。−次ビームは断面の照度が均等に配分されたビー
ムを得られるように集光及び濾光装置１２によって集光
され且つ空間的に濾光される。これらの集光及び濾光装
置１２は例えばダイアフラム及び色消しレンズにより構
成され、ダイアフラムの開口は色消しレンズの焦点に位
置している。
次に一部ビームは、例えば同一種類のガラス製のレンズ
により軸色を生ずる集光装置３０によフて試験対象（図
示せず）上に再集光される。それぞれの二次ビームは同
一の焦点を有していない。
すなわち焦点は高さＺｌ、Ｚ２・・・Ｚｎにわたって分
布しており、ｎの全体数は一部ビーム内に存在する二次
ビームの数と等しい。焦点の高さの軸を表わす軸２は装
置の軸と合体する。
二次ビームは試験対象から反射して分離板１８によって
検出装置２０へと戻される。
それぞれの探査ポイントについて試験対象が一部ビーム
によって走査されるとき、試験対象の表面上で正しく集
光された１つの二次ビームだけが、その焦点の共役点Ｐ
にて再集光される。−方、試験対象の表面上で集光され
る各ビームは、共役点Ｐである同一の焦点で集光装置３
０によって再集光される。
検出装置２０の一部を形成するダイアフラム２１の存在
によって、試験対象の表面上に正しく集光されない二次
ビームを濾光することが可能となる。
検出システムは一つの出力で処理及び分析装置２２によ
ってデジタル分析・処理される信号を発する。
この装置は試験対象の表面上で正しく集光された全ての
ビームを均等に処理する。これは対象の高低に関する情
報を提供せず、例えば０．５μｍの特定の厚さにおよぶ
対象の表面状態に関する情報を提供するのみである。
試験対象の高低の分析と処理を可能にするため、本発明
に基づ〈発明の変型が第４図Ａに提案されている。
第４図Ａは簡略化のために、高さＺＩ、Ｚ２及びｚ３に
て集光される３つの二次ビームを示しているが、決して
これに限定されるものではない。
側方分散光学システム３２が、試験対象から反射され、
分離板１８により戻される二次ビームの光路上に配置さ
れている。
このようにして、各二次ビームが空間的に分離され、そ
れぞれが検出システム２０に送られる。
第４図Ｂは、側方分散システム３２が回折格子３２′で
もよいことを示している。第４図Ｃは側方分散システム
３２はプリズム３２“でよいことを示している。
それぞれの検出システム２０は各二次ビームの焦点の共
役点Ｐに配置されたダイアフラム２１を含んで成ってい
る。
検出装置２０はその出力から、分析及び処理装置２２に
よりデジタル分析・処理される信号を発する。
デジタル処理の後、この装置は試験対象のそれぞれの探
査ポイントについて、対象の表面上で正しく集光された
二次ビームの高さを復元することが可能である。
本発明に基づく装置の別の態様でも同一の結果を得るこ
とが可能である。
第５図は光源１１から発した一部ビームに含まれる二次
ビームが装置３４によって空間的に分離されることを示
している。限定するためではなく簡略化するため、この
図面では３つの二次ビームしか示していない。それぞれ
の二次ビームは変調装置３６によって特定の周波数にて
振幅変調される。次に二次ビームは、二次ビームを分離
するために用いられたものと同類の装置３８によって一
部ビームを再形成するために重ねられる。これらの重畳
及び空間的分離装置３４．３８は、例えば二次ビームの
１つだけを反射し、別の二次ビームは反射しないように
加工された分離板である。
検出システム２０は分離板１８により戻されたそれぞれ
の二次ビームを復調する装置から成っている。
第６図は二次ビームを分離し、振幅変調し且つそれらを
再結合することが可能な別の装置を示す。
光源から発する一部ビームを構成する二次ビームは回折
格子４０によって空間的に分離される。
レンズ４２によって、二次ビームの伝播方向を平行にす
ることが可能である。（二次ビームのうち３つだけを示
すが、これは簡略化のためで限定するものではない、）
それぞれの二次ビームは装置３６によって特定周波数で
一時的に振幅変調される。例えば、これらの変調装置３
６は音響光学素子でよい。
二次ビームはレンズ４４及び回折格子４６によって再び
重ねられ、空間的露光及び集光装置１２（第６図では図
示せず）に送られる。
本発明に基づく装置の別の実施例を第７図に示す。
レーザーのような光源１０が一部ビームを発する。
一部ビームを等しい照度の複数の二次ビームへと分割す
る装置５２が一部ビームの光路上に配置されている。
これらの装置は例えば分離板である。これらの分離板を
通過後、これも二次ビームを形成する残りの一部ビーム
はミラー５３によって反射する。
この図では限定するためではなく簡略化のために３つの
二次ビームだけを示す。
それぞれの二次ビームは、例えば音響光学素子でもよい
変調装置によって、特定周波数にて一時的に振幅変調さ
れる。
変調後、それぞれの二次ビームは例えば焦点距離が異な
るレンズである集光装置５１を通過して、二次ビームの
それぞれ異なる集光が可能となる。
各二次ビームは再結合装置５２によって一部ビームを再
形成できるように再結合され、反射ミラー５３によって
、半透明板を一部ビームが通過したことにより生じる二
次ビームが別の二次ビームと再結合することが可能とな
る。
振幅変調された二次ビームから成る一部ビームは第１集
光システム５４を通過し、次に第２集光システム５６を
通過する。このようにして各二次ビームは異なる高さ（
ｚＩ、ｔ、２．ｚａ）にて集光される。
二次ビームは試験対象（図示せず）から反射して装置の
各素子を逆方向に再び通過する０分離板５０によって反
射ビームは濾光及び集光システム１２に戻ることができ
る。試験対象の表面上で集光された二次ビームだけが検
出システム２０に送られる。検出システム２０によって
出力に送られた信号はそこで分析及び処理システム２２
によってデジタル分析・処理される。
［発明の効果］ 以上の通り、本発明の請求項（１）ないしく３）の方法
及び請求項（４）ないしく１６）の装置によると、試験
対象のビームによる単一の走査で拡張視野の深度別走査
光宇検鏡を実行することが可能である。また、連続的な
画像取得が不要であり、従って完全な画像の取得速度が
著しく縮まる。
本発明によると、拡張視野の走査芸無光学検鏡及び深度
別試験の正確にして確実な実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は公知の装置を示す構成図である。第
３図は本発明に基づく装置を示す構成図である。第４図
は本発明に基づく装置の変型を示す構成図である。第５
図は本発明に基づく装置の変型を示す構成図である。第
６図は二次光ビームの空間的分離のための装置を示す構
成図である。 第７図は多色光源を用いた本発明に基づく装置を示す構
成図である。 １１・・・光源、　　　１２・・・濾光及び集光装置、
１４・・・集光装置、　　１６・・・試験対象、１８・
・・分離板、　　　２０・・・検出システム、２１・・
・ダイアフラム、 ２２・・・処理及び分析装置、 ３２・・・側方分散システム、 ３２′・・・回折格子、３２″・・・プリズム、３４・
・・分離装置、　３６・・・変調装置、３８・・・重ね
装置、　４０・・・回折格子、４２・・・レンズ、　　
　４４・・・レンズ、４６・・・回折格子、　５２・・
・再結合装置、５３・・・反射ミラー、５４・・・第１
集光システム、５６・・・第２集光システム。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）拡張視野の走査共焦光学検鏡的及び深度別的試験
    の方法に於て、 少なくとも１つの特性に於て相互に区別される複数の二
    次光ビームにより構成された一次光ビームが形成され、 集光装置によって各二次光ビームが高さの異なるポイン
    トで試験対象上に集光され、 試験対象から反射した二次光ビームが検出システムに送
    られ、 二次光ビームの照度の検出がなされ、 検出された信号のデジタル分析と処理がなされ、 試験される全ての対象に関して一次光ビームの走査が行
    なわれる各段階から成ることを特徴とする拡張視野の走
    査共焦光学検鏡的及び深度別的試験の方法。
  2. （２）二次光ビームはそれぞれの二次光ビームごとに異
    なる波長に於て相互に区別されることを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  3. （３）、それぞれの二次光ビームごとに固有に一時的に
    変調される振幅に於て二次光ビームは相互に区別される
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. （４）試験対象の方向に延びる一次光ビームを供給する
    光源と、 空間的濾光及び集光装置と、 前記ビームを研究対象上に集光する集光装置と、 試験対象から反射した光ビームを戻す分離板と、 集光装置の焦点の共役点におかれたダイアフラムを含ん
    で成り、出力に信号を供給する検出システムと、 検出システムの出力に接続された入力を有するデジタル
    処理及び分析システムと、 を含んで構成されており、 前記光源は多色であり、一次光ビームは波長が異なる複
    数の二次光ビームから成り、且つ集光装置は色収差を生
    じることを特徴とする請求項１記載の方法を実行するた
    めの装置。
  5. （５）分離板により戻された試験対象からの反射ビーム
    の光路上に配置され、前記反射ビームを構成する波長の
    異なる二次光ビームを空間的に分離する側方分散光学シ
    ステムと、 側方分散光学システムにより分離された二次光ビームを
    受ける各システムに適した検出システムとを更に含み、
    各検出システムは集光装置の焦点の共役点に配置された
    ダイアフラムを含んで成り、前記検出システムは前記信
    号の処理と分析のためのシステムの入力に接続された出
    力に信号を供給することを特徴とする請求項４記載の装
    置。
  6. （６）側方分散光学システムは回折格子であることを特
    徴とする請求項５記載の装置。
  7. （７）側方分散光学システムはプリズムであることを特
    徴とする請求項５記載の装置。
  8. （８）光源と濾光および集光装置との間の一次光ビーム
    の光路内に設けられた次の各装置即ち、 各二次光ビームを空間的に分離する装置と、特定周波数
    にて各二次光ビームの振幅を一時的に変調する装置と、 一次光ビームを再形成し、前記一次光ビームを空間的濾
    光装置及び集光装置へと向けるために各二次光ビームを
    重ねるための装置と、 を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
  9. （９）各二次光ビームを空間的に分離する装置は、分離
    板と、分離板を通過した後に残りの一次光ビームを反射
    して二次光ビームを形成するミラーとを含んで成り、且
    つ二次光ビームを重ねるための装置は分離板と、一次光
    ビームからの二次光ビームの最初の分離から誘導された
    二次光ビームを戻すためのミラーとを含んで成り、且つ
    分離板は二次光ビームの１つだけを反射し、別のビーム
    は反射しないことを特徴とする請求項８記載の装置。
  10. （１０）二次光ビームを空間的に分離する装置は回折格
    子と、レンズ通過後は二次光ビームが平行になるための
    レンズとを含んで成っており、且つ二次光ビームを重ね
    る装置は前記二次光ビームが通過するレンズと、重ねら
    れたビームを空間的濾光及び集光装置へと再度回帰させ
    る回折格子とを含むことを特徴とする請求項８記載の装
    置。
  11. （１１）各二次光ビームの振幅を一時的に変調する装置
    は音響光学素子であることを特徴とする請求項８記載の
    装置。
  12. （１２）多色光源は少なくとも２つの波長が異なるビー
    ムを発光するレーザーであることを特徴とする請求項４
    記載の装置。
  13. （１３）多色光源は波長が異なるビームを発光する少な
    くとも２つのレーザーから構成されることを特徴とする
    請求項４記載の装置。
  14. （１４）試験対象の方向に延びる一次光ビームを発する
    光源を具備する請求項１記載の方法を実行するための装
    置に於て、 一次光ビームを複数の二次光ビームに分割し、且つ各二
    次光ビームの振幅を特定周波数で、一時的に変調する装
    置へ該二次光ビームを整然と送るための装置と、 各二次光ビームの異なる集光を可能にする集光装置と、 二次光ビームを再結合し且つ回帰させ、一つの一次光ビ
    ームを前記再結合により生成させるための装置と、 第１集光システムと、 異なる高さでの各二次光ビームの集光を可能にする第２
    集光システムとを含み且つ、試験対象から反射したビー
    ム、すなわち反対方向に装置の各素子を再通過した反射
    ビーム、の光路上において一次光ビームの分離装置と光
    源との間に位置する分離板は、濾光及び集光システムを
    用いて前記反射ビームを検出システムの方向に送ること
    を特徴とする装置。
  15. （１５）各二次光ビームの振幅変調は各二次光ビームと
    も同一周波数で行なわれ、各変調の位相は異なることを
    特徴とする請求項１４記載の装置。
  16. （１６）各二次光ビームの振幅変調は各二次光ビームご
    とに異なる周波数にて行なわれることを特徴とする請求
    項１４記載の装置。
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