JPH04343003A - 半導体・マスク蛍光検出装置 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハや同マスク
の検査装置に係り、とくにウエハやマスク上の微小なレ
ジスト残りが発する蛍光を高感度、高速に検出する蛍光
検出装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】従来の半導体ウエハ表面上のレジスト残
りは、走査型電子顕微鏡や蛍光顕微鏡等を用いて検査さ
れていた。図２は昭和５９年発行の電子通信学会編「Ｌ
ＳＩハンドブック」、第６８９頁に記載されている蛍光
解析システムのブロック図である。

【０００２】図２において、試料１１上の有機異物であ
るレジスト残り等を観察する場合には、励起光源１から
の紫外光をフィルタ２、ビ−ムスプリッタ４、対物レン
ズ５等を介して試料１１の表面に垂直に照射し、この照
射により試料１１上の有機異物が発する蛍光を対物レン
ズ５、ビ−ムスプリッタ４、モノクロメ−タ７等を介し
て取り出し、検出器７により検出するようにしていた。 なお、有機異物の同定を行う場合にはモノクロメ−タ７
により上記蛍光のスペクトル分析を行うようにしていた
。また、試料１１表面のパタ−ンを観察する場合には、
ミラ−１２を点線の位置に傾けて観察光３を試料１１表
面に照射するようにしていた。

【０００３】特開平２−１１５７５２号公報には、斜め
照射のレ−ザ光をウエハ表面に照射してその散乱光より
異物を検出する検出系と、水銀ランプ等のＵＶ励起光を
ウエハ表面上に垂直に照射して得られる蛍光の波長、色
情報等より異物の性質を分析する分析系とをウエハを移
動することなく一貫して行うことが開示されている。ま
た、特開平１−１９１０４４号公報には、低角照射用及
び高角照射用のＳ偏光レ−ザビ−ムをウエハ表面上に斜
めに照射して異物の位置、形状等を検出する検査系と、
水銀ランプ等のＵＶ，Ｂ，ＢＶ領域の励起光をウエハ表
面上に垂直に照射して得られる蛍光より異物の性質を検
出する落射形蛍光顕微鏡系とを一つの検査装置内に収容
することが開示されている。

【０００４】また、特開平１−１０２３４２号公報には
、レ−ザ光を試料の下方から蛍光顕微鏡の光軸に平行に
導入して２次元的に走査し、試料が放出する蛍光の波長
の相異なる強度を測定し、これに演算処理を施して２次
元、３次元画像化することが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記走査型電子顕微鏡
によりウエハ表面を検査する場合には、表面を微細に観
察できるものの、表面上のレジスト残りのみを際立たせ
て配線パタ−ンや拡散層等の像から明瞭に区分して表示
することができないため、得られた像の検査には熟練を
要しまた時間がかかるという問題があった。また、検査
に先立って顕微鏡内を排気する必要上、検査のスル−プ
ットが極めて低いという問題もあった。

【０００６】また、上記蛍光顕微鏡を用いる場合には、
分解能や蛍光検出感度等が不足するため最近の微細加工
を施したＩＣ、ＬＳＩ等におけるサブミクロン領域のレ
ジスト残りを検査できないという問題があった。また、
上記図２に示した蛍光解析システムでは、ウエハ毎の表
面状態が異なるため上記蛍光検出の感度を高めるための
最適励起条件を予め確定し難いという問題があり、実際
上は検出できない有機異物が残存するので、ＩＣ、ＬＳ
Ｉ等におけるサブミクロン領域のレジスト残りの検査に
は性能が不十分であった。

【０００７】また、上記特開平２−１１５７５２号公報
、特開平１−１９１０４４号公報、特開平１−１０２３
４２号公報等では、水銀ランプ等のＵＶ励起光をウエハ
表面上に垂直に照射していたのでウエハ表面上に様々な
形状で存在する異物を必ずしも効率良く励起できないと
いう問題があった。本発明の目的は、上記励起光の照射
角度、方向等を異物の形状、種類等に応じて調整して蛍
光検出感度を向上し、さらに、励起光や蛍光の波長を最
適に設定して最大の蛍光検出感度を得ることのできる半
導体・マスク蛍光検出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】励起光をウエハやマスク
等（試料）に対して斜めに照射するようにし、さらに試
料の全周方向から照射するようにし、また、照射角およ
び照射方向の異なる複数の励起光照射手段のなかから蛍
光検出に有効な照射手段を選択するようにし、さらに、
試料面に対して励起光を垂直に照射する手段をも備える
ようにする。

【０００９】さらに、上記励起光照射角度を変更する手
段を備えるようにし、これを例えば励起光を蛍光検出装
置内に導入する光ファイバと、上記光ファイバの一端を
上記蛍光検出装置筐体の内部に貫通して保持し、さらに
光ファイバ装置の取り付け角度、取り付け位置等を調整
することのできる手段により構成するようにする。

【００１０】さらに、上記励起光の波長と蛍光の検出波
長を変更できるようにし、上記照射角度や励起光波長お
よび蛍光の検出波長等に応じて変化する蛍光の最大値を
検出するようにする。さらに、上記蛍光の最大値に対応
する照射角度や励起光波長および蛍光の検出波長等の最
適条件を表示し、また、同一レジスト材料（異物）に対
して得られる複数の上記最適条件を統計処理してその最
確値を算出するようにする。

【００１１】また、上記励起光を偏光して照射し、試料
の蛍光を偏光板を介して検出するようにする。また、上
記励起光を断続して照射しその遮断後に得られる蛍光を
検出するようにする。さらに、試料面に可視光も照射す
るようにして可視光照射により得られる試料のパタ−ン
画像と励起光照射により得られる蛍光画像をス−パ−イ
ンポ−ズして表示するようにする。

【００１２】

【作用】上記励起光を斜めに照射しその照射角度を調整
することにより蛍光強度を高めることができ、また、上
記励起光の垂直照射により試料のトレンチ底部に存在す
る異物を検出することができる。さらに、上記励起光の
波長と蛍光の検出波長を調整することにより最大の蛍光
強度が得られる。また上記蛍光の最大強度が得られる条
件を統計処理して表示することにより、励起光側と蛍光
側のフィルタを更に適したものに交換することができる
。

【００１３】また、上記励起光を偏光して照射し、試料
の蛍光を偏光板を介して検出することにより、バックグ
ランドノイズが減少するので蛍光検出のＳ／Ｎが向上す
る。また、上記励起光の照射後の蛍光を検出することに
より、励起光の乱反射によるバックグランドノイズの影
響が除去される。さらに、上記可視光照射により得られ
る試料のパタ−ン画像と励起光照射により得られる蛍光
画像をス−パ−インポ−ズして表示することにより、異
物の位置がパタ−ン位置に関連づけられて表示される。

【００１４】

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明する
。 〔実施例　　１〕図１は、本発明による蛍光検出装置実
施例における励起光照射部の構成図である。励起光源１
の出射光はダイヤフラム（絞り）２２により光量を調節
され、励起フィルタ挿入口２１に挿入される励起光フィ
ルタにより波長領域を設定されて光ファイバ３０に入射
される。光ファイバ３０は蛍光検出装置の筐体５０の開
口部を通して内部に挿入され試料１１に励起光を照射す
る。５１は試料１１面から散乱光が吸収フィルタ４２等
の側面から侵入することを防止する蔽いである。蔽い５
１は吸収フィルタ４２およびイメジインテンシファイヤ
４０の側面部を遮光することにより省略することができ
る。

【００１５】上記励起光の照射により試料１１上のレジ
スト残りは蛍光を発するので、これを対物レンズ５、吸
収フィルタ４２等を介してイメジインテンシファイヤ４
０に導入する。吸収フィルタ４２等は上記励起光を遮断
して蛍光のみを通過させる。図３は上記イメジインテン
シファイヤ４０の構成図である。イメジインテンシファ
イヤ４０のフォトカソ−ド４７は入射する蛍光を電子に
変換してマイクロチャネル電子増倍器４６に入射する。

【００１６】マイクロチャネル電子増倍器４６は例えば
図４に示すように多数の細径シリカガラス管よりなるマ
イクロチャネル４２１を束ねた断面構造を有し、個々の
マイクロチャネル４２１はそれぞれ電子増倍管として動
作する。すなわち図５に示すように、マイクロチャネル
４２１の下側から入射した一次電子はシリカガラス管の
内壁に衝突する度に２次電子放出により増倍されるので
一個の一次電子は例えば１００万個に増倍されて出射さ
れる。この電子増倍率は印加するバイアス電圧により調
整することができる。

【００１７】上記マイクロチャネル電子増倍器４６を出
射した電子は図３に示すアノ−ドフォスファ４３により
光に変換される。この光の像は明度が著しく増強されて
いるものの形状はフォトカソ−ド４７に入射された蛍光
像と等しい。アノ−ドフォスファ４３の出射光像はレン
ズ４４により撮像素子４５の受光面に結像され電気信号
に変換される。

【００１８】上記本発明の蛍光検出装置では図１に示し
たように、試料１１の表面に対して励起光を斜めに照射
するようにした点が第１の特徴である。すなわち、図２
の従来装置のように励起光を試料１１の表面に対して垂
直に照射すると、試料１１表面からの強い散乱光成分が
対物レンズ５内に直接入射し、これを吸収フィルタ４２
により十分に除去できないため撮像素子４５が出力する
画像信号のバックグラウンド雑音が増加する。

【００１９】これに対し本発明では光ファイバ３０によ
り励起光を試料１１の表面に対して斜めに照射するので
、試料表面から直接反射される励起光成分を弱めること
ができる。さらに実際のレジスト残りは試料表面のパタ
−ンや凹凸部の側壁部に付着しやすいので上記斜め照射
によりレジスト残りに照射される励起光量を増やすこと
ができ、これにより出力画像信号強度を強めたり、レジ
スト残りの検出感度を高めることができる。

【００２０】表１は上記本発明の斜め照射の効果を示す
実験デ−タである。

【表１】 表１においては、図６に示すように光ファイバ３０の先
端を試料１１の励起光照射位置より約３０ｍｍ離し、励
起光の入射角度θを変えて試料１１が発する蛍光光量を
フォトンカウンタにより計測した。なお、試料１１とし
ては図７に示すような多数の点状レジストパタ−ンを設
けたサンプル１と、図７に示すような多数の帯状レジス
トパタ−ンを設けたサンプル２を用意し、それぞれの中
の６個のレジストパタ−ン部の１つに励起光を照射する
ようにした。また、励起光源１には広い波長範囲にわた
って比較的均一な強度が得られるキセノンランプを用い
、励起フィルタの通過波長範囲は３８０〜４２５ｎｍ、
吸収フィルタ４２の低域遮断波長は４５０ｎｍに設定し
た。

【００２１】表１に示すように、励起光の入射角度θに
応じてフォトンカウンタの計数値は顕著に変化し、サン
プル１及び同２の双方とも入射角度θ＝１５度において
最大の計数値を示している。また、入射角度θが２０度
、２５度と増加するにしたがい上記計数値が急速に減衰
することからみて、従来の入射角度θ＝９０度に相当す
る垂直入射の場合に較べて上記斜め入射の場合には蛍光
検出感度は著しく向上することがわかる。すなわち、本
発明の斜め入射により蛍光検出感度を大幅に高めること
ができるのである。

【００２２】図９は上記本発明装置のレジスト残り検出
能を調べるために線幅の異なる複数の線状レジストを設
けた試料１１を作成し、入射角度θを上記１５度に設定
してフォトンカウンタの計数値を測定しものである。こ
れより０．５μｍのレジスト線幅を十分な確度で検出で
き、さらに狭い線幅をも検出できることがわかる。次に
上記図９で得たレジスト残り検出能の値を確認するため
に実際のウエハ上の微小なレジスト残りを調べてみた。 まず走査型顕微鏡を用いてウエハ上に直径が略０．２μ
ｍと０．５μｍのレジスト残りが存在することを確認し
、次いで上記本発明の蛍光検出装置により励起光を斜め
入射して上記確認済みのレジスト残りからの蛍光を検出
するようにした。その結果、上記二つのレジスト残りと
同一形状の螢光像を極めて明瞭に検出することができた
。したがってこの実験結果から本発明の蛍光検出装置は
、直径や幅等が０．１μｍ以下のレジスト残りを十分に
検出できるものと推定することができる。

【００２３】なお、半導体ウエハに用いられるレジスト
材は多岐にわたるので、上記入射角θ、励起光源１の種
類、励起フィルタの通過波長範囲、吸収フィルタの低域
遮断波長等はレジスト材の種類に応じて適宜再設定する
必要がある。

【００２４】〔実施例　　２〕上記実施例１においては
、励起光を試料１１に対して一方向から斜めに照射した
。 しかし、一方向照射のみではその方向を向いたレジスト
は良く見えるが他の方向を向いたレジストは必ずしも常
に良く見えるとは限られない。この問題は図１０に示す
ように励起光を試料１１の全周方向から照射するように
することにより解決することができる。

【００２５】図１０において、３１は光ファイバ３０に
より導入された励起光の向きを試料１１方向に曲げ、さ
らに対物レンズ５の全周より照射するようにするライト
ガイドである。これにより励起光は点線で示す方向に出
射するので試料１１上の対物レンズ５の直下部分を全周
にわたって照射することができる。なお、ライトガイド
３１の下部には必要に応じてフィルタ３２を取付けられ
るようにすることもできる。また、励起光の出射方向は
ライトガイド３１の作り方を変えることにより適宜調整
することができる。

【００２６】〔実施例　　３〕最近の半導体メモリでは
電荷蓄積用容量をスペ−スを増やさずに大きくするため
に、図１１に示すようなトレンチ（溝）構造を採用する
場合が増えている。このようなトレンチ構造においては
表面部のレジスト残り１２の他に溝の底部のレジスト残
り１３を確実に検出できるようにする必要がある。しか
しながら、表面部のレジスト残り１２は上記本発明の実
施例１および２に記載の方法で良好に検出することがで
きるがレジスト残り１３には斜め照射の励起光が届かな
いため検出困難である。

【００２７】このような場合には図１２に示すように、
光ファイバ３３を設け、その励起光をハ−フミラ−３４
により反射させ対物レンズ５を介して試料１１の表面に
垂直に照射し、上記レジスト残り１３を確実に検出でき
るようにする。なお必要に応じては、光ファイバ３１と
同３３に接続する励起光源を切替るようにする。

【００２８】〔実施例　　４〕レジスト残りが発する蛍
光は例えばレジスト材中の共役二重結合を有する芳香族
炭化水素系物質が紫外線照射により励起状態に遷移して
から基底状態に戻る際のエネルギ−差により発生する。 したがって、上記励起光がレジスト残り内をできるだけ
長く通過するようにすると通過長さに比例して蛍光量は
増加するのでレジスト残りの検出感度を向上することが
できる。

【００２９】このために、図１３に示すように励起光が
レジスト残り１２内を全反射を繰り返しながら通過する
ように入射角θを設定するようにする。上記全反射は入
射角θを図１３に示すように数度の角度に設定すると生
じやすくなり、またレジスト残りが扁平であるほど全反
射回数が多くなる。また、レジスト残りから出射する励
起光成分は蛍光顕微鏡の光軸方向に対して略直角になる
ので、この光成分がバックグランドノイズとして蛍光顕
微鏡内に入射する割合も著しく低下する。しかしながら
、実際のレジスト残りの形状は様々であり入射角θを上
記数度の角度に設定すると常に最良の蛍光検出感度が得
られる訳でもないので、実際には励起光入射角θを上記
数度の値から表１に示したように数１０度の範囲内を変
化させて最良の蛍光検出感度が得られる角度を探索でき
るようにすることが肝要である。

【００３０】〔実施例　　５〕図１２において光ファイ
バ３３に可視光を入射するようにすると試料面のパタ−
ン像を検察することができる。また、上記可視光による
パタ−ン像上に光ファイバ３０から励起光を照射して得
られるレジスト残りの像を重ねると試料上のパタ−ンと
レジスト残りの位置関係を把握することができるので、
不良解析を一段と便利にすることができる。図１４は上
記パタ−ン像とレジスト残り像を重ね合わせて表示する
ことのできる本発明の実施例の構成図である。

【００３１】図１４において、１ａは励起光源、１ｂは
励起光と可視光を切替て発生できる光源である。まず、
コンピュ−タ６０は駆動装置６３に指令信号を送って走
査ステ−ジ１０上の試料１１を所定の位置に設定する。 次いで光源１ｂを点灯して試料１１に可視光を照射しパ
タ−ン像を検出する。このパタ−ン像はディスプレイ６
２上でその画像を確認され画像メモリ６１に格納される
。次いで、光源を１ｂから１ａに切替て試料１１に励起
光を照射してレジスト残り像を検出し同様に画像メモリ
６１に格納する。また試料にトレンチ構造がある場合に
は光源１ｂを紫外光に切り替え、試料１１に励起光を垂
直に照射するようにする。

【００３２】オペレ−タは画像メモリ６１から上記パタ
−ン像やレジスト残り像等を呼び出し、必要に応じて両
画像を重ねあわせてディスプレイ６２上表示し試料を検
査する。図１４においては、リング状のライトガイド３
１を用いて試料１１の所定部分を全周方向から照射する
ようにしているが、状況に応じてはライトガイド３１を
省略し図１のように照射するようにしてもよい。

【００３３】〔実施例　　５〕周知のように半導体装置
の製造に用いられるレジスト材の種類は多岐にわたって
おり、この種類に応じて試料１１に照射すべき励起光の
最適波長の値が異なっている。したがって、最良の検査
を実施するには励起光の最適波長を選定する必要がある
。 このような目的に対しては波長を可変できる励起光源が
必要である。このような波長可変の励起光源として例え
ば比較的広い波長範囲にわたて均一な強度の励起光が得
られるキセノンランプに回転式の連続分光フィルタを組
合せたり、あるいは紫外線ダイレ−ザ（ｄｙｅ　ｌａｓ
ｅｒ）等を用いるようにする。

【００３４】ダイレ−ザは有機色素の希薄溶液または同
蒸気を強く光励起して、その蛍光遷移の誘導放出で発振
するレ−ザである。色素の蛍光スペクトルの線幅は広い
のでレ−ザ共振器に回折格子等を入れると可変波長で単
色のレ−ザ発振が得られ、色素の種類や励起光源を変え
ることにより紫外部から赤外部にわたってその波長を変
化させることができる。最近では、例えば波長を５ｎｍ
ステップで変えることのできるものが市販されている。

【００３５】図１４において励起光源１ａおよび光源１
ｂの何れか一方または双方に上記ダイレ−ザ装置を用い
その波長をコンピュ−タ６０により制御するようにする
と、ディスプレイ６２をモニタしながら最も鮮明な画像
が得られる波長を探索してその波長における画像を記憶
させることができる。図１５、１６は上記励起光の波長
と対応する蛍光検出の感度との関係を示すデ−タ例であ
る。

【００３６】図１５の特性線１０１は、ポジレジスト材
に対して励起光を波長３１０〜４６０ｎｍにわたって変
化させて照射したときに得られる波長５１０ｎｍの蛍光
強度の測定結果である。これより励起光の波長を３８０
ｎｍに設定すると波長５１０ｎｍの蛍光に対する検出感
度を最大にできることがわかる。特性線１０２はこの結
果を確認する意味で、励起光波長を３８０ｎｍに固定し
て蛍光波長を変化させたときの蛍光強度測定結果であり
、波長５１０ｎｍにて蛍光検出感度は最大になっている
。

【００３７】図１６はｉ線レジスト材に対する同様の測
定結果である。特性線１０３より波長４５０ｎｍの蛍光
強度を最大にする励起光波長は３９０ｎｍであることが
わかる。また特性線１０４より上記３９０ｎｍの励起光
に対して波長が４５０ｎｍの蛍光が最大感度で検出され
ることがわかる。上記蛍光強度が最大となる波長値はレ
ジスト材の種類により略特定されているので、上記のよ
うにして励起光波長を特定することにより励起光源側の
励起フィルタを指定することができ、これにより励起フ
ィルタの選定にかかわる作業時間を大幅に短縮すること
ができる。なお、このような励起光波長や励起フィルタ
の自動的選定に関しては後述の実施例８において説明す
る。

【００３８】〔実施例　　６〕試料１１に紫外光を照射
して蛍光を検出する際、この蛍光に紫外光成分がバック
グラウンド雑音として混入し検出信号のＳ／Ｎを低下さ
せる。とくに蛍光強度が弱い場合には上記バックグラウ
ンド雑音が検出精度を高める上での大きな障害となる。 このような場合の対策としてパルス励起法が知られてお
り、本発明においてもこの方法を適用することができる
。

【００３９】図１７は上記パルス励起法においてレジン
等の有機試料が発する蛍光の時間変化を説明する図であ
る。時刻Ｔ１〜Ｔ２にて試料１１に紫外光を照射すると
、Ｔ２以降の蛍光強度は図示のように減衰し、そのライ
フタイム（減衰の時定数）は１０￣９〜１０￣６秒程度
である。本発明では図１４における紫外光源１ａおよび
光源１ｂの紫外光源を上記のようにパルス点灯し、消灯
後のライフタイム間に螢光像を検出して上記バックグラ
ウンド雑音のない螢光像を得るようにする。またこの方
法はパルス励振に適したレ−ザを紫外光源１ａおよび光
源１ｂの紫外光源等に用いる場合に好適である。

【００４０】〔実施例　　７〕図１における光ファイバ
３０の取り付け角度を変更することにより試料１１に対
する紫外光の照射角度を変更することができる。上記照
射角度には検出すべきレジスト材およびウエハ表面の形
状に応じた最適値が存在するので、この照射角度を迅速
容易に変更できる手段が必要である。また図１から明ら
かなように、光ファイバ３０の取り付け角度を変更する
と試料１１に当たる紫外光の照射位置も変化するので、
照射位置を固定したまま角度のみを変更できるようにし
たい。ただし、試料面における紫外光（励起光）の照射
サイズは通常１０〜２０ｍｍφ程度なので、照射角度の
変更により上記照射位置が多少ずれても実用上の支障は
少ない。

【００４１】図１８は本発明による励起光の角度調整装
置実施例の断面図である。図１８において、角度調整装
置７０のラック７３が蛍光検出装置の筐体５０の開口部
に固定される。また、光ファイバ３０は歯車７１に取付
けられ回転できるようになっている。歯車７１は歯車７
５を介してモ−タ７２により駆動され、同時にピニオン
７４も歯車７５を介してモ−タ７２により駆動される。 歯車７１、歯車７５、モ−タ７２およびピニオン７４等
の回転軸は板７６により固定的に支持され、板７６はガ
イド溝７７とピン７８により案内されるので、例えばモ
−タ７２が矢印Ａのように回転すると光ファイバ３０は
矢印Ｂのように回転し、板７６は矢印Ｃの方向に移動す
る。したがって、歯車７５と同７１の回転伝達比、およ
び歯車７５とピニオン７４の回転伝達比を適宜設定する
ことにより、光ファイバ３０の回転に伴ってこれを上下
方向に移動して、試料１１上の紫外光の照射位置を固定
することができる。また上記照射角を初期設定する場合
には、例えば、歯車７５とピニオン７４の結合を外して
歯車７１のみを回転させて光ファイバ３０を試料上の所
定位置に向け、その後歯車７５とピニオン７４を結合さ
せるようにする。

【００４２】図１９は図１０に示した全周照射形のライ
トガイド３１に同様の角度調整装置を設けた本発明実施
例の断面図でありライトガイド３１の左半分のみを示し
ている。図１９において、ラック７３が蛍光検出装置の
筐体５０の開口部に固定され、ライトガイド３１は支点
７７の廻りに回転できるようになっている。また、モ−
タ７２、歯車７５、ピニオン７４等の回転軸は板７６に
固定され、板７６はラック７３に沿って上下方向に移動
できるようになっている。モ−タ７２が矢印方向に回転
するとその回転は歯車７５およびピニオン７４に伝達さ
れ板７６を上方向に移動させる。この動きにより板７６
はライトガイド３１を押し上げるのでライトガイド３１
は支点７７の廻りに回転し励起光の向きを下方に移動さ
せる。このようにして励起光の照射位置を固定したまま
その照射角度を変化させることができる。

【００４３】図２０は上記図１９に示したライトガイド
部の斜視図である。ライトガイド３１は円周方向に分割
されているので上記板７６の動きに対応してその取り付
け角が変化できるようになっている。また、光ファイバ
３０は上記分割されたライトガイドのそれぞれに分散し
て結合される。

【００４４】〔実施例　　８〕図２１は励起光の照射角
度調整や波長設定および蛍光の検出波長等を自動的に最
適設定することのできる本発明の蛍光検出装置の構成図
である。図２１では複数の紫外光源を用いているが図１
９、２０に示したライトガイドを用いることもできる。 図２１において、各励起光源および蛍光検出部には可変
フィルタとして例えば回転式連続分光フィルタ１１０、
１１１、１１２等が取付けられコンピュ−タ６０からの
指令信号によりそれぞれの通過波長が設定できるように
なっている。また上記励起光源は必要に応じて複数設け
られるが同図では代表的に１ａと１ｃのみを描いている
。

【００４５】また、光ファイバ３０ａと同３０ｃ等はそ
れぞれ角度調整装置７０ａと同７０ｃにより蛍光検出装
置筐体５０の開口部に取付けられ、コンピュ−タ６０か
らの指令値によりそれぞれの照射角が設定される。上記
の構成により最適な蛍光検査条件を正確、迅速に設定す
ることができるので、以下その特徴を順次説明する。

【００４６】１）ウエハ上のレジスト残りにはパタ−ン
形状その他の条件により検出しやすい方向が存在するの
で、ディスプレイ６２上の画像や撮像素子４５の出力レ
ベルを監視しながらコンピュ−タ６０からの指令により
複数の励起光源を選択して蛍光検出に最も有効な励起光
源を選定することができる。

【００４７】２）コンピュ−タ６０により上記各励起光
源の角度調整装置の照射角度を走査することにより各角
度調整装置の最適照射角度を自動的に設定することがで
きる。

【００４８】３）上記各励起光源と蛍光の波長をそれぞ
れ自動的に最適設定して蛍光検出感度を最大にすること
ができる。図２２は各種異物の蛍光強度スペクトラム特
性の一例である。このようにウエハには、上記レジスト
残りの他に作業者の衣服の繊維や微細な皮膚組織等が付
着し、それぞれに対する最適蛍光波長等は異なっている
。またレジスト材毎の最適蛍光波長も図２３に示すよう
に一般的に異なっている。

【００４９】コンピュ−タ６０はまず励起光側の各可変
フィルタ１１０〜１１２の波長を初期値に設定し、次い
で蛍光検出側の可変フィルタ１２０の波長を走査して蛍
光強度が最大となる波長を検出し可変フィルタ１２０を
その波長に設定する。上記の測定を励起光側の各可変フ
ィルタ１１０〜１１２の波長を上記初期値から所定幅ず
らせつつ繰り返して行い、その中から最大の蛍光強度が
得られる励起光側の各可変フィルタ１１０〜１１２と蛍
光検出側の可変フィルタ１２０の波長を求めれそれらの
波長にて最終的な蛍光測定を行うようにする。

【００５０】また、通常はレジストやその他の異物に対
するおおよその励起波長と蛍光波長が分かっているので
、コンピュ−タ６０にそれらの値を予め記憶させておき
、レジストや異物の種類を指定して励起光側の各可変フ
ィルタ１１０〜１１２と蛍光検出側の可変フィルタ１２
０の波長をそれぞれ上記記憶値に初期設定してから、蛍
光検出側の可変フィルタ１２０の波長を走査して最適値
に設定し、次いで励起光側の各可変フィルタ１１０〜１
１２等の波長を走査して同様に最適値に設定するように
する。このような本発明の蛍光検出により、従来装置で
は膨大であった励起光側と蛍光検出側のフィルタ決定作
業の時間を著しく短縮することができる。

【００５１】４）ウエハ上のチップを順次自動的に検査
することができる。コンピュ−タ６０は走査ステ−ジ１
０を制御してウエハ（試料１１）上のチップの送りと位
置決めを行うので、チップ毎の上記光源１ｂや各紫外光
源１ａ，１ｃ等の点灯や各照射角度や紫外光波長等の制
御を自動的かつ連続的に行って試料１１上の全チップを
自動的に検査することができる。

【００５２】５）　　上記のようにして求めた各照射角
度や波長等の表示により、さらに適したフィルタ類を採
用して蛍光検出のＳ／Ｎを向上することができる。また
、上記表示値を次回検査の参考に供することができる。 一般に可変フィルタの通過特性は固定帯域のフィルタに
較べて緩いので上記可変フィルタ１１０〜１１２、１２
０により励起光側、および蛍光検出側の最適波長を検出
後、各可変フィルタを他の更に適した固定帯域フィルタ
に交換すると不要な帯域幅を制限することができるので
蛍光検出のＳ／Ｎを向上することができる。

【００５３】このため、上記各最適照射角度や各最適波
長等の値をディスプレイ６２に表示するようにする。ま
た、上記表示には各最適照射角度や各最適波長等の平均
値の他にコンピュ−タ６０が算出したそれぞれの標準偏
差も表示するようにする。標準偏差値はバラツキの程度
を表す指数であるから、オペレ−タはこの値より交換す
る固定フィルタの帯域幅を決定することができる。

【００５４】〔実施例　　９〕上記本発明の各実施例に
おいて、励起光をＳまたはＰ偏光させて試料１１に照射
し、また、蛍光検出側に上記偏光に対応する偏光板を挿
入することにより、蛍光検出のＳ／Ｎを向上することが
できる。すなわち、試料１１から散乱される偏光された
励起光成分を蛍光検出側の偏光板により遮断できるので
バックグランドノイズを低減して蛍光を検出することが
できるのである。

【００５５】

【発明の効果】本発明の蛍光検出装置は試料表面に対し
て励起光を斜めに照射するので、試料表面から直接反射
される励起光成分等のバックグランドノイズを低減し、
試料表面のパタ−ンや凹凸部の側壁部に付着しやすいレ
ジスト残りからの蛍光光量を増やして出力画像信号のＳ
／Ｎを高めることができる。

【００５６】さらに、励起光をＳまたはＰ偏光させて照
射し、また、蛍光検出側に上記偏光に対応する偏光板を
挿入することにより、試料表面から散乱される励起光成
分等のバックグランドノイズを低減することができる。 さらに、試料が発する蛍光をイメジインテンシファイヤ
により大きく増倍するので微弱な蛍光像を検出すること
ができる。さらに、励起光を試料の全周方向から斜め照
射するようにしてレジスト残りの検出率を高めることが
できる。

【００５７】また、上記励起光の照射角度を制御できる
ようにして最適照射角度を迅速に検出できるようにする
ので、レジスト材や試料の表面状態毎に最良のレジスト
残り検出率が得ることができる。さらに、例えばダイレ
−ザやキセノンランプと回転式連続分光フィルタを組合
せた可変波長の励起光源等を用いて励起光の最適波長を
選定し、レジスト残りの検出率を高めることができる。

【００５８】また、上記励起光の斜め照射に加えて試料
表面を垂直に照射する励起光源を設けることにより、半
導体メモリ等におけるトレンチ溝の底部に付着したレジ
スト残りを確実に検出することができる。さらに、上記
励起光をＳまたはＰ偏光させ、また、蛍光検出側に上記
偏光に対応する偏光板を設けることにより、バックグラ
ンドノイズの少ない蛍光を検出することができる。また
、例えばダイレ−ザやキセノンランプと回転式連続分光
フィルタを組合せた可変波長の励起光源等を用いて励起
光の最適波長を選定し、レジスト残りの検出率を高める
ことができる。

【００５９】さらに、試料表面に垂直に可視光を照射す
ることにより、試料面のパタ−ン像を検察し、同時に上
記パタ−ン像上に上記レジスト残り画像を重ねて表示す
ることができるのでＩＣの故障個所同定を容易に行うこ
とができる。さらに、複数の励起光源の点灯や照射角度
等を制御して蛍光検出に最も有効な励起光源を設定し、
また、励起光や蛍光の波長を可変フィルタにより選定し
て最適の蛍光検出条件をレジストや異物の種類毎に自動
的に設定し、また、表示するので、ウエハ内の各チップ
を連続的に自動検査することができる。また、励起光源
をパルス点灯して照射後のライフタイム間の螢光像を検
出するようにしてバックグラウンド雑音のない螢光像を
検出しそのＳ／Ｎを高めることができるのでＩＣの故障
個所発見、同定に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光検出装置における励起光斜め照射
装置実施例の構成図である。

【図２】従来の蛍光検出装置の構成図である。

【図３】本発明の蛍光検出装置におけるイメジインテン
シファイヤの構成図である。

【図４】本発明の蛍光検出装置に用いるイメジインテン
シファイヤの斜視断面図である。

【図５】本発明の蛍光検出装置に用いるイメジインテン
シファイヤの動作説明図である。

【図６】本発明の蛍光検出装置における励起光斜め照射
部の配置図である。

【図７】本発明の蛍光検出装置のテスト用パタ−ン図で
ある。

【図８】本発明の蛍光検出装置のテスト用パタ−ン図で
ある。

【図９】本発明の蛍光検出装置によるレジスト線幅測定
結果である。

【図１０】本発明に用いたライトガイドの動作説明図で
ある。

【図１１】半導体ウエハにおけるトレンチ構造の断面図
である。

【図１２】本発明の蛍光検出装置における励起光の斜め
照射部と垂直照射部の配置図である。

【図１３】本発明におけるレジスト残り内の励起光の全
反射状態の説明図である。

【図１４】本発明の蛍光検出装置におけるコンピュ−タ
による制御系統図である。

【図１５】レジスト材の蛍光強度スペクトラムの一例で
ある。

【図１６】レジスト材の蛍光強度スペクトラムの一例で
ある。

【図１７】パルス励起法における蛍光の波形図である。

【図１８】本発明による励起光の照射角度調整装置の断
面図である。

【図１９】本発明によるライトガイドの照射角度調整装
置の断面図である。

【図２０】本発明によるライトガイドの照射角度調整装
置の斜視図である。

【図２１】本発明の蛍光検出装置におけるコンピュ−タ
による他の制御系統図である。

【図２２】各種異物の蛍光強度スペクトラムの一例であ
る。

【図２３】各種ポジレジスト材の蛍光強度スペクトラム
の一例である。

【符号の説明】

１　　励起光源 ２　　フィルタ ３　　観察光 ４　　ビ−ムスプリッタ ５　　対物レンズ ６　　モノクロメ−タ ７　　検出器 ８　　ドライバ ９　　コンピュ−タ １０　　走査ステ−ジ １１　　試料 １２　　レジスト残り １３　　レジスト残り ２１　　励起フィルタ挿入口 ２２　　ダイヤフラム ３０　　光ファイバ ３１　　ライトガイド ３２　　フィルタ ３３　　光ファイバ ３４　　ハ−フミラ− ４０　　イメジインテンシファイヤ ４２　　吸収フィルタ ４３　　アノ−ドフォスファ ４４　　レンズ ４５　　撮像素子 ４６　　マイクロチャネル電子増倍器 ４７　　フォトカソ−ド ５０　　筐体 ５１　　蔽い ６０　　コンピュ−タ ６１　　画像メモリ ６２　　ディスプレイ ６３　　駆動装置 ７０　　角度調整装置 ７１　　歯車 ７２　　モ−タ ７３　　ラック ７４　　ピニオン ７６　　板 ７７　　ガイド溝 ７８　　ピン １１０　　可変フィルタ １２０　　可変フィルタ ４２１　　マイクロチャネル

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　試料面に励起光を照射し、試料が発す
   る蛍光像をイメ−ジインテンシファイヤにより検出して
   その出力画像を撮像装置により電気信号に変換する蛍光
   検出装置において、上記励起光を試料面に対して斜めに
   照射する手段を備えたことを特徴とする半導体・マスク
   蛍光検出装置。
2. 【請求項２】　　請求項１において、上記照射手段は励
   起光を試料の外周全方向から試料面に対して斜めに照射
   するものであることを特徴とする半導体・マスク蛍光検
   出装置。
3. 【請求項３】　　請求項１および２のいずれかにおいて
   、上記励起光の斜め照射手段に加えて、励起光を試料面
   に垂直に照射する手段を備えたことを特徴とする半導体
   ・マスク蛍光検出装置。
4. 【請求項４】　　試料面に励起光を照射し、試料が発す
   る蛍光像をイメ−ジインテンシファイヤにより検出して
   その出力画像を撮像装置により電気信号に変換する蛍光
   検出装置において、試料面に対する照射角および照射方
   向の異なる複数の励起光照射手段を備えたことを特徴と
   する半導体・マスク蛍光検出装置。
5. 【請求項５】　　請求項１ないし３のいずれかにおいて
   、上記励起光の斜め照射手段に加えて、可視光を試料面
   に垂直に照射する手段を備えたことを特徴とする半導体
   ・マスク蛍光検出装置。
6. 【請求項６】　　請求項１ないし５のいずれかにおいて
   、上記励起光の斜め照射手段の励起光照射角度を変更す
   る手段を備えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検
   出装置。
7. 【請求項７】　　請求項１ないし５のいずれかにおいて
   、上記励起光の斜め照射手段は光源装置からの励起光を
   蛍光検出装置内に導入する光ファイバ装置と、上記光フ
   ァイバ装置の一端を上記蛍光検出装置筐体の内部に貫通
   して保持し、さらに光ファイバ装置の取り付け角度、取
   り付け位置等を調整することのできる光ファイバ装着手
   段とを備えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出
   装置。
8. 【請求項８】　　請求項４において、上記複数の励起光
   照射手段を選択して試料面を照射する照射切替手段を備
   えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
9. 【請求項９】　　請求項１ないし８のいずれかにおいて
   、上記照射手段の励起光の波長を変更するする手段を備
   えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
10. 【請求項１０】　　請求項１ないし９のいずれかにおい
    て、上記蛍光の検出波長を変更するする手段を備えたこ
    とを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
11. 【請求項１１】　　請求項１ないし１０のいずれかにお
    いて、上記励起光の斜め照射手段の励起光照射角度を上
    記励起光が試料表面上の異物内を全反射して伝播する角
    度に設定したことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出
    装置。
12. 【請求項１２】　　請求項１ないし１１のいずれかにお
    いて、上記照射手段の励起光を偏光する手段と、上記試
    料が発する蛍光を偏光板を介して検出する手段とを備え
    たことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
13. 【請求項１３】　　請求項１ないし１２のいずれかにお
    いて、上記照射手段の励起光を断続する手段と、上記励
    起光の遮断後に試料が発する蛍光を検出する手段とを備
    えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
14. 【請求項１４】　　請求項６または７において、上記励
    起光の照射角度掃引手段と、上記照射角度掃引手段が掃
    引する照射角度変化に対応して変化するイメ−ジインテ
    ンシファイヤ出力中の最大値を上記照射角度値に関連付
    けて検出する演算手段とを備え、上記照射角度掃引手段
    の照射角度掃引動作の後に照射角度掃引手段の照射角度
    を上記演算手段が出力するイメ−ジインテンシファイヤ
    の最大出力に対応する照射角度値に設定するようにした
    ことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
15. 【請求項１５】　　請求項１４において、上記イメ−ジ
    インテンシファイヤの最大出力に対応する照射角度値を
    上記試料上の蛍光を発する材料名に関連付けて記憶する
    記憶装置と、上記記憶装置が記憶する試料上の同一の蛍
    光を発する材料に対する複数の上記照射角度値を統計処
    理してその最確値を算出する演算手段を備えたことを特
    徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
16. 【請求項１６】　　請求項１０において、上記励起光の
    波長変更手段により変更される励起光波長と上記蛍光の
    検出波長を変更するする手段により変更される蛍光波長
    に対応して変化するイメ−ジインテンシファイヤ出力中
    の最大値を上記励起光波長と蛍光波長に関連付けて検出
    する演算手段を備え、上記波長変更動作の後に励起光と
    蛍光の波長を上記演算手段が出力するイメ−ジインテン
    シファイヤの最大出力に対応する値に設定するようにし
    たことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
17. 【請求項１７】　　請求項１６において、上記イメ−ジ
    インテンシファイヤの最大出力に対応する励起光波長と
    蛍光波長を上記試料上のレジスト材料名に関連付けて記
    憶する記憶装置と、上記記憶装置が記憶する試料上の同
    一レジスト材料に対する複数の上記励起光波長と蛍光波
    長とを統計処理してその最確値を算出する演算手段を備
    えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。
18. 【請求項１８】　　請求項１ないし１７のいずれかにお
    いて、試料面に可視光を照射する手段と、上記可視光照
    射により得られる試料面パタ−ンの画像信号と上記励起
    光照射により得られる試料面上の蛍光画像信号とを記憶
    する記憶装置と、上記記憶装置が記憶する上記可視光照
    射による試料面パタ−ン像と上記励起光照射による蛍光
    画像とを重畳して出力するス−パ−インポ−ズ手段とを
    備えたことを特徴とする半導体・マスク蛍光検出装置。