JPS60254109A - 光学装置 - 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】 （発明の背景） 本発明は光電検出や観察に適した照明を対象物体へ与え
る装置に関し、特にＩＣやＬＳＩと云った集積回路パタ
ーンの様に特定の方向性を持った物体の光電検出や観察
に適する装置である。

（従来技術の説明） 集積回路のパターンは回路設計あるいは描画上の利点か
ら、はとんどの線が縦線又は横線で構成されている。ま
たメモリーセルや配線パターンあるいはオートアライメ
ント用のパターンを入れる場合も±４５度の斜め線に六
方限定されている。

こうしたＩＣあるいはＬＳＩパターン情報を扱い、画像
処理を行うシステムとしては、例えばマスクとウェハー
、マスクと半導体露光装置あるいはウェハーと加工装置
間のオートアライメントとか、マスクやウェハーのパタ
ーンの欠陥検査システムが挙げられる。

ＩＣ，ＬＳＩ等の分野で対象となる物体はパターンの形
成されたマスク又はレチクルとつ三バーである。ところ
が光学的にパターンを検出しようという際、前二者とウ
ェハーとの間には明確な差異がある。即ち、前二者は透
明な硝子基板の上にクロム又はクロム−酸化クロムとい
った薄膜がパターニングされてのっているという構造を
している。従って光学的にはパターン部は透過か、非透
過という二値の状態しか無く、コントラストの高いパタ
ーン検出を容易に行う事ができる。これに対し、ウェハ
ーは不透明物質でそれ自体が反射物体であるため、コン
トラストの良い像が得にくいという欠点がある。ウェハ
ーの検出を通常の明視野法で行うと充分なＳ／Ｎ此がと
れないという事は良く知られており、そのため暗視野照
明下で検出する方法が採用される。

従来、この種の用途のために提案された発明として特願
昭５７−２１０９０８号「検知光学系」があり、この出
願に記載された光学系は系内に互いに共役となる絞りを
設け、それら絞り開口の形状を工夫する事により縦線な
ら縦線、横線なら横線を選択的に検知するものである。

この構成に基づく作用を第１図を使ってもう少し詳しく
説明する。符番１は微小凹凸の集積回路パターンを具え
るウェハー、２は顕微鏡対物レンズ、３は光路を分岐す
るビームスプリッタ−１４は照明絞り、５は開口絞りで
ある。対物レンズ２の瞳と共役な位置に在る不図示の光
源から来る照明光束は４の絞りを通過して中抜けの光束
となり斜線を施した光で物体ｌを照明する。物体１で散
乱した光は絞り５を通り抜け、結像光６となり検出され
る。散乱せず正反射する光は絞り５でカットされる。絞
り５と６は対物レンズ２によって共役の関係に結ばれて
いる。

この光学系の制約の１つは対物レンズ自体を照明系に用
いている事である。そして照明光は外側即ちよりＮＡ（
開口数）の大きな光束を用いているのに実際に検知を行
うのは内側のＮＡの小さな部分という事で、解像力を犠
牲にして暗視野検出を行っている面がある。

又、レンズ設計上は対物レンズの各レンズを照明光が通
る分、余裕をつけて設計しなければならない事、対物レ
ンズ自体を通して照明するので、フレアが生じ易い等の
制約があった。

（発明の目的） 本発明の目的はＮＡの大きな光束を検出に使用できる様
にしたことである。

またこれにより、簡便な光学系でフレアも減少し、パタ
ーンの方向性に対応した正確な検出が可能であり、干渉
による弊害を緩和する作用を持つた白色光を使用できる
利点がある。

（実施例の説明） 実施例の構成の説明に入る前に第２図（ａ）（ｂ）を使
って光束の角度分布について説明する。第２図（ａ）は
ある１点Ａから発散していく光束を立体的に示したもの
、（ｂ）はその角度分布の様子を２次元的にあられした
ものである。第２図（ｂ）で示される角度分布は第１図
で言えば対物レンズ２の焦平面上に実現される。本発明
では照明光を対物レンズに通す事はしないが、それでも
観察しようとする点Ａに対する照明光及び検出光の角度
分布に制限を与える事によっである特定の方向のパター
ンを検出する事を特徴とする。

第３図（ａ）には横線を検知する光学系の角度分布を示
し、横線からの回折光は上下方向（白抜き矢印の方向）
に向う。又第３図（ｃ）にある様に縦線からの回折光は
左右方向に向う。

第２図（ａ）の内側の円錐の照明光で線条を照明すれば
、回折光又は散乱光は外側の円錐と内側の円錐との間に
存在する。

後述する実施例の構成では逆に、外側と内側の円錐の間
から照明が行われ、内側の円錐内を反射光が通過する。

従って第３図（ａ）の横線から回折光又は散乱光をとり
出す為の照明光の角度分布は第３図（ｂ）のハツチング
をした部分の中に存在していなければならない。図中真
中の円は結像光学系が光束を捉える角度分布の範囲であ
る。この図かられかる様にある特定の方向のパターンを
検出する照明系の角度分布は、結像光学系の捉える光束
の角度分布に対して、パターン方向に直交する方向を持
つ接線を引く事によってめる事ができる。

第３図（Ｃ）は縦方向のパターン、（ｅ）は−４５°方
向、（ｇ）は＋４５″方向のパターンに対する照明光と
結像光の関係である。（ａ）と同様にハツチングを施し
た部分の角度分布に照明光学系の角度分布が納まってい
れば良い。この様に第３図より特定の方向のパターンの
みを検出する場合の照明光の角度分布を容易にめる本が
できる。

第４図（ａ）は横方向のパターンのみを検知する場合に
要求される照明系の角度分布の存在範囲である。照明系
の角度分布はハツチングを施した部分の範囲に納まって
いれば良い。縦方向や±４５″方向のパターンのみを検
知する照明光の角度分布の範囲は第４図（ａ）を回転さ
せる事により容易にめる事ができる。又第４図（ｂ）は
縦線、横線は検知せず±４５６方向の線のみを検知する
場合に要求される照明系の角度の存在範囲である。

本発明による照明法は従来公知の暗視野照明法すべてに
容易に適用する事ができる。代表的な例として第５図に
リングミラー１０を用いて対物レンズ鏡筒の外側から照
明した例、第６図に対物レンズ鏡筒にファイバー束をと
り付けた場合の例を示す。

第５図で、１はウェハーで、直交方向の線条群とこれら
と４５６をなす斜線群から成るパターンを設ける。２は
対物レンズである。１０はリングミラーで、対物レンズ
２の瞳近傍に斜設されており、正斜影が円形の開口を具
える。１１は絞りで、例えば第４図（ａ）のハツチング
域に相当する開口を具えて、４５″ごとに間欠的に回転
されるか、あるいは第４図（ｂ）のハツチング域に相当
する開口を具えて、固定もしくは間欠回転等が用途に応
じて適宜選択される。

１２は照明光源で白色光源が好ましいが、単色光源でも
良い。１３はコンデンサーレンズ、１４は中央に開口を
有する穴あきレンズで、穴あきレンズ１４は対物レンズ
２と共軸に配される。本例では照明光源１２の光束はコ
ンデンサーレンズ１３で穴あきレンズ１４の瞳近傍に一
旦結像してウェハー１を照明するケーラー照明を採用し
ているが、クリティカル照明法を採用することもできる
。絞り１１は、ウェハー１の表面を鏡面とした時に穴あ
きレンズ１４と対物レンズ２に関して対物レンズ２の瞳
と実質共役関係を満たす。１５はビデオカメラ等の光電
変換器で、対物レンズ２を通してウェハー１のパターン
を撮像する。ビデオカメラ１５からの信号はビデオ受像
器（不図示）に映出されるか、電気的加工処理がなされ
て表示等がなされる。尚、照明系の角度分布の範囲をよ
り厳密に決定する事が必要な場合にはリングミラー１０
と絞り１１の間にリレー光学系を配置するのが好ましい
。

以上の構成で、ウェハー１上のパターンの方向性、例え
ば縦方向、横方向、４５°方向に合わせて絞り１１の回
転角度を選択すれば、その都度、選択した方向性を持っ
た線条からの回折光、散乱光のみがビデオカメラ１５に
達する様な照明光束がウェハー１を照明することになる
。この場合ウェハー１に欠陥があれば、欠陥は照明光の
角度分布に係わりなく散乱光を生ずるから、受像器の画
面に他の線条と連絡しない光点が現われて発見されると
か、ウェハー１上の他のチップの映像信号との相互比較
で判別される。

またオートアライメントのためのマーク検出系に使用す
る場合、絞り１１はマークを構成する線条の方向に合わ
せて固定され、最適角度分布の照明光がマークを照明す
る。従ってマーク以外の領域に照明光が入射しても、こ
の領域からの散乱光は光電変換器１５に達することはな
いから、ＳＮ比が向上する。

第６図は別の実施例の要部を示す。ここでは第５図の絞
り１１とリングミラー１０及び穴あきレンズ１４の替り
に分岐されたオプティカルファイバー束２０が配置され
、暗視野照明を行う、２１は照明光源、２２は集光用の
楕円ミラーで、楕円ミラー２２は照明光源２１からの光
をオプティカルファイバー束２０の入射端に集光する。

オプティカルファイバー束２０の分岐端２０ａ、２０ｅ
その他は被照明部が重なり合う様に内側へ向けて対物レ
ンズ２の周囲に配置する。これら分岐端のもたらす角度
分布が円形であったとすれば、第７図に示す様に分岐端
２０ａ〜２０ｈを配置すれば良い。ここで２０ａと２０
ｅのファイバーの組合わせが横線、２０ｂと２Ｏｆの組
合わせが＋４５”方向のパターン、２０Ｃと２０ｇが縦
線、２０ｄと２０ｈが一４５６方向のパターンの検知に
対応する事になる。これらのワち任意のファイバーの組
合わせをシャッター２３等で選択する事により検知した
い方向のパターンを特定する事ができる。

勿論ファイバー２０の形状や、第５図の絞り１１の形状
などは任意に設定できるので、光量や各パターン間のク
ロストーク等を考慮して角度分布を設定すれば良い。

又、第６図までは反射物体の場合のみを示したが、マス
クの様な透過物体の場合にも本発明は容易に応用できる
。第８図中３０は照明光路用の対物レンズ、３１は第５
図の絞り１１と同様の絞りである。図示されない光源か
ら来る照明光束は照明用対物レンズ３０を通って暗視野
照明を行う。

ハツチングの施された光束は被照明部中の任意の１点を
照明する光束を示す。この光束はマスク１′の線条の方
向に応じた角度分布が与えられているので、規定方向を
向いた線条の回折された光のみが対物レンズ２を通って
検出に使用される。

（発明の効果） 以上述べた本発明によれば、対象物体に応じた最適照明
を行うことができると共に検出や観察のために大きな開
口数の光学系を使用できるから、高解像力の画像を得る
ことができる効果がある。

またこれにより検出精度が上がるから、以降の操作速度
が増加し、また誤動作が減少する利点がある。光学系の
構造は比較的簡単なものであるから、コスト上昇や組立
手数の増加はほとんどない。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行例の光学断面図。第２図（ａ）（ｂ）は光
束の角度分布を説明するための図。第３図（ａ）（ｃ）
（ｅ）（ｇ）は回折方向を示す図で、（ｂ）（ｄ）（ｆ
）（ｈ）は照明光の角度分布を示す図。第４図（ａ）（
ｂ）は照明光の角度分布を示す図。第５図は本発明の実
施例を示す光学断面図。第６図（ａ）は別実施例の光学
断面図で、（ｂ）は構成部材の斜視図。第７図は構成部
材の配置説明図。第８図は他の実施例を示す光学断面図
。 図中、１はウェハー、２は対物レンズ、１０はリングミ
ラー、１１は絞り、１２は照明光源、１４は穴あきレン
ズ、２０はオプティカルファイバー束、２３はシャッタ
ー、３ｏは照明用の対物レンズ、３１は絞り。 出願人　キャノン株式会社 兜３品 （にＬ）　（ｃ）　（ｅ）　（Ｅｌ） 殆４厘 （α）（ｂ） 第５履 第６図 １゛）（″

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体の結像に寄与する対物レンズを通すことなく
   物体を照明する照明系と、対物レンズを通して物体から
   来る光を受光する受光系を具える装置であって、物体の
   所定方向のパターンによる散乱光を選択的に前記受光系
   が受光する様に前記照明系の照明光に角度分布を付与す
   る手段を設けることを特徴とする光学装置。