(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ上に固定されたスキャナ上に載置された計測対象物のガラス層の厚さに応じて厚みが設定される光透過層を介して、入射光を対物レンズによってガラス層の下端面に集光して照射するとともに、計測対象物からの反射光の強度を光透過層と対物レンズを介して光検出器によって検出することにより下端面上に形成された対象部の寸法を計測する顕微鏡において、
鏡面が前記下端面と平行になるように前記ステージ上に設置され、入射光の光軸方向における下端面からの鏡面の位置が所定位置に設定されるとともに前記スキャナと同一材で形成された基準マークを具備し、
該鏡面と下端面との位置の差、及び鏡面に対する反射光の強度に基づいて前期透過層の厚さをと対物レンズの焦点位置とが設定されることを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
入射光の光軸方向における鏡面の位置が下端面と同一位置に設定されることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】
ステージが水平方向に移動自在であり、該ステージの駆動によって計測対象物あるいは基準マークに入射光が択一的に照射されることを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡。
【請求項４】
ステージ上に固定されたスキャナ上に載置された計測対象物のガラス層の厚さに応じて厚みが設定される光透過層を介して、入射光を対物レンズによってガラス層の下端面に集光して照射するとともに、計測対象物からの反射光の強度を光透過層と対物レンズを介して検出することにより下端面上に形成された対象部の寸法を計測する顕微鏡の焦点設定方法において、
前記ステージ上に鏡面が前記下端面と平行になるように前記スキャナと同一材で形成された基準マークを設置して入射光の光軸方向における鏡面の下端面からの距離を計測する工程と、
前記光透過層の厚さを所定の厚さに調節する工程と、
前記鏡面に入射光を照射して反射光の強度を検出する工程と、
該反射光の強度が最大となるように対物レンズの位置を設定する工程と、
下端面からの鏡面の距離だけ対物レンズの位置を補正する工程と、
計測対象物に入射光を照射して反射光の強度が最大となるように光透過層の厚さを調節する工程と、
を有することを特徴とする顕微鏡の焦点設定方法。
【請求項５】
入射光の光軸方向における鏡面の位置が下端面と同一位置に設定されることを特徴とする請求項４記載の顕微鏡の焦点設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡及びその焦点設定方法に係わり、特に顕微鏡用ガラス層厚み補正器を用いた共焦点走査方式レーザ顕微鏡及びその焦点設定の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−１４０３９３号公報等に共焦点走査方式レーザ顕微鏡を用いた半導体製造用マスク（以下マスクという）の検査、及び該マスクを形成するガラス基板の厚さ偏差による検査精度の低下を顕微鏡用ガラス層厚み補正器（以下単に厚み補正器という）を用いて補正する技術が開示されている。
【０００３】
このような厚み補正器を用いた共焦点走査方式レーザ顕微鏡において、該厚み補正器の光透過層の厚さ設定は、レーザマイクロメータ等の厚さ計測器を用いてガラス基板の厚さ等を実測することによって、光透過層とガラス基板とを合計した厚さが一定の基準厚となるように行われていた。また、マスクは厚さによっていくつかの種類に分類されており、従来の光透過層の厚さ設定はマスクの種類が変わると最初のマスクの計測を行う前に行われ、以後同一種類のマスクについてはこの設定のまま計測が行われる。そして、このように光透過層とガラス基板とを合計した厚さが基準厚となる状態で、共焦点走査方式レーザ顕微鏡の焦点がガラス基板の下端面に合うように設定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記光透過層の厚さ設定方法は、ガラス基板の厚さ等の物理的な計測に基づくものであり光学的な厚さに基づくものではないため、ガラス基板の材質の変化等による設定誤差が含まれるという問題点があった。また、マスクの種類が変わると最初のマスクの計測を行う前に１回だけ光透過層の厚さ設定が行われるので、以後の同一種類のマスクの計測時に温度変化等の要因によって光透過層とガラス基板とを合計した厚さが基準圧に対して変動るため、共焦点走査方式レーザ顕微鏡の焦点がずれるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的としている。
（１）周囲温度の変化に対して安定した計測を行うことが可能な顕微鏡を提供する。
（２）焦点調整が容易な顕微鏡を提供する。
（３）計測対象物のガラス層の光学的な厚さに基づいて光透過層の厚さを設定することが可能な顕微鏡の焦点設定方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を果たすために、第１の手段として、ステージ上に載置された計測対象物のガラス層の厚さに応じて厚みが設定される光透過層を介して、入射光を対物レンズによってガラス層の下端面に集光して照射するとともに、計測対象物からの反射光の強度を光透過層と対物レンズを介して光検出器によって検出することにより下端面上に形成された対象部の寸法を計測する顕微鏡において、鏡面が下端面と平行になるようにステージ上に設置され、入射光の光軸方向における下端面からの鏡面の位置が所定位置に設定された基準マークを具備し、該鏡面と下端面との位置の差、及び鏡面に対する反射光の強度に基づいて光透過層の厚さと対物レンズの焦点位置とが設定されるという手段が採用される。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において入射光の光軸方向における鏡面の位置が下端面と同一位置に設定されるという手段が採用される。
【０００８】
第３の手段として、上記第１または第２の手段においてステージが水平方向に移動自在であり、該ステージの駆動によって計測対象物あるいは基準マークに入射光が択一的に照射されるという手段が採用される。
【０００９】
第４の手段として、ステージ上に載置された計測対象物のガラス層の厚さに応じて厚みが設定される光透過層を介して、入射光を対物レンズによってガラス層の下端面に集光して照射するとともに、計測対象物からの反射光の強度を光透過層と対物レンズを介して検出することにより下端面上に形成された対象部の寸法を計測する顕微鏡の焦点設定方法であって、ステージ上に鏡面が下端面と平行になるように基準マークを設置して入射光の光軸方向における鏡面の下端面からの距離を計測する工程と、光透過層の厚さを所定の厚さに調節する工程と、鏡面に入射光を照射して反射光の強度を検出する工程と、該反射光の強度が最大となるように対物レンズの位置を設定する工程と、下端面からの鏡面の距離だけ対物レンズの位置を補正する工程と、計測対象物に入射光を照射して反射光の強度が最大となるように光透過層の厚さを調節する工程とを有する手段が採用される。
【００１０】
第５の手段として、上記第４の手段において入射光の光軸方向における鏡面の位置が下端面と同一位置に設定されるという手段が採用される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図３を参照して、本発明に係わる顕微鏡及びその焦点設定方法の一実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態における顕微鏡の光学系の構成図である。この図において、符号１はレーザ発振器（光源）であり、例えば波長３２５ｎｍ（ナノメートル）のシングルモードレーザ光を反射鏡２に向けて出力する。反射鏡２はレーザ光を反射鏡３に向けて反射させる。反射鏡３は、レーザ光を入射光としてビームスプリッタ４に向けて反射する。
【００１３】
ビームスプリッタ４は、上記反射鏡３から入射された入射光を集束レンズ５に伝搬させるとともに、該集束レンズ５に伝搬させた入射光が以下に説明する計測対象物すなわちマスクＡに反射して得られる反射光を反射鏡６に向けて反射する。集束レンズ５は、入射光をピンホール７に設けられた孔に向けて収束させるとともに、上記反射光を平行光にしてビームスプリッタ４に伝搬させる。
【００１４】
ピンホール７は小径の孔が設けられた遮蔽板であり、入射光を回折させて１／４λ位相板８に伝搬させるとともに、反射光のうち孔に入射された反射光のみを上記集束レンズ５に向けて通過させる。１／４λ位相板８は、入射光の位相を１／４波長シフトさせてコリメータレンズ９に伝搬させるとともに、反射光を１／４波長シフトさせて上記ピンホール７に伝搬させる。コリメータレンズ９は、ピンホール７によって回折された入射光を平行光にして反射鏡１０に伝搬させるとともに、反射光をピンホール７の孔に向けて収束させる。
【００１５】
反射鏡１０は、入射光を全反射して対物レンズ１１に向けて伝搬させるとともに、反射光を全反射して上記コリメータレンズ９に向けて伝搬させる。対物レンズ１１は、入射光を収束させて以下に説明する光透過層１２ａを介して計測対象物であるマスクＡに垂直に照射するとともに、反射光を平行光にして上記反射鏡１０に向けて伝搬させる。この対物レンズ１１は、光軸Ｐ1に沿って移動可能に構成されており、その位置をサブミクロン・オーダーで高精度に検出する位置検出器が備えられている。
【００１６】
厚さ補正器１２は、例えば特開平７−１４０３９３号公報に開示されたものであり、以下に説明するガラス基板（ガラス層）Ａ1と同一の屈折率を有するとともにその厚さが可変可能な光透過層１２ａを備える。該光透過層１２ａは、ガラス基板Ａ1の厚さと自らの厚さが常に一定の基準厚Ｖとなるようにその厚さが設定されるものである。
【００１７】
マスクＡは、図２の側断面図に示すように、一定の厚さＬを有するガラス基板Ａ1の片面にエッチング等によってクロムパターン（対象部）Ａ2が形成されたものであり、該クロムパターンＡ2の線幅Ｌ1等が当該顕微鏡による計測対象とされる。この線幅Ｌ1の計測に当たりマスクＡは、図示するようにガラス基板Ａ1が対物レンズ１１側（クロムパターンＡ2が下側）とされてスキャナ１４上に載置される。
【００１８】
マスクＡに照射された入射光は該マスクＡによって反射され、反射光として厚さ光透過層１２ａ及び上述した各構成要素を経由してビームスプリッタ４によって反射鏡６に向けて反射され光検出器１３に入射される。ここで、該反射光は、１／４λ位相板８を２回通過することになるので１／２波長の位相シフトがなされるのでビームスプリッタ４において反射される。光検出器１３は、例えば光電子増倍管であり、このようにして入射された反射光の強度を電気信号として検出する。
【００１９】
スキャナ１４は、マスクＡに照射される入射光を走査するために紙面に垂直な方向にマスクＡを振動させるものであり、Ｘ−Ｙステージ１５上に固定されている。Ｘ−Ｙステージ１５は、上記マスクＡを矢印Ｘ方向に移動させてマスクＡの操作位置を順次ずらすものである。また、このＸ−Ｙステージ１５上にはキャリブレーションマーク部材（基準マーク）Ｂが固定されている。
【００２０】
該キャリブレーションマーク部材Ｂは上面側（対物レンズ１１側）に高反射膜Ｂ1を有し、例えばスキャナ１４と同一材によって形成されるものであり、高反射膜Ｂ1の表面（鏡面）の光軸Ｐ1に沿った位置Ｙ0は上記マスクＡの下端面Ａ3と同一位置となるように、例えばスペーサ等を介することにより高さ調整がなされてＸ−Ｙステージ１５に固定されている。
【００２１】
次に、このように構成された顕微鏡において、マスクＡの計測に先立って行われるマスクＡの下端面Ａ3への対物レンズ１１の焦点設定の方法について図３を参照して説明する。
【００２２】
まずＸ−Ｙステージ１５が操作されて、図示するように対物レンズ１１の下にキャリブレーションマーク部材Ｂが配置される。そして、厚さ補正器１２の光透過層１２ａの厚さが、例えば基準圧Ｖに設定される。この場合、光透過層１２ａの厚さはレーザマイクロメータ等の厚さ計測器を用いることにより高精度に設定される。
【００２３】
続いて、キャリブレーションマーク部材Ｂの高反射膜Ｂ1の表面に入射光を照射し、光検出器１３の出力が最大、すなわちピンホール７を通過する反射光の光量が最大となるように対物レンズ１１を位置Ｙ1に移動させる。この状態において、高反射膜Ｂ1の表面とマスクＡの仮想面Ａ3とは同一位置となるように設定されているので、対物レンズ１１の焦点はマスクＡの下端面Ａ3の位置に合わされたことになる。
【００２４】
なお、高反射膜Ｂ1の表面の位置とマスクＡの下端面Ａ3の位置とを同一位置としない場合には、予め各位置の偏差ｈをレーザマイクロメータ等の計測手段によって計測しておき、該偏差ｈだけ対物レンズ１１の位置を補正することによって、対物レンズ１１の焦点をマスクＡの下端面Ａ3の位置に合わせることができる。この場合、高反射膜Ｂ1の表面の位置は少なくとも対物レンズ１１の焦点設定の範囲内、例えば下端面Ａ3に対して０．３ｍｍ以内に設定する必要がある。
【００２５】
この状態で、キャリブレーションマーク部材Ｂに代わってマスクＡが対物レンズ１１の下に配置されて、光検出器１３の出力が最大となるように光透過層１２ａの厚さが設定されて焦点設定が終了する。
【００２６】
このように焦点調整された顕微鏡によりクロムパターンＡ2の線幅Ｌは以下のように計測される。すなわち、対物レンズ１１はガラス基板Ａ1の下端面（クロムパターンＡ2との接合面）Ａ3に焦点が合うように光軸Ｐ1に沿って移動させられて光検出器１３によって検出され反射光の強度が最大となる位置に設定される。この場合、クロムパターンＡ2の有無によって反射光の強度が異なるので該強度変化に基づいて線幅Ｌが計測される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような効果を奏する。
（１）鏡面が前記下端面と平行になるように前記ステージ上に設置され、入射光の光軸方向における下端面からの鏡面の位置が所定位置に設定された基準マークを具備し、該鏡面と下端面との位置の差及び鏡面に対する反射光の強度に基づいて光透過層の厚さと対物レンズの焦点位置とが設定されるので、計測対象物のガラス層の光学的な厚さに基づいて高精度に光透過層の厚さが調節されて対物レンズの焦点位置が設定される。
（２）ステージを移動させることにより容易に計測対象物計あるいは基準マークに入射光を照射することができるので、対物レンズの焦点位置の設定が容易である。
（３）同一ステージ上に計測対象物と基準マークとが取り付けられるので、周囲温度の変化による熱膨張等に起因して計測対象物の下端面の位置と基準マークの表面位置とが同時に変動するので、周囲温度の変化に対して安定して計測対象物の計測を行うことができる。
（４）計測対象物の計測時に物理的に該計測対象物の厚さを計測する厚さ計測器を用いる必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる顕微鏡及びその焦点設定方法において、顕微鏡の光学系の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係わる顕微鏡及びその焦点設定方法において、対物レンズの焦点調整時における光学系の構成図である。
【図３】本発明に係わる顕微鏡及びその焦点設定方法において計測対象とされるマスクの構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
１  レーザ発振器
２，３，６、１０  反射鏡
４  ビームスプリッタ
５  集束レンズ
７  ピンホール
８  １／４λ位相板
９  コリメータレンズ
１１  対物レンズ
１２  厚さ補正器
１２ａ  光透過層
１３  光検出器
１４  スキャナ
１５  Ｘ−Ｙステージ
Ａ  マスク
Ａ1  ガラス基板
Ａ2  クロムパターン
Ａ3  下端面
Ｂ  キャリブレーションマーク部材
Ｂ1  高反射膜
Ｌ  ガラス基板の厚さ
Ｌ1  クロムパターンの線幅
Ｐ1  対物レンズの光軸
Ｙ0  高反射膜の表面位置
Ｙ1  キャリブレーションマーク部材に対する焦点設定位置
【図１】
0003670068.tif 000002
【図２】
0003670068.tif 000003
【図３】
0003670068.tif 000004