JP2001168159A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

検査装置及び検査方法

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JP2001168159A
JP2001168159A JP34546699A JP34546699A JP2001168159A JP 2001168159 A JP2001168159 A JP 2001168159A JP 34546699 A JP34546699 A JP 34546699A JP 34546699 A JP34546699 A JP 34546699A JP 2001168159 A JP2001168159 A JP 2001168159A
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light
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irradiation
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Yutaka Imai
裕 今井
Ayumi Taguchi
歩 田口
Hitoshi Tamada
仁志 玉田
Hiroyuki Wada
裕之 和田
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Sony Corp
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    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検査対象となるレジストパターンに対して適
切な照射光量の照明光を照射することで、レジストパタ
ーンの検査を精度良く且つ適切に行う。 【解決手段】 紫外光用ＣＣＤカメラ５による画像分解
能が、検査するレジストパターン１０２上において１０
ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように、結像光学系６の結
像倍率を設定する。また、紫外光用ＣＣＤカメラ５が１
枚の画像を撮像する毎に、検査するレジストパターンに
対して、紫外域の波長を有する照明光を、０．５ｍＪ／
ｃｍ2以上の照射光量で、且つ、検査対象のレジストパ
ターン１０２を収縮させない照射閾値、或いは、反射防
止膜の吸収率を変化させない照射閾値以下の照射光量で
照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスの
リソグラフィ工程において、半導体ウェハ上に形成され
るレジストパターンの状態を検査するのに好適な検査装
置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気産業分野におけるデジタル化
が進む中で、半導体集積回路の集積度の向上が盛んに行
われている。そして、このように高度に集積された半導
体集積回路を如何に効率良く低コストで提供できるか
が、今後のデジタル電気産業の発展を左右する重要な課
題となっている。
【０００３】半導体集積回路を低コストで効率良く生産
するためには、製造プロセス中に発生する問題を迅速に
且つ正確に検出することが重要である。このため、微細
なパターンを精度良く検査できる検査装置に対する需要
が高まっている。
【０００４】高い解像度を有する検査装置としては、走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscop
e）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microsco
pe）等を用いたものが知られている。しかしながら、こ
れら走査電子顕微鏡や原子間力顕微鏡は、検査に真空を
必要とするので取り扱いが不便であると共に、デバイス
全体を検査するのに時間がかかるという問題がある。
【０００５】これに対して、光学顕微鏡を用いる検査装
置では、非破壊で真空を必要とせず、非接触で検査がで
きるという利点がある。近年、非線形光学結晶を用いて
ＹＡＧレーザ等を波長変換し紫外域の波長を有するレー
ザ光を出射する紫外線固体レーザ装置が開発されてお
り、この紫外線固体レーザ装置を照明光源として用い、
高ＮＡの対物レンズを用いて光学系を構成すれば、光学
顕微鏡においても、走査電子顕微鏡等に肉薄する解像度
が得られることから、大きな期待が寄せられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路のパターンの検査は、半導体ウェハ上にレジストパ
ターンが形成された状態で行うことが望まれている。こ
のレジストパターンは、半導体ウェハ上に塗布されたレ
ジスト材料が、形成するパターンに応じて露光装置によ
り露光され、現像されることによって形成される。
【０００７】紫外線固体レーザ装置を照明光源として用
い、照明された検査対象の画像をＣＣＤ（charge-coupl
ed device)カメラ等の画像撮像素子により撮像して検査
対象の検査を行う検査装置で、以上のようなレジストパ
ターンを検査する場合、照明光の波長が露光装置の光源
の波長に近いので、照明光の照射光量が大きいと、検査
するレジストパターンがこの照明光に反応して収縮して
しまう場合がある。また、レジストパターンの近傍に
は、通常、露光時の反射に起因する異常露光を防止する
ための反射防止膜が設けられているが、照明光の照射光
量が大きいと、この反射防止膜の吸収率が変化して、レ
ジストパターンの検査に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００８】一方、上記検査装置でレジストパターンを
検査する場合に、照明光の照射光量があまり小さいと、
画像撮像素子の雑音成分が、得られる信号成分に対して
相対的に大きくなり、レジストパターンの検査を精度良
く行うことができない場合がある。
【０００９】したがって、上記検査装置によりレジスト
パターンを精度良く検査するためには、照明光の照射光
量を適切な値に制御することが重要である。
【００１０】本発明は、以上のような実情に鑑みて創案
されたものであって、検査対象となるレジストパターン
に対して適切な照射光量の照明光を照射することで、レ
ジストパターンの検査を精度良く且つ適切に行うように
した検査装置及び検査方法を提供することを目的とする
ものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る検査装置
は、検査対象となるレジストパターンに対して、３５５
ｎｍ以下の紫外域の波長を有する照明光を照射して、こ
のレジストパターンを照明する照明手段と、この照明手
段により照明されたレジストパターンの画像を撮像する
画像撮像手段と、照明手段により照明されたレジストパ
ターンの画像を画像撮像手段に結像させる結像光学系
と、画像撮像手段により撮像されたレジストパターンの
画像を処理する画像処理手段とを備えている。
【００１２】この検査装置において、結像光学系は、画
像撮像手段による画像分解能が、レジストパターン上に
おいて１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように、その結
像倍率が設定されている。ここで、画像撮像手段による
画像分解能とは、画像撮像手段による撮像最小単位（１
ピクセル）が検査対象となるレジストパターン上におい
てどれだけの領域に相当するかを示す値であり、結像光
学系の結像倍率によって決定されるものである。この検
査装置においては、画像撮像手段による画像分解能が、
レジストパターン上において１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下
となるように、結像光学系の結像倍率が設定されてい
る。
【００１３】また、この検査装置において、照明手段
は、画像撮像手段が１枚の画像を撮像する毎に、レジス
トパターンに対して、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上の照射光
量で、且つ、レジストパターンを収縮させない照射閾
値、或いは、レジストパターンの近傍に設けられた反射
防止膜の吸収率を変化させない照射閾値以下の照射光量
で照明光を照射するようになされている。
【００１４】この検査装置によれば、検査対象となるレ
ジストパターンが、照明手段により、３５５ｎｍ以下の
紫外域の波長を有する照明光で照明される。そして、紫
外域の波長を有する照明光で照明されたレジストパター
ンの画像が、結像光学系により画像撮像手段に導かれ、
画像撮像手段により撮像される。ここで、画像撮像手段
による画像分解能は、レジストパターン上における１０
ｎｍ〜３０ｎｍの領域である。
【００１５】画像撮像手段により撮像されたレジストパ
ターンの画像は、画像処理手段に取り込まれ、画像処理
手段により処理される。この画像処理手段により処理さ
れるレジストパターンの画像は、非常に短波長の光であ
る紫外域の波長を有する照明光で照明されたレジストパ
ターンの画像である。したがって、この画像処理手段に
より処理されたレジストパターンの画像を解析すること
で、レジストパターンの状態を非常に精度良く検査する
ことができる。
【００１６】また、本発明に係る検査装置においては、
画像撮像手段が１枚の画像を撮像する毎に、照明手段
が、上述した範囲の照射光量でレジストパターンに対し
て照明光を照射するようにしているので、撮像素子の雑
音成分を信号成分に対して相対的に小さくして検査精度
を向上させることができると共に、レジストパターンの
収縮や反射防止膜の変質を有効に抑制して、レジストパ
ターンの検査を適切に行うことができる。
【００１７】すなわち、画像撮像手段が１枚の画像を撮
像する毎にレジストパターンに照射される照射光量が
０．５ｍＪ／ｃｍ2に満たないと、画像撮像手段による
画像分解能がレジストパターン上における１０ｎｍ〜３
０ｎｍの領域とされた検査装置においては、撮像素子の
雑音成分の信号成分に対する割合が大きくなりすぎて、
レジストパターンの検査を精度良く行うことができな
い。
【００１８】また、画像撮像手段が１枚の画像を撮像す
る毎にレジストパターンに照射される照射光量が、レジ
ストパターンを収縮させない照射閾値を超えるとレジス
トパターンに収縮が生じ、また、反射防止膜の吸収率を
変化させない照射閾値を超えると反射防止膜の吸収率が
変化してしまい、いずれの場合も適切な検査が阻害され
てしまう。
【００１９】本発明に係る検査装置では、画像撮像手段
が１枚の画像を撮像する毎に、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上
の照射光量で、且つ、レジストパターンを収縮させない
照射閾値、或いは、レジストパターンの近傍に設けられ
た反射防止膜の吸収率を変化させない照射閾値以下の照
射光量で、レジストパターンに照明光が照射されるよう
になされているので、レジストパターンの検査を精度良
く且つ適切に行うことができる。
【００２０】また、本発明に係る検査方法は、検査対象
となるレジストパターンに対して照明光を照射してこの
レジストパターンを照明し、照明されたレジストパター
ンの画像を撮像手段により撮像し、この撮像手段により
撮像されたレジストパターンの画像を処理し解析するこ
とでレジストパターンの状態を検査する検査方法であ
る。
【００２１】そして、この検査方法では、３５５ｎｍ以
下の紫外域の波長を有する照明光を、画像撮像手段が１
枚の画像を撮像する毎に、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上の照
射光量で、且つ、レジストパターンを収縮させない照射
閾値、或いは、レジストパターンの近傍に設けられた反
射防止膜の吸収率を変化させない照射閾値以下の照射光
量でレジストパターンに対して照射し、照明光により照
明されたレジストパターンの画像を、画像撮像手段によ
る画像分解能が、レジストパターン上における１０ｎｍ
〜３０ｎｍの領域となるように結像倍率が設定された結
像光学系を用いて、上記画像撮像手段に結像させるよう
にしている。
【００２２】この検査方法によれば、非常に短波長の光
である紫外域の波長を有する照明光で照明されたレジス
トパターンの画像を処理し解析することでレジストパタ
ーンの状態が検査されるので、レジストパターンの状態
を非常に精度良く検査することができる。
【００２３】また、この検査方法によれば、画像撮像手
段が１枚の画像を撮像する毎に、レジストパターンに対
して、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上の照射光量で、且つ、レ
ジストパターンを収縮させない照射閾値、或いは、レジ
ストパターンの近傍に設けられた反射防止膜の吸収率を
変化させない照射閾値以下の照射光量で照明光が照射さ
れるので、撮像素子の雑音成分に対する信号成分を十分
に確保しながら、レジストパターンの収縮や反射防止膜
の変質を有効に抑制して、レジストパターンの検査を適
切に行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
【００２５】本発明は、紫外域の波長を有する照明光を
用いて半導体ウェハ等に形成されたレジストパターンを
照明し、撮像した画像を処理し解析することによって、
例えば、レジストパターンのエッジ位置を検出して線幅
の管理等を行うようにしたものである。
【００２６】半導体ウェハに形成されるレジストパター
ンは、半導体集積回路等の集積度が向上するに従い、益
々微細なものとなってきている。このように微細化され
たレジストパターンを光学的に精度良く検査するには、
波長の短い光を照明光として用いることが有効である。
そこで、本発明では、３５５ｎｍ以下の紫外域の波長を
有する光を照明光として用いるようにしている。
【００２７】このように、紫外域の波長を有する光を照
明光として用いてレジストパターンを照明する場合、そ
の照射光量が大きいと、レジストパターンが照明光に反
応して収縮してしまうという問題がある。レジストパタ
ーンの収縮は、照明光の照射光量が所定の照射閾値を超
えた場合に急激に生じる。したがって、紫外域の波長を
有する光を照明光として用いる場合でも、１枚の画像を
撮像する際の照明光の照射光量をレジストパターンに収
縮を生じさせない照射閾値以下とすれば、レジストパタ
ーンに収縮を生じさせることなく適切に検査を行うこと
ができる。ここで、レジストパターンに収縮を生じさせ
ない照射閾値は、使用されるレジスト材料の種類によっ
て異なるものとなる。
【００２８】また、レジストパターンの下層或いは上層
には、通常、このレジストパターンを露光形成する際の
反射を防止して、レジストパターンを適切な形状に形成
するための反射防止膜が設けられているが、紫外域の波
長を有する光を照明光としてレジストパターンに照射す
る場合に、その照射光量が所定の値を超えて大きくなる
と、反射防止膜の吸収率を変化させて、図１に示すよう
に、反射防止膜により反射される光強度を急激に増加さ
せてしまう。反射防止膜により反射される光強度が急激
に増加すると、その反射防止膜の状態に応じて、撮像し
たレジストパターンの画像が変化することになり、検査
精度に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、紫外
域の波長を有する光を照明光として用いる場合、反射防
止膜の吸収率を変化させない照射光量でレジストパター
ンを照明することも重要である。
【００２９】以上のことから、３５５ｎｍ以下の紫外域
の波長を有する光を照明光として用い、レジストパター
ンを光学的に検査するには、１枚の画像を撮像する際の
照明光の照射光量を、レジストパターンに収縮を生じさ
せない照射閾値、或いは、反射防止膜の吸収率を変化さ
せない照射閾値以下に設定することが要求される。
【００３０】具体的には、例えば、波長が約２６６ｎｍ
の深紫外レーザ光を照明光として用い、半導体集積回路
のゲート配線作成工程における線幅約１５０ｎｍのレジ
ストパターンを検査する場合には、１枚の画像を撮像す
る際の照明光の照射光量を、２０〜３０ｍＪ／ｃｍ2以
下、好ましくは、１ｍＪ／ｃｍ2程度に設定することが
望ましい。
【００３１】ところで、１枚の画像を撮像する際の照明
光の照射光量を小さくして、微弱光でレジストパターン
の検査を行う（以下、微弱光検査という。）場合、画像
を撮像するＣＣＤカメラ等の画像撮像素子の雑音が問題
となってくる。すなわち、微弱光検査では、ＣＣＤカメ
ラに入射する光量が小さいために、信号成分に対する雑
音成分の割合が相対的に大きくなり、この雑音成分が検
査精度を劣化させる要因となる場合がある。
【００３２】ＣＣＤカメラの雑音には、当該ＣＣＤカメ
ラに入射した光を光電変換する際に発生する電子に対す
るショット雑音や、当該ＣＣＤカメラにより撮像された
画像データを画像処理用コンピュータ等の画像処理手段
に転送する際に発生する読み出し雑音、熱雑音等があ
る。
【００３３】ここで、ＣＣＤカメラの読み出し雑音や熱
雑音は、ＣＣＤカメラのチップを冷却することで有効に
抑制することができる。具体的には、例えば、ＣＣＤカ
メラのチップをペルチェ素子を用いて５℃以下にまで冷
却することによって、ＣＣＤカメラの読み出し雑音や熱
雑音を、常温で用いた場合に比べて大幅に抑圧すること
が可能である。
【００３４】一方、ＣＣＤカメラに入射した光を光電変
換する際に発生するショット雑音に対しては、ＣＣＤカ
メラの量子効率を向上させることで対応を図る必要があ
る。具体的には、紫外線帯域においても高い量子効率を
有するＣＣＤチップを用いてＣＣＤカメラを構成し、こ
のＣＣＤカメラを画像撮像素子として用いることで、画
像撮像素子により受光した光の光量に対するショット雑
音比を小さくすることができる。なお、ここで、ＣＣＤ
カメラの量子効率とは、ＣＣＤカメラによる表面透過
率、内部吸収及び光電変換率等を全て含めた、入射光子
数に対する発生電子数の割合をいう。
【００３５】しかしながら、ＣＣＤカメラの量子効率を
向上させることによって抑圧できるショット雑音のレベ
ルには限界があり、これを超える低雑音化は困難であ
る。したがって、紫外域の波長を有する照明光でレジス
トパターンを照明し、その画像をＣＣＤカメラによって
撮像してレジストパターンの検査をする場合、レジスト
パターンに照射する照明光の光量があまりに小さいと、
ＣＣＤカメラの量子効率の向上によっては抑圧できない
ショット雑音の信号成分に対する割合が大きくなり、検
査精度を劣化させてしまう。
【００３６】そこで、紫外域の波長を有する照明光でレ
ジストパターンを照明し、その画像をＣＣＤカメラによ
って撮像してレジストパターンの検査をする場合には、
一定以上の照射光量でレジストパターンを照明し、検査
精度を確保できる程度の光量をＣＣＤカメラに入射させ
ることによって、ショット雑音比を一定レベル以下に低
減させる必要がある。
【００３７】ところで、ＣＣＤカメラの撮像最小単位
（１ピクセル）に入射する光子数は、照明光の照射光量
によって一意的に決まるものではなく、照明光により照
明されたレジストパターンの画像をＣＣＤカメラに結像
させる結像光学系の結像倍率にも依存するものである。
すなわち、照明光の照射光量が一定の場合、結像光学系
の結像倍率が低い方がＣＣＤカメラの１ピクセルに入射
する光子数が多くなり、ショット雑音に対する信号成分
の割合を大きくすることができる。
【００３８】しかしながら、結像光学系の結像倍率はＣ
ＣＤカメラによる画像分解能を決定するパラメータであ
り、結像光学系の結像倍率があまり低いと、ＣＣＤカメ
ラの１ピクセルに相当するレジストパターン上の領域が
大きくなり、微細な構造を精度良く検査することが困難
になる。
【００３９】ここで、例えば、波長が約２６６ｎｍの深
紫外レーザ光を照明光として用い、半導体集積回路のゲ
ート配線作成工程における線幅約１５０ｎｍのレジスト
パターンを精度良く検査するには、ＣＣＤカメラによる
画像分解能が、レジストパターン上において１０ｎｍ以
上３０ｎｍ以下、好ましくは２４ｎｍ程度となるよう
に、結像光学系の結像倍率が設定されていることが望ま
しい。
【００４０】ＣＣＤカメラによる画像分解能が以上のよ
うな範囲になるように結像光学系の結像倍率が設定され
ている場合、ショット雑音に対する信号成分の割合を増
加させて検査精度を確保するには、図２に示すように、
０．５ｍＪ／ｃｍ2程以上の照射光量でレジストパター
ンを照明する必要がある。
【００４１】本発明は、以上のような諸事情を考慮し
て、ＣＣＤカメラによる画像分解能が、レジストパター
ン上において１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように、
結像光学系の結像倍率を設定し、レジストパターンに照
射する照明光の照射光量を、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上
で、且つ、レジストパターンを収縮させない照射閾値、
或いは、レジストパターンの近傍に設けられた反射防止
膜の吸収率を変化させない照射閾値以下（図２中ハッチ
ングで示す部分）とすることによって、微細なレジスト
パターンを適切且つ精度良く検査することができるよう
にしたものである。
【００４２】ここで、本発明を適用した検査装置につい
て、具体的に説明する。
【００４３】本発明を適用した検査装置の一構成例を図
３に示す。この図３に示す検査装置１は、半導体ウェハ
上に反射防止膜を介して形成されたレジストパターンの
状態を検査するものであり、レジストパターンが形成さ
れた半導体ウェハ１００を移動可能に支持する可動ステ
ージ２と、紫外域の波長を有する照明光を出射する紫外
線固体レーザ装置３と、紫外線固体レーザ装置３から出
射された照明光を音響光学効果により変調する音響光学
変調器（ＡＯＭ：Acoustic Optics Modulator）４と、
照明光により照明されたレジストパターンの画像を撮像
する紫外光用ＣＣＤカメラ５と、照明光により照明され
たレジストパターンの画像をＣＣＤカメラ５に結像させ
る結像光学系６と、ＣＣＤカメラ５により撮像されたレ
ジストパターンの画像を処理する画像処理用コンピュー
タ７と、検査装置１全体の動作を制御する制御用コンピ
ュータ８とを備えている。
【００４４】可動ステージ２は、例えば、当該可動ステ
ージ２上に設置された半導体ウェハ１００を水平方向に
移動させるためのＸステージ及びＹステージと、半導体
ウェハ１００を垂直方向に移動させるためのＺステージ
と、半導体ウェハ１００を回転させるためのθステージ
と、半導体ウェハ１００を吸着して当該可動ステージ２
上に固定させるための吸着プレートとを備える。そし
て、可動ステージ２は、制御用コンピュータ８の制御の
もと、以上の各ステージを動作させることで、吸着プレ
ートにより吸着された半導体ウェハ１００の検査する箇
所を所定の検査位置へと移動させる。
【００４５】紫外線固体レーザ装置３は、ＹＡＧレーザ
等の固体レーザを非線形光学結晶を用いて波長変換し、
例えば、波長が２６６ｎｍ程度の深紫外（ＤＵＶ：Deep
Ultra Violet）レーザ光を出射するようになされてい
る。
【００４６】検査装置の検査能力は、検査対象に照射す
る照明光の波長に依存し、照明光の波長が短波長である
方がより微細なパターンの検査が可能となる。検査装置
１では、照明光の光源として紫外線固体レーザ装置３が
用いられ、短波長の深紫外レーザ光で半導体ウェハ１０
０を照明するようになされているので、微細なパターン
の検査が可能である。また、紫外線固体レーザ装置３
は、装置自体が小型であり、水冷が不要である等、取り
扱い上でも優れており、検査装置１における照明光の光
源として最適である。なお、波長が２６６ｎｍの深紫外
レーザ光は、ＹＡＧレーザの４倍波として得られる。
【００４７】音響光学変調器４は、音響光学効果を利用
した光変調器である。この音響光学変調器４では、ブラ
ッグ回折或いはデバイ・シアース効果における１次回折
光の強度が超音波パワーにほぼ比例するので、音響光学
変調器４に入力するＲＦ信号を制御して超音波パワーを
変調することにより、１次回折光の強度を電気的に調整
することができる。検査装置１では、紫外線固体レーザ
装置３から出射された照明光をこの音響光学変調器４に
入射させ、この音響光学変調器４より回折された１次回
折光を検査対象となるレジストパターンに照明光として
照射するようにしている。そして、この検査装置１で
は、音響光学変調器４に入力するＲＦ信号を制御用コン
ピュータ８により制御することによって、レジストパタ
ーンに照射する照明光の照射光量を調整するようにして
いる。
【００４８】紫外光用ＣＣＤカメラ５は、例えば、紫外
光に対して高い感度が得られるように構成されたＣＣＤ
カメラであり、例えば、波長が約２６６ｎｍの深紫外レ
ーザ光に対して、約３０％以上の量子効率が得られるも
のである。また、この紫外光用ＣＣＤカメラ５は、ＣＣ
Ｄチップがペルチェ素子により５℃程度まで冷却される
構成となっており、この紫外光用ＣＣＤカメラ５により
撮像された画像データを画像処理用コンピュータ７に転
送する際に発生する読み出し雑音や熱雑音を大幅に低減
することができるようになされている。
【００４９】結像光学系６は、紫外光用対物レンズ１１
と結像レンズ１２とを備えており、照明光により照明さ
れたレジストパターンの画像を所定の結像倍率で紫外光
用ＣＣＤカメラ５に結像させるものである。本発明を適
用した検査装置１では、紫外光用ＣＣＤカメラ５による
画像分解能が、検査するレジストパターン上において１
０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように、すなわち、レジ
ストパターン上における１０〜３０ｎｍの領域が紫外光
用ＣＣＤカメラ５の１ピクセルに相当するように、この
結像光学系６の結像倍率が設定されている。
【００５０】ここで、図３に示す検査装置１を用いて、
半導体ウェハ１００上に反射防止膜を介して形成された
レジストパターンの線幅を検査する方法について説明す
る。先ず、図４に示すように、反射防止膜１０１を介し
てレジストパターン１０２が形成された半導体ウェハ１
００が、可動テーブル２上に設置される。そして、可動
テーブル２が制御用コンピュータ７の制御のもとで駆動
され、半導体ウェハ１００が移動操作されることによっ
て、検査する箇所のレジストパターン１０２が所定の検
査位置に位置決めされる。
【００５１】次に、制御用コンピュータ７の制御のもと
で紫外線固体レーザ装置３が駆動され、紫外線固体レー
ザ装置３から、例えば、波長が約２６６ｎｍの深紫外レ
ーザ光が出射される。紫外線固体レーザ装置３から出射
された深紫外レーザ光は、音響光学変調器４に入射す
る。
【００５２】音響光学変調器４は、制御用コンピュータ
８の制御により入射した光を変調する。具体的には、制
御用コンピュータ８から音響光学変調器４に入力される
ＲＦ信号が制御されることにより、音響光学変調器４を
透過する深紫外レーザ光の１次回折光の強度が調整され
ることになる。本発明を適用した検査装置１では、この
１次回折光を照明光として検査対象のレジストパターン
１０２に照射するようにしている。そして、音響光学変
調器４に入力されるＲＦ信号を制御することで、紫外光
用ＣＣＤカメラ５が１枚の画像を撮像する毎に、検査対
象のレジストパターン１０２に対して、０．５ｍＪ／ｃ
ｍ2以上の照射光量で、且つ、検査対象のレジストパタ
ーン１０２を収縮させない照射閾値、或いは、反射防止
膜１０１の吸収率を変化させない照射閾値以下の照射光
量で、照明光を照射するようにしている。
【００５３】この検査装置１では、制御用コンピュータ
８により制御される音響光学変調器４を用いて、検査対
象のレジストパターン１０２に照射する照明光の照射光
量を電気的に制御するようにしているので、照明光の照
射光量の制御を適切且つ簡便に行うことが可能である。
また、この検査装置１では、例えば、紫外光用ＣＣＤカ
メラ５のシャッタと同期させて、検査対象のレジストパ
ターン１０２に照明光を照射させることも可能であり、
照明光の照射を効率よく行うことができる。
【００５４】音響光学変調器４を透過した深紫外レーザ
光の１次回折光（照明光）は、紫外線用光ファイバ１３
により光学系の部分に導かれる。そして、この照明光
は、レンズ１４を透過して、ビームスプリッタ１５に入
射し、ビームスプリッタ１５により反射された照明光
が、紫外光用対物レンズ１１を介して、可動テーブル２
上に設置された半導体ウェハ１００のレジストパターン
１０２に照射される。これにより、検査対象のレジスト
パターン１０２が、光量制御された深紫外レーザ光であ
る照明光により照明されることになる。
【００５５】照明光により照明されたレジストパターン
１０２からの反射光は、紫外光用対物レンズ１１を透過
して、ビームスプリッタ１５に入射する。そして、ビー
ムスプリッタ１５を透過したレジストパターン１０２か
らの反射光が、結像レンズ１２を介して紫外光用ＣＣＤ
カメラ５に入射する。これにより、紫外光用対物レンズ
１１により拡大された、図５に示すようなレジストパタ
ーン１０２の画像が、紫外光用ＣＣＤカメラ５により撮
像されることになる。
【００５６】ここで、紫外光用対物レンズ１１として
は、例えば、開口数ＮＡが０．９程度の高開口数のレン
ズが用いられている。この検査装置１では、照明光とし
て短波長の深紫外レーザ光を用いると共に、紫外光用対
物レンズ１１として高開口数のレンズを用いることで、
より微細なパターンの検査が行えるようになされてい
る。また、紫外光用対物レンズ１１は、例えば、波長が
２６６ｎｍ程度の紫外光に対して収差が低減されるよう
な対策が施されている。
【００５７】また、紫外光用対物レンズ１１は、制御用
コンピュータ８の制御のもとで駆動されるフォーカス調
整機構１６により、検査対象のレジストパターン１０２
に近接離間する方向に移動可能とされており、制御用コ
ンピュータ８の制御によりフォーカス調整ができるよう
になされている。
【００５８】紫外光用ＣＣＤカメラ５により撮像された
レジストパターン１０２の画像は、画像処理用コンピュ
ータ７に取り込まれる。そして、画像処理用コンピュー
タ７が、この取り込んだレジストパターン１０１の画像
を処理することによって、図６に示すような光の強度プ
ロファイルが作成される。
【００５９】この図６に示す強度プロファイルは、凹凸
パターンであるレジストパターン１０２により回折され
た照明光が、その段差近辺で干渉することによって得ら
れるものであり、レジストパターン１０２の凹凸に対応
したものとなっている。すなわち、この強度プロファイ
ルに現れる大きな山の部分（図６におけるａの部分）
は、レジストパターン１０２の凹部に対応しており、２
つの大きな山の間の部分（図６におけるｂの部分）が、
レジストパターン１０２の凸部に対応している。そし
て、この強度プロファイルには、２つの大きな山の間に
それぞれ小さな山が現れており、この小さな山と大きな
山との間に谷となるピークが現れている。この谷となる
ピークは、レジストパターン１０２の凹部と凸部との境
界部分（以下、パターンエッジという。）に対応してい
る。
【００６０】本発明を適用した検査装置１では、以上の
ように、レジストパターン１０２のパターンエッジに対
応して谷となるピークが現れる強度プロファイルが得ら
れるので、この強度プロファイルからレジストパターン
１０２の凸部の幅（線幅）を測定することが可能であ
る。すなわち、検査装置１により得られる強度プロファ
イルにおいては、２つの谷となるピークの間が凸部の幅
に対応しているので、これら２つの谷となるピーク間の
距離を求めれば、レジストパターン１０２の線幅を測定
することができる。
【００６１】ここで、画像処理用コンピュータ７により
作成された強度プロファイルから、レジストパターン１
０２の線幅を測定する方法について説明する。
【００６２】画像処理用コンピュータ７により作成され
た強度プロファイルからレジストパターン１０２の線幅
を測定するには、先ず、この強度プロファイルの谷の部
分を２次関数でフィッティングする。そして、この２次
関数の極値を谷の部分のピークとして検出する。これに
より、レジストパターン１０２のパターンエッジに対応
した谷の部分のピークの位置を、紫外光用ＣＣＤカメラ
５のピクセルサイズ以下の高い精度で求めることができ
る。
【００６３】次に、隣り合う２つの谷のピーク間の距離
を測定する。この２つの谷のピーク間の距離が、レジス
トパターン１０２の線幅に対応するものである。ここで
得られる２つの谷のピーク間の距離（レジストパターン
１０２の線幅の観察値）は、レジストパターン１０２の
線幅の実際の値（絶対値）とは異なる値であるが、これ
らはほぼ直線的な関係にあるので、予め走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）等を用い
て、レジストパターン１０２の線幅の絶対値に対する観
察値の割合を求めておけば、強度プロファイルから測定
されたレジストパターン１０２の線幅の観察値を補正す
ることによって、その絶対値を求めることができる。
【００６４】以上のように、画像処理用コンピュータ７
により作成された強度プロファイルからレジストパター
ン１０２の線幅を求めるようにすれば、レジストパター
ン１０２の線幅をナノメートルのオーダーで精度良く測
定することができ、また、レジストパターン１０２の線
幅に変動が生じた場合には、その線幅の変動を精度良く
検出することができる。
【００６５】また、例えば、半導体集積回路のパターン
が積層構造を有するパターンである場合には、下層パタ
ーンに対応したレジストパターンのパターンエッジと、
上層パターンに対応したレジストパターンのパターンエ
ッジをそれぞれ特定し、これらのパターンエッジの位置
のばらつきを検査することで、積層構造を有するパター
ンの重ね合わせの位置ずれを精度良く検出することがで
きる。
【００６６】なお、検査するレジストパターン１０２が
直線的なパターンである場合には、複数ラインの検査結
果を平均化することによって、その線幅を更に精度良く
測定することが可能である。すなわち、上述したよう
に、紫外光用ＣＣＤカメラ５によるショット雑音の低減
には限界があるので、このショット雑音に起因して、各
ライン間に測定精度のばらつきが生じる場合がある。し
かしながら、複数ラインの検査結果を平均化して、その
平均値をレジストパターン１０２の線幅とすれば、各ラ
イン間の測定精度のばらつきも平均化されることになる
ので、レジストパターン１０２の線幅を更に高精度に求
めることができる。
【００６７】ところで、この検査装置１では、紫外光を
照明光として用いているために、紫外光用対物レンズ１
１と検査対象のレジストパターン１０２との間の距離
を、紫外光用対物レンズ１１の焦点距離に正確に一致さ
せるフォーカス調整を行うことは困難である。また、こ
の検査装置１では、検査するレジストパターン１０２の
寸法等によっては、オンフォーカスの状態から僅かにず
れたオフフォーカスの状態でレジストパターン１０２を
観察した方が、レジストパターン１０２の検査をより精
度良く行うことができる場合もある。
【００６８】そこで、この検査装置１においては、上述
したフォーカス調整機構１６により大まかなフォーカス
調整を行い、その後、可動ステージ２のＺステージを微
動させることで検査するレジストパターン１０２の垂直
方向の位置を僅かに変化させながら、或いは、フォーカ
ス調整機構１６により紫外光用対物レンズ１１の位置を
僅かに変化させながら、それぞれの位置でレジストパタ
ーン１０２の画像を撮像し、撮像された複数の画像の中
から最適な画像を選択して、この最適な画像をもとにレ
ジストパターン１０２の検査を行うようにしている。こ
れにより、短波長の紫外光を照明光として有効に用いて
適切な検査を行うことが可能となる。
【００６９】以上のように、本発明を適用した検査装置
１では、紫外光用ＣＣＤカメラ５による画像分解能が、
検査するレジストパターン１０２上において１０ｎｍ以
上３０ｎｍ以下となるように、すなわち、レジストパタ
ーン１０２上における１０〜３０ｎｍの領域が紫外光用
ＣＣＤカメラ５の１ピクセルに相当するように、結像光
学系６の結像倍率が設定されていると共に、紫外光用Ｃ
ＣＤカメラ５が１枚の画像を撮像する毎に、検査するレ
ジストパターン１０２に対して、０．５ｍＪ／ｃｍ2以
上の照射光量で、且つ、検査対象のレジストパターン１
０２を収縮させない照射閾値、或いは、反射防止膜１０
１の吸収率を変化させない照射閾値以下の照射光量で、
短波長の深紫外レーザ光を照明光として照射するように
しているので、例えば、線幅が１５０ｎｍ程度の非常に
微細なレジストパターン１０２の検査を非常に精度良
く、且つ、レジストパターン１０２の収縮や反射防止膜
１０１の変質等を生じさせることなく適切に行うことが
できる。
【００７０】なお、以上は、光源である紫外線固体レー
ザ装置３から出射された深紫外レーザ光を、音響光学変
調器４を用いて変調することによって、検査対象のレジ
ストパターン１０２に照射する照明光の照射光量を制御
するようにした検査装置１を例に挙げて説明したが、本
発明は、以上の例に限定されるものではなく、例えば、
照明光を変調する変調手段として、音響光学変調器４の
代わりに、機械的なシャッタ手段を設けるようにしても
よい。この場合、シャッタ手段の開閉を制御用コンピュ
ータ８により制御して、シャッタ手段を透過する照明光
の光量を調整するようにすれば、上述した例と同様に、
検査対象のレジストパターン１０２に照射する照明光の
照射光量を適切な値に制御することが可能である。ま
た、制御用コンピュータ８により光源である紫外線固体
レーザ装置３のオン／オフの切り替えを行うことでも、
照明光の照射光量を制御することが可能である。
【００７１】また、上述した例では、波長が約２６６ｎ
ｍの深紫外レーザ光を出射する紫外線固体レーザ３を光
源として用いるようにしているが、それ以外のものを光
源として用いるようにしてもよい。但し、微細なレジス
トパターン１０２を精度良く検査するためには、照明光
の波長が短い方が有利であるので、本発明では、３５５
ｎｍ以下の紫外域の波長を有する光を照明光として用い
るようにしている。なお、波長が３５５ｎｍの紫外レー
ザ光は、ＹＡＧレーザの３倍波として得られる。
【００７２】また、上述した例では、半導体集積回路の
パターンを形成するためのレジストパターンを検査する
ようにしているが、本発明は、以上の例に限定されるも
のではなく、微細構造を有するあらゆるレジストパター
ンの検査に対して、有効に適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、波長の短い紫外域の光を照明光として用い、その
照射光量を適切な値に制御するようにしているので、微
細な構造のレジストパターンを、このレジストパターン
の収縮やこのレジストパターンの近傍に設けられた反射
防止膜の変質等を生じさせることなく、適切に且つ精度
良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】照明光の照射光量と反射防止膜により反射され
る光の強度との関係を示す図である。
【図２】照明光の照射光量の最適な範囲を説明するため
の図である。
【図３】本発明を適用した検査装置の一例を示す構成図
である。
【図４】上記検査装置の可動テーブル上に、検査対象の
レジストパターンが形成された半導体ウェハが設置され
た状態を示す模式図である。
【図５】上記検査装置の紫外光用ＣＣＤカメラにより撮
像されたレジストパターンの画像を示す図である。
【図６】上記紫外光用ＣＣＤカメラにより撮像されたレ
ジストパターンの画像をもとに、画像処理用コンピュー
タにより作成された強度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１ 検査装置、２ 可動テーブル、３ 紫外線固体レー
ザ装置、４ 音響光学変調器、５ 紫外光用ＣＣＤカメ
ラ、６ 結像光学系、７ 画像処理用コンピュータ、８
制御用コンピュータ、１１ 紫外光用対物レンズ、１
２ 結像レンズ、１００ 半導体ウェハ、１０１ 反射
防止膜、１０２ レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉田 仁志 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 和田 裕之 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA54 BB02 CC17 DD00 DD03 FF01 FF51 FF61 GG04 GG22 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL30 LL46 LL57 NN02 NN08 PP12 SS13 UU01 2G051 AA51 BA05 BA10 BB17 BB20 BC01 CA03 CA04 DA05 2H096 AA25 4M106 AA01 AA20 BA05 BA07 CA39 CA50 DB04 DB07 DB08 DB11 DB19 DB21 DJ04 DJ05 DJ11 DJ14

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検査対象となるレジストパターンに対し
    て、３５５ｎｍ以下の紫外域の波長を有する照明光を照
    射して、上記レジストパターンを照明する照明手段と、 上記照明手段により照明されたレジストパターンの画像
    を撮像する画像撮像手段と、 上記照明手段により照明されたレジストパターンの画像
    を上記画像撮像手段に結像させる結像光学系と、 上記画像撮像手段により撮像されたレジストパターンの
    画像を処理する画像処理手段とを備え、 上記結像光学系は、上記画像撮像手段による画像分解能
    が、上記レジストパターン上において１０ｎｍ以上３０
    ｎｍ以下となるように、その結像倍率が設定されている
    と共に、 上記照明手段は、上記画像撮像手段が１枚の画像を撮像
    する毎に、上記レジストパターンに対して、０．５ｍＪ
    ／ｃｍ2以上の照射光量で、且つ、上記レジストパター
    ンを収縮させない照射閾値、或いは、上記レジストパタ
    ーンの近傍に設けられた反射防止膜の吸収率を変化させ
    ない照射閾値以下の照射光量で、上記照明光を照射する
    ことを特徴とする検査装置。
  2. 【請求項２】 上記照明手段は、上記照明光を出射する
    光源と、この光源から出射された照明光を変調する変調
    手段手段とを備え、上記変調手段が上記光源から出射さ
    れた照明光を変調することにより、上記画像撮像手段が
    １枚の画像を撮像する毎に、上記レジストパターンに対
    して、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上の照射光量で、且つ、上
    記レジストパターンを収縮させない照射閾値、或いは、
    上記反射防止膜の吸収率を変化させない照射閾値以下の
    照射光量で、上記照明光を照射することを特徴とする請
    求項１記載の検査装置。
  3. 【請求項３】 上記照明手段は、上記光源として波長が
    約２６６ｎｍの照明光を出射する紫外線固体レーザ装置
    を備えることを特徴とする請求項２記載の検査装置。
  4. 【請求項４】 上記照明手段は、上記変調手段として音
    響光学素子を備えることを特徴とする請求項２記載の検
    査装置。
  5. 【請求項５】 上記画像撮像手段として、冷却した撮像
    素子を備えることを特徴とする請求項１記載の検査装
    置。
  6. 【請求項６】 検査対象となるレジストパターンに対し
    て照明光を照射してこのレジストパターンを照明し、照
    明されたレジストパターンの画像を撮像手段により撮像
    し、上記撮像手段により撮像されたレジストパターンの
    画像を処理し解析することで上記レジストパターンの状
    態を検査する検査方法であって、 ３５５ｎｍ以下の紫外域の波長を有する照明光を、上記
    画像撮像手段が１枚の画像を撮像する毎に、０．５ｍＪ
    ／ｃｍ2以上の照射光量で、且つ、上記レジストパター
    ンを収縮させない照射閾値、或いは、上記レジストパタ
    ーンの近傍に設けられた反射防止膜の吸収率を変化させ
    ない照射閾値以下の照射光量で上記レジストパターンに
    対して照射し、 上記照明光により照明されたレジストパターンの画像
    を、上記画像撮像手段による画像分解能が、上記レジス
    トパターン上において１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となる
    ように結像倍率が設定された結像光学系を用いて、上記
    画像撮像手段に結像させることを特徴とする検査方法。
  7. 【請求項７】 上記照明光を出射する光源と、この光源
    から出射された照明光を変調する変調手段とを備える照
    明手段を用い、 上記変調手段により上記光源から出射された照明光を変
    調することによって、上記照明光を、上記画像撮像手段
    が１枚の画像を撮像する毎に、０．５ｍＪ／ｃｍ2以上
    の照射光量で、且つ、上記レジストパターンを収縮させ
    ない照射閾値、或いは、上記反射防止膜の吸収率を変化
    させない照射閾値以下の照射光量で上記レジストパター
    ンに対して照射することを特徴とする請求項６記載の検
    査方法。
  8. 【請求項８】 上記照明手段の光源として、波長が約２
    ６６ｎｍの照明光を出射する紫外線固体レーザ装置を用
    いることを特徴とする請求項７記載の検査方法。
  9. 【請求項９】 上記照明手段の変調手段として、音響光
    学素子を用いることを特徴とする請求項７記載の検査方
    法。
  10. 【請求項１０】 上記画像撮像手段として、冷却した撮
    像素子を用いることを特徴とする請求項６記載の検査方
    法。
  11. 【請求項１１】 上記画像撮像手段により撮像されたレ
    ジストパターンの画像を処理し解析することで、上記レ
    ジストパターンのエッジ位置を特定することを特徴とす
    る請求項６記載の検査方法。
  12. 【請求項１２】 上記レジストパターンの隣接するエッ
    ジ位置間の距離を測定することで、上記レジストパター
    ンのパターン幅を検査することを特徴とする請求項１１
    記載の検査方法。
  13. 【請求項１３】 積層構造を有するパターンに対応した
    複数のレジストパターンのエッジ位置をそれぞれ特定
    し、上記積層構造を有するパターンの重ね合わせの位置
    ずれを検査することを特徴とする請求項１１記載の検査
    方法。
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