JP2002014053A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 検査対象１００は、所定のパターンを形
成するためのレジストパターンと、照射光の反射を防止
する反射防止膜とを備え、照明手段３により上記反射防
止膜に対して上記反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照
射光量で上記照射光を照射し、画像撮像手段５により、
上記レジストパターンを撮像し、検査手段７により、上
記画像処理手段５により撮像されたレジストパターンの
画像をもとに、レジストパターンを検査する。

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、特にレジスト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、検査の際に、
検査対象にダメージを与えることが知られており、デザ
インルールの収縮に伴い、大きな問題となっている。す
なわち、検査を行う際に、検査対象にダメージを与える
ことを回避するためにＳＥＭの電子銃の印加電圧を上げ
ることができず、得られる測定値の精度を上げることが
できないという問題が生じている。特にレジストへ与え
るダメージが大きく、露光現像後のレジストパターンが
形成されたウェハを高精度で検査することができない。
また、検査中における真空雰囲気中の汚染物質の付着が
原因となり、測定毎にパターン寸法が広がっていくとい
う問題もある。

【０００５】一方、上述した顕微鏡に代わるものとし
て、露光装置の光源と同程度の短波長光源を使った光Ｎ
Ａ光学顕微鏡の開発が進んでいる。一般的に光学顕微鏡
は、焦点深度の浅さの観点から微小寸法の高精度計測に
不向きである。しかし、レジスト膜厚等のプロセスパラ
メータが十分管理された状態であれば、光学顕微鏡を使
った検査装置であっても、ＳＥＭに匹敵する精度を得る
ことができる。

【０００６】これに関しては、例えば測定したいレジス
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
エッジ位置を精度良く求め、エッジの間隔から寸法を計
測する線幅を測長する方法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体の露
光現像工程では、半導体ウェハ上にレジストを塗布し、
露光現像することでレジストパターンを形成し、配線パ
ターンで形作る方法が用いられている。そして、近年で
は、微細なレジストパターンの露光を行うために、Ｋｒ
ＦやＡｒＦ等のエキシマレーザを光源として用いてい
る。ところが、これらのレーザ光源を用いた場合には、
露光時にレジスト下面からの反射光が干渉して、異常露
光の原因になるという問題がある。この異常露光を避け
るために、図６に示すようにレジストパターン１１３の
下層、すなわち半導体ウェハ１１１側にＢＡＲＣ（Ｂａ
ｃｋ ＡＲ Ｃｏａｔ）１１２と呼ばれる紫外線吸収材
料を塗布する手法が用いられている。しかしながら、Ｂ
ＡＲＣ１１２は、一般に有機物からなり、紫外線を照射
すると紫外線を吸収する分子が破壊されるため、吸収率
が低くなるという性質を有する。そのため、図７に示す
ように、検査に紫外光源を用いた光学顕微鏡を用いた場
合には、紫外光の照射量に伴ってレジストパターン下地
の輝度が明るくなり、画像が変化してしまう問題があ
る。そして、このレジストパターンの下層のＢＡＲＣ１
１２の変質による画像変化が、測定するレジストパター
ンのエッジ間隔において数ｎｍに相当する変位を伴うた
め、測定精度に悪影響を及ぼし、精度良く検査すること
ができないという問題がある。

【０００８】また、最近では、レジスト上層にＴＡＲＣ
（Ｔｏｐ ＡＲ Ｃｏａｔ）と呼ばれる紫外線吸収材料
を塗布する技術が開発されつつあるが、この場合も、上
述したＢＡＲＣを用いたときと同様の問題が生じる。

【０００９】したがって、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、異常露光が防止さ
れ、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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る検査装置
は、検査対象に対して紫外域の波長を有する照射光を照
射して検査対象を照射する照明手段と照明手段により照
明された検査対象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検査対象からの反射光又は透過光
を画像撮像手段に導く検出光学系と画像撮像手段により
撮像された検査対象の画像を処理、解析することにより
検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、検査対象
は、所定のパターンを形成するためのレジストパターン
と照射光の反射を防止する反射防止膜とを備え、照明手
段は、反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収
が飽和する照射光量で照射光を照射し、画像撮像手段
は、レジストパターンを撮像し、検査手段は、画像処理
手段により撮像されたレジストパターンの画像をもとに
レジストパターンを検査することを特徴とするものであ
る。

【００１１】この検査装置によれば、検査対象に設けら
れたレジストパターンが照明手段により紫外域の波長を
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。撮像手段により撮像されたレジストパ
ターンの画像は、検査手段に取り込まれ、処理、解析さ
れる。この検査手段により処理、解析されるレジストパ
ターンは、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測長することができる。さらに、
この検査装置では、反射防止膜に対して当該反射防止膜
の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射する。
したがって、この検査装置では、反射防止膜の紫外線吸
収が飽和された状態で測長が行われるため、紫外域の波
長を有する照明光の照射量に起因した測長精度の悪化が
防止される。

【００１２】本発明に係る検査方法は、検査対象に対し
て照射光を照射してこの検査対象を照射し、照射された
検査対象の画像を撮像手段により撮像し、撮像手段によ
り撮像された検査対象の画像を処理し解析することで検
査対象の状態を検査する検査方法であって、紫外域の波
長を有する照射光を検査対象の所定の位置に設けられた
反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和
する照射光量で照射し、レジストパターンの画像を上記
撮像手段により撮像し、画像処理手段により撮像された
レジストパターンの画像を処理、解析することによりレ
ジストパターンを検査することを特徴とするものであ
る。

【００１３】この検査方法によれば、まず、紫外域の波
長を有する照射光を検査対象の所定の位置に設けられた
反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和
する照射光量で照射し、検査対象に設けられたレジスト
パターンを照明手段により紫外域の波長を有する照明光
で照明する。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を結像光学系により画
像撮像手段に導き、画像撮像手段により撮像する。そし
て、撮像手段により撮像したレジストパターンの画像
を、検査手段に取り込み、検査手段により処理、解析す
る。この検査手段により処理、解析するレジストパター
ンは、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、このレジストパターンの画像を処理、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且つ適
切に測長することができる。さらに、この検査方法は、
測長前に、予め、反射防止膜に対して当該反射防止膜の
紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射する。し
たがって、この検査装置では、反射防止膜の紫外線吸収
を飽和させた後に測長を行うため、紫外域の波長を有す
る照明光の照射量に起因した測長精度の悪化が防止され
る。

【００１４】

【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。なお、本発明は、以下の例
に限定されることは無く、本発明の要旨を逸脱しない範
囲において適宜変更可能である。

【００１５】本発明は、紫外線光源を用いた光学顕微鏡
を用いており、紫外域の波長を有する照明光を用いて半
導体ウエ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。

【００１６】このように光学顕微鏡を用いる場合、光学
顕微鏡は、焦点深度が浅いため、測定する検査対象は、
焦点方向について高精度に位置決めする必要がある。一
般に焦点方向のずれは、検査対象を結像した画像に大き
く影響するため、測定精度を悪化させる要因になる。そ
のため、高精度な自動焦点機構が必要となる。そこで、
測定時には、焦点方向に位置を掃引しながら複数の画像
を撮像し、それらの画像のうち最も合焦面に近い画像を
選出した後、その画像の測長を行う。このような方法を
用いることにより、自動焦点に要求される焦点精度を焦
点面掃引範囲程度まで緩めた場合においても、良好な測
定精度を維持することができる。

【００１７】ところが、上述したような方法で、複数の
画像を撮像する場合、照射光の照射時間、すなわち照射
光の照射光量によって検査対象に設けられた反射防止膜
であるＢＡＲＣ（Ｂａｃｋ ＡＲ Ｃｏａｔ）やＴＲＡ
Ｃ（Ｔｏｐ ＡＲ Ｃｏａｔ）（以下、総称してＡＲＣ
と呼ぶ。）の紫外線吸収率が変化してしまうため、焦点
面掃引の開始時と終了時とでのＡＲＣの状態が異なると
いう問題がある。

【００１８】例えば、自動焦点の精度によっては、測定
に用いられる画像である合焦面が取り込み掃引範囲の前
半に現れる場合がある。この場合、測定に用いられる画
像を撮像した時点では、検査対象に照射された紫外光の
光量は少ない。

【００１９】また、自動焦点の精度によっては、測定に
用いられる画像である合焦面が取り込み掃引範囲の後半
に現れる場合もある。この場合、測定に用いられる画像
を測定した時点の、検査対象に対する紫外光の照射量は
前者に比べて多くなる。

【００２０】このように、合焦面がどの段階で撮像した
取り込み画像に現れるかによって、検査対象に照射され
る紫外光照射量に差が生じてしまう。そして、紫外光の
照射量によって、ＡＲＣでの紫外線吸収量及び紫外光反
射量に差が生じ、これに起因して、撮像した画像が変化
してしまう。このときの、画像の変化は、測定するレジ
ストパターンのエッジ間隔において、数ｎｍに相当する
ため、合焦面の取り込み掃引範囲により測定条件が異な
ったものとなり、測定値にばらつきが生じてしまう。

【００２１】また、繰り返して測定を行う場合などにお
いても、同様に測定毎の紫外光の累計照射量が異なり、
測定回数により測定条件が異なったものとなるため、測
定値にばらつきが生じてしまう。

【００２２】したがって、検査対象に対する紫外光の照
射量に起因して測定値にばらつきが生じてしまうため、
精度及び再現性の良い線幅測長を行うことができない。

【００２３】図１に、ウェハ上に形成したレジストパタ
ーンの測定を３回行ったときの、１回〜３回目のパター
ンプロファイルの変化を示す。

【００２４】図１から判るように、測定毎にレジストパ
ターンのプロファイルが変化している。これは、測定を
繰り返す毎に、レジストパターンに照射される紫外光の
累積光量が増加し、それに伴ってＡＲＣの紫外線吸収量
が減少することによりＡＲＣでの紫外光の反射率が高く
なり、レジストパターンのプロファイルの変化を誘発す
るからである。そして、このレジストパターンのプロフ
ァイルの変化によってサブピクセルのエッジ間隔に変化
が生じ、測長精度が悪化することとなる。

【００２５】そこで、本発明においては、紫外光の照射
量の違いによりレジストパターンのプロファイルの変化
が生じないようにしてレジストパターンの測長を行う。
すなわち、測長を行う前に予め、ＡＲＣに所定の光量の
紫外線レーザを照射することにより、ＡＲＣの紫外線吸
収が飽和した状態とする。そして、ＡＲＣの紫外線吸収
が飽和した状態でレジストパターンを撮像し、レジスト
パターンの線幅を求める。

【００２６】測長前に予めＡＲＣを紫外線吸収が飽和し
た状態とすることにより、合焦面の取り込み掃引範囲の
どの段階においてもＡＲＣは紫外線を吸収することは無
く、その結果として、ＡＲＣにおける紫外光の反射量は
一定とされる。換言すると、測長前に予めＡＲＣを紫外
線吸収が飽和した状態とすることにより、紫外光の照射
量によって、レジストパターンのプロファイルに変化が
生じることが無くなる。すなわち、測長する画像データ
が、合焦面の取り込み掃引範囲のどの段階で撮像された
ものであっても、レジストパターンのプロファイルに変
化が生じることが無くなり、精度の良い測定値を得るこ
とができる。

【００２７】また、測定値が紫外光の照射量によらない
ことから、繰り返し測定を行った場合においても、レジ
ストパターンのプロファイルに変化が生じることが無く
なり、精度の良い測定値を得ることができる。

【００２８】したがって、測長を行う前に予め、ＡＲＣ
に所定の光量の紫外線レーザを照射してＡＲＣの紫外線
吸収が飽和した状態とすることにより、極めて再現性及
び精度良くレジストパターンの線幅測長をすることが可
能となる。

【００２９】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。

【００３０】本発明を適用した検査装置の一構成例を図
２に示す。この図２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
射された照明光の照射光量を調整するためのシャッタと
なる音響光学素子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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】音響光学素子４は、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機械的に制
御するものである。そして、シャッタとなる音響光学素
子４は、その開閉が制御用コンピュータ８により制御さ
れ、音響光学素子４を透過する照明光の光量を調整する
ように構成されている。こうすることにより、レジスト
パターンに照射する照明光の照射光量を適切な値に調整
することが可能とされる。また、音響光学素子４は、後
述するＣＣＤカメラ５と同期して動作するように構成さ
れている。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】ここで、図２に示す検査装置１を用いて、
半導体ウェハ１００上に反射防止膜であるＢＡＲＣ１０
１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３に示すように、反
射防止膜であるＢＡＲＣ１０１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１００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。

【００３８】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、音響光学素子４に入射する。

【００３９】音響光学素子４は、制御用コンピュータ８
の制御により照明光のオン・オフを行い、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。

【００４０】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素子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、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
光を照射させるため、照明光の照射を効率良く行うこと
ができる。

【００４１】音響光学素子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１０
２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。

【００４２】この検査装置１では、検査対象のレジスト
パターン１０２は、レジストパターンの線幅を検査する
前に、上述した深紫外レーザ光の１次回折光を所定の光
量だけ、例えば２００ｍＪ／ｃｍ²に相当するエネルギ
ー量だけ照射されることとなる。これにより、反射防止
膜であるＢＡＲＣ１０１は、紫外線吸収が飽和した状態
とされる。ここで、ＢＡＲＣ１０１は、紫外線吸収が飽
和した状態とされることにより、紫外光を照射しても、
吸収することは無く、すべて反射することとなる。すな
わち、ＢＡＲＣ１０１は、紫外線吸収が飽和した状態と
された後に、レジストパターンの線幅を検査するために
紫外光を照射しても紫外光を吸収すること無く、一定の
状態に保たれることとなる。

【００４３】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４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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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５に示すような光の強度プ
ロファイルが作成される。

【００４７】この図５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５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５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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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、その線幅をさらに精度良
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の線幅をさらに高精度に
求めることができる。

【００５５】ところで、この検査方法では、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１１
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。

【００５６】そこで、本発明に係る検査方法において
は、上述した可動ステージ２のＺステージを移動させ、
検査するレジストパターン１０２の合焦点位置付近まで
祖調し、音響光学素子４を制御してレジストパターン１
０２に所定の照射量の紫外光を照射して反射防止膜であ
るＢＡＲＣ１０１の紫外線吸収を飽和させる。

【００５７】そして、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、例えば焦点位置の前後１μｍを５
０ｎｍステップで移動させながら、それぞれの位置でレ
ジストパターン１０２の画像を撮像する。このとき、各
位置で音響光学素子４と紫外光用ＣＣＤカメラ５とを同
期させ、レジストパターン結像画像データを画像処理用
コンピュータ７に取り込む。

【００５８】そして、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。

【００５９】こうすることにより、紫外光用対物レンズ
１１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わなくても、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。

【００６０】以上、詳説したように、本発明に係る検査
方法では、測長を行う前に、予め、反射防止膜であるＢ
ＡＲＣ１０１に、所定の照射量の紫外光を照射して、Ｂ
ＡＲＣ１０１の紫外線吸収を飽和させる。したがって、
紫外光の照射量によってレジストパターンのプロファイ
ル、すなわち、撮像されたレジストパターンの画像に変
化が生じることが無いため、紫外光の照射量により左右
されずに、極めて再現性及び精度良くレジストパターン
の線幅測長を行うことができる。

【００６１】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、音響光学素
子４を用いた機械的なシャッタ手段によって、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、音響光学素子
４の代わりに、音響光学変調器を用いても良い。

【００６２】音響光学変調器は、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。上述した検査装置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に
入射させ、この音響光学変調器より回折された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
射するように用いることができる。そして、上述した検
査装置１に用いる場合には、音響光学変調器に入力する
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
を調整することができる。

【００６３】また、上述した方法においては、繰り返し
測長を行う場合においても、検査対象において、一度所
定の照射光量の照明光を照射してＢＡＲＣ１０１を飽和
させた所定の部位には、再度所定の照射光量の照明光は
照射しないように、制御用コンピュータ８により制御す
ることが好ましい。こうすることにより、測定時間の短
縮を図ることが可能となり、装置のスループット向上を
図ることができる。また、一般にレジストは、紫外線の
照射により収縮する傾向があるため、不要な照明光の照
射を行わないことで、紫外光の照射によるレジスト収縮
を抑制することができる。

【００６４】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良い。ただし、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、３５
５ｎｍ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。

【００６５】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。

【００６６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る検査装置では、波長の短い紫外域の光を照明光として
用い、レジストパターンの線幅測長前に予め、反射防止
膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射
光量で照射光が照射される。したがって、この検査装置
では、反射防止膜の紫外線吸収が飽和された状態でレジ
ストパターンの線幅測長が行われるため、紫外域の波長
を有する照明光の照射量に起因した測長精度の悪化を防
止することが可能であり、微細な構造のレジストパター
ンを、レジストパターンの変形を生じさせること無く、
適切に且つ精度良く検査することができる。

【００６７】また、本発明に係る検査方法では、波長の
短い紫外域の光を照明光として用い、レジストパターン
の線幅測長前に予め、反射防止膜に対して当該反射防止
膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射す
る。したがって、この検査方法によれば、反射防止膜の
紫外線吸収が飽和された状態でレジストパターンの線幅
測長を行うため、紫外域の波長を有する照明光の照射量
に起因した測長精度の悪化を防止することが可能であ
り、微細な構造のレジストパターンを、レジストパター
ンの変形を生じさせること無く、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】画像処理用コンピュータにより作成される強度
プロファイルの一例を示す図である。

【図２】本発明を適用した検査装置の一構成例を示す図
である。

【図３】レジストパターンが形成された半導体ウェハが
可動テーブル上に設置された状態を拡大して示す図であ
る。

【図４】撮像素子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５】画像処理用コンピュータにより作成される強度
プロファイルの一例を示す図である。

【図６】半導体ウェハ上にＢＡＲＣを介してレジストパ
ターンが形成された状態を拡大して示す断面図である。

【図７】紫外光の照射量と、ＢＡＲＣでの反射強度との
関係を示した特性図である。

【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音響光学素子、５ 紫外線用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、１００ 半導体ウェハ、１０１ Ｂ
ＡＲＣ、１０２レジストパターン、１１１ 半導体ウェ
ハ、１１２ ＢＡＲＣ、１１３レジストパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 歩 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 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 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA12 AA23 AA56 BB02 BB03 CC18 DD03 DD04 FF42 GG04 GG21 JJ03 JJ26 LL02 LL30 LL57 MM03 PP12 QQ21 QQ32 QQ34 2G051 AA51 AB07 BA05 BA10 BB17 CA04 4M106 AA01 BA05 BA07 CA39 DB04 DB08 DB19 DB30 DJ11 DJ23

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象に対して、紫外域の波長を有す
   る照射光を照射して上記検査対象を照射する照明手段
   と、 上記照明手段により照明された検査対象の画像を撮像す
   る画像撮像手段と、 上記照明手段により照明された検査対象からの反射光又
   は透過光を上記画像撮像手段に導く検出光学系と、 上記画像撮像手段により撮像された検査対象の画像を処
   理、解析することにより上記検査対象の状態を検査する
   検査手段とを備え、 上記検査対象は、所定のパターンを形成するためのレジ
   ストパターンと、上記照射光の反射を防止する反射防止
   膜とを備え、 上記照明手段は、上記反射防止膜に対して、当該反射防
   止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で上記照射光を照
   射し、 上記画像撮像手段は、上記レジストパターンを撮像し、 上記検査手段は、上記画像処理手段により撮像されたレ
   ジストパターンの画像をもとに、レジストパターンを検
   査することを特徴とする検査装置。
2. 【請求項２】 上記反射防止膜は、上記レジストパター
   ンの下層に設けられ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】 上記反射防止膜は、上記レジストパター
   ンの上層に設けられることを特徴とする請求項１記載の
   検査装置。
4. 【請求項４】 上記照明光は、波長が３５５ｎｍ以下の
   紫外光であることを特徴とする請求項１記載の検査装
   置。
5. 【請求項５】 上記照明光は、波長が約２６６ｎｍの紫
   外光であることを特徴とする請求項４記載の検査装置。
6. 【請求項６】 上記反射防止膜の紫外線吸収が飽和する
   照射光量の照射光が照射された所定の位置には再度上記
   照射光が照射されないことを特徴とする請求項１記載の
   検査装置。
7. 【請求項７】 検査対象に対して照射光を照射してこの
   検査対象を照射し、照射された検査対象の画像を撮像手
   段により撮像し、上記撮像手段により撮像された検査対
   象の画像を処理し解析することで上記検査対象の状態を
   検査する検査方法であって、 紫外域の波長を有する照射光を、上記検査対象の所定の
   位置に設けられた反射防止膜に対して当該反射防止膜の
   紫外線吸収が飽和する照射光量で照射し、 上記レジストパターンの画像を上記撮像手段により撮像
   し、 上記画像処理手段により撮像されたレジストパターンの
   画像を処理、解析することにより上記レジストパターン
   を検査することを特徴とする検査方法。
8. 【請求項８】 上記反射防止膜は、上記レジストパター
   ンの下層に設けられ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】 上記反射防止膜は、上記レジストパター
   ンの上層に設けられ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】 上記照明光として、波長が３５５ｎｍ
    以下の紫外光を用いることを特徴とする請求項７記載の
    検査方法。
11. 【請求項１１】 上記照明光として、波長が約２６６ｎ
    ｍの紫外光を用いることを特徴とする請求項１０記載の
    検査方法。
12. 【請求項１２】 上記反射防止膜の紫外線吸収が飽和す
    る照射光量の照射光が照射された所定の位置には再度上
    記照射光を照射しないことを特徴とする請求項７記載の
    検査方法。