JP2002075815A - パターン検査装置及びこれを用いた露光装置制御システム - Google Patents

パターン検査装置及びこれを用いた露光装置制御システム

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JP2002075815A JP2000252896A JP2000252896A JP2002075815A JP 2002075815 A JP2002075815 A JP 2002075815A JP 2000252896 A JP2000252896 A JP 2000252896A JP 2000252896 A JP2000252896 A JP 2000252896A JP 2002075815 A JP2002075815 A JP 2002075815A
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昌幸 森田
Hitoshi Tamada
仁志 玉田
Yutaka Imai
裕 今井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光装置を用いて形成されたレジストパター
ンの検査を高速に行い、露光装置のパラメータの補正を
リアルタイムで行うことを可能にすると共に、検査結果
をもとに露光装置のパラメータ変動を一義的に判別し、
露光装置のパラメータ管理を高精度に行うことを可能に
する。 【解決手段】 リソグラフ工程を行う半導体製造ライン
１にパターン検査装置７を組み込む。パターン検査装置
７は、露光装置４による露光工程を経て半導体ウェハ１
００上に形成された孤立パターンの線幅とＬ／Ｓパター
ンの線幅との双方を測定し、この測定結果をもとにし
て、露光装置４の露光光量を補正するための光量補正情
報や露光フォーカス位置を補正するためのフォーカス補
正情報等の補正情報を生成する。そして、パターン検査
装置７により生成されたこれらの補正情報に応じて、露
光装置４の露光状態を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ上に
形成された微細パターンの状態を検査するパターン検査
装置及び半導体製造プロセスのリソグラフ工程において
用いられる露光装置の制御を行う露光装置制御システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体回路パターンの微細化に伴
い、リソグラフ工程に要求されるＣＤ（Critical Dimen
sion）線幅管理値は、リソグラフ工程において用いられ
る露光装置の管理限界を超えつつある。ＣＤ線幅は、半
導体集積回路の基本性能を決める上で極めて重要な要素
の一つであり、半導体製造工程のうち、リソグラフ工程
においては、ＣＤ線幅管理が、歩留まり向上に大きなウ
ェイトを占めている。
【０００３】リソグラフ工程において、ＣＤ線幅値は、
露光装置の露光光量、露光フォーカス位置、投影レンズ
の収差状態、像面湾曲、像面傾斜等の各パラメータによ
り決定されることが知られている。したがって、ＣＤ線
幅値を管理する上では、露光装置におけるこれらのパラ
メータを高精度に安定管理することが重要である。
【０００４】一般に、露光装置における各パラメータを
安定管理するには、当該露光装置を用いて形成されたレ
ジストパターンの線幅を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Sc
anning Electron Microscope）等を用いて測定し、測定
結果を露光装置にフィードバックすることで、露光装置
の各パラメータを最適な値に保つようにしている。すな
わち、露光装置を用いて形成されたレジストパターンの
線幅値が所望の線幅値からずれている場合に、その誤差
量を補正情報として露光装置にフィードバックし、この
補正情報に応じて露光装置の各パラメータを補正するこ
とで、レジストパターンの線幅値が一定となるように、
露光装置を制御することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＥＭ
等の処理速度は、リソグラフ工程において一般に用いら
れる露光装置の処理速度に比べて著しく遅い。このた
め、ＳＥＭ等による測定結果を露光装置へフィードバッ
クして露光装置の各パラメータの補正を行う場合、時定
数が極めて遅く、リアルタイム性が損なわれるといった
問題がある。
【０００６】ところで、近年、照明光に単一波長を持つ
レーザ光を用いたレーザ顕微鏡の開発が盛んに進められ
ており、露光装置を用いて形成されたレジストパターン
の線幅を測定する装置として、このようなレーザ顕微鏡
を用いた検査装置を使用する試みがなされている。この
検査装置は、レーザ顕微鏡の照明光源として短波長の深
紫外レーザを用いることで、近年益々微細化されつつあ
るレジストパターンの線幅を高精度に測定するのに十分
な光学分解能が得られるようになってきている。
【０００７】このようなレーザ顕微鏡を用いた検査装置
は、これまで用いられてきたＳＥＭ等に比べて処理速度
が著しく速く、レジストパターンの形成に用いられる露
光装置と同程度の高速処理が可能である。したがって、
このような検査装置を用いることで、露光装置によるレ
ジストパターンの形成と同一処理速度で、形成されたレ
ジストパターンの線幅測定を行うことができ、露光装置
の各パラメータをリアルタイムに補正することが可能と
なる。
【０００８】このようなレーザ顕微鏡を用いた検査装置
をレジストパターンの線幅を測定するための装置として
有効に使用するためには、この検査装置の測定結果をも
とにして、露光装置の各パラメータの補正量が一義的に
求められることが望ましい。すなわち、この検査装置に
よって測定されたレジストパターンの線幅が所望の線幅
からずれているときに、その誤差が、露光装置のどのパ
ラメータの変動に起因するものであるかが判別できれ
ば、その誤差量を補正情報として露光装置にフィードバ
ックして、露光装置の該当するパラメータを適切に補正
することができるので、露光装置における各パラメータ
を高精度に安定管理することが可能となる。
【０００９】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、露光装置を用いて形成されたレジ
ストパターンの検査を高速に行い、露光装置のパラメー
タの補正をリアルタイムで行うことを可能にすると共
に、検査結果をもとに露光装置のパラメータ変動を一義
的に判別し、露光装置のパラメータ管理を高精度に行う
ことを可能にするパターン検査装置、及びこのパターン
検査装置を用いて露光装置の制御を行う露光装置制御シ
ステムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係るパターン検
査装置は、作製する半導体回路パターンに対応して半導
体ウェハ上に形成されたレジストパターンの状態を光学
的に検査するパターン検査装置であって、少なくとも、
孤立した凸パターンである孤立パターンの線幅と、所定
の周期で凸パターンと凹パターンとが繰り返される繰り
返しパターンの線幅との双方を測定する測定手段と、上
記測定手段により測定された孤立パターンの線幅と繰り
返しパターンの線幅とをもとに、上記レジストパターン
を形成する際に用いられる露光装置の露光状態を補正す
るための補正情報を生成する補正情報生成手段とを備え
ている。そして、このパターン検査装置では、上記補正
情報生成手段が、上記孤立パターンの線幅誤差と上記繰
り返しパターンの線幅誤差とから得られる上記露光装置
の露光条件誤差情報を、露光光量の誤差成分と露光フォ
ーカス位置の誤差成分とに成分分離して、露光光量を補
正するための光量補正情報と、露光フォーカス位置を補
正するためのフォーカス補正情報とを生成するようにし
ている。
【００１１】本発明に係るパターン検査装置において
は、測定手段によって、少なくとも、ｌ孤立した凸パタ
ーンである孤立パターンの線幅と、所定の周期で凸パタ
ーンと凹パターンとが繰り返される繰り返しパターンの
線幅との双方が測定される。そして、補正情報生成手段
により、測定手段によって測定された孤立パターンの線
幅と繰り返しパターンの線幅とをもとに、レジストパタ
ーンを形成する際に用いられる露光装置の露光状態を補
正するための補正情報が生成される。
【００１２】このとき、孤立パターンの線幅誤差、すな
わち、測定手段によって測定された孤立パターンの線幅
の所定の線幅に対するずれと、繰り返しパターンの線幅
誤差、すなわち、測定手段によって測定された繰り返し
パターンの線幅の所定の線幅に対するずれは、露光装置
の露光条件誤差情報として認識される。そして、補正情
報生成手段は、この露光条件誤差情報を、露光光量の誤
差成分と露光フォーカス位置の誤差成分とに成分分離し
て、露光光量を補正するための光量補正情報と、露光フ
ォーカス位置を補正するためのフォーカス補正情報とを
生成する。
【００１３】これら光量補正情報とフォーカス補正情報
は、露光装置に供給されることになる。そして、露光装
置では、パターン検査装置から供給された光量補正情報
に応じて露光光量が補正され、フォーカス補正情報に応
じて露光フォーカス位置が補正されることになる。
【００１４】また、本発明に係る露光装置制御システム
は、作製する半導体回路パターンに対応して半導体ウェ
ハ上にレジストパターンを形成する際に用いられる露光
装置と、上記露光装置を用いて半導体ウェハ上に形成さ
れたレジストパターンの状態を光学的に検査するパター
ン検査装置とを備えている。そして、この露光装置制御
システムでは、上記パターン検査装置が、少なくとも、
孤立した凸パターンである孤立パターンの線幅と、所定
の周期で凸パターンと凹パターンとが繰り返される繰り
返しパターンの線幅との双方を測定する測定手段と、上
記測定手段により測定された孤立パターンの線幅と繰り
返しパターンの線幅とをもとに、上記レジストパターン
を形成する際に用いられる露光装置の露光状態を補正す
るための補正情報を生成する補正情報生成手段とを備
え、上記補正情報生成手段が、上記孤立パターンの線幅
誤差と上記繰り返しパターンの線幅誤差とから得られる
上記露光装置の露光状態誤差情報を、露光光量の誤差成
分と露光フォーカス位置の誤差成分とに成分分離して、
露光光量を補正するための光量補正情報と、露光フォー
カス位置を補正するためのフォーカス補正情報とを生成
する。そして、露光装置は、上記パターン検査装置の補
正情報生成手段により生成された光量補正情報に応じて
露光光量が補正され、上記パターン検査装置の補正情報
生成手段により生成されたフォーカス補正情報に応じて
露光フォーカス位置が補正される。
【００１５】この露光装置制御システムによれば、パタ
ーン検査装置において、孤立パターンの線幅誤差と繰り
返しパターンの線幅誤差とから得られる露光装置の露光
状態誤差情報が、露光光量の誤差成分と露光フォーカス
位置の誤差成分とに成分分離されて、露光光量を補正す
るための光量補正情報と、露光フォーカス位置を補正す
るためのフォーカス補正情報とが生成され、露光装置の
露光光量がこの光量補正情報に応じて補正され、露光装
置の露光フォーカス位置がこのフォーカス補正情報に応
じて補正されるので、露光装置の露光状態を適切に制御
することが可能となる。
【００１６】
【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。
【００１７】本発明に係る露光装置制御システムを適用
して構成される半導体製造ラインの一構成例を図１に示
す。この図１に示す半導体製造ライン１は、半導体製造
プロセス中のリソグラフ工程を行う一連の製造ラインで
あって、レジスト塗布装置２と、加熱処理装置３と、露
光装置４と、現像装置５と、加熱処理装置６と、パター
ン検査装置７と、レジスト剥離装置８とがインラインに
組み込まれてなるものである。
【００１８】この半導体製造ライン１において、半導体
ウェハ１００は、先ずレジスト塗布装置２に供給され
る。レジスト塗布装置２は、供給された半導体ウェハ１
００上にレジスト材料を塗布する。これにより、半導体
ウェハ１００上にレジスト層が形成されることになる。
【００１９】レジスト塗布装置２によりレジスト材料が
塗布され、レジスト層が形成された半導体ウェハ１００
は、次に、加熱処理装置３に供給される。加熱処理装置
３は、供給された半導体ウェハ１００上のレジスト層に
対してプリベーク処理を行う。これにより、レジスト層
の残留溶剤が揮発され、レジスト層の半導体ウェハ１０
０に対する密着性が高められる。
【００２０】加熱処理装置３によりプリベーク処理が行
われた半導体ウェハ１００は、次に、露光装置４に供給
される。露光装置４は、作製する半導体回路パターンに
対応したパターンレチクルを用いて、半導体ウェハ１０
０上に形成されたレジスト層を露光する。これにより、
半導体ウェハ１００上のレジスト層に、半導体回路パタ
ーンに対応したパターン潜像が形成されることになる。
【００２１】露光装置４によりレジスト層が露光された
半導体ウェハ１００は、次に、現像装置５に供給され
る。現像装置５は、露光装置４により露光されたレジス
ト層に対して現像処理を行う。そして、現像装置５によ
り現像処理されたレジスト層の余分なレジストが除去さ
れることにより、半導体ウェハ上に、作製する半導体回
路パターンに対応したレジストパターンが形成されるこ
とになる。
【００２２】現像装置５により現像処理されてレジスト
パターンが形成された半導体ウェハ１００は、次に、加
熱処理装置６に供給される。加熱処理装置６は、供給さ
れた半導体ウェハ上のレジストパターンに対してポスト
ベーク処理を行う。これにより、レジストパターンの耐
エッチング性の向上や耐熱性の向上等が図られることに
なる。
【００２３】加熱処理装置６によりポストベーク処理が
行われた半導体ウェハ１００は、次に、パターン検査装
置７に供給される。パターン検査装置７は、レーザ顕微
鏡を用いた検査装置であって、供給された半導体ウェハ
１００上のレジストパターンの状態を光学的に検査する
ものである。具体的には、パターン検査装置７は、例え
ば、孤立した凸パターンである孤立パターンの線幅測定
や、凸パターンと凹パターンとが所定の周期で繰り返さ
れる繰り返しパターン（以下、Ｌ／Ｓパターン：Line a
nd Space Pattern という。）の線幅測定、孤立パター
ンとその下地として形成されているアイソレーションパ
ターンとの重ね合わせ精度の測定、コンタクトホール直
径の測定、コンタクトホール深さの測定等を行う。ま
た、パターン検査装置７は、露光装置４におけるディス
トーション検査や、倍率検査、像面湾曲検査、像面傾斜
検査等も行う。
【００２４】そして、半導体製造ライン１においては、
パターン検査装置７の検査結果をもとに、半導体ウェハ
１００上に形成されたレジストパターンの合否判定が行
われ、レジストパターンの状態が適切であると判断され
た半導体ウェハ１００のみが、良品ウェハとして次工程
へ送られ、レジストパターンの状態が適切でないと判断
された半導体ウェハ１００は、不良品ウェハとしてレジ
スト剥離装置８に供給される。
【００２５】レジスト剥離装置８は、不良品ウェハと判
断された半導体ウェハ１００上のレジストパターンを剥
離して、洗浄する。これにより、半導体ウェハ１００
は、レジスト材料が塗布される前の状態とされる。そし
て、レジストパターンが剥離された半導体ウェハ１００
は、再度レジスト塗布装置２に供給され、レジストパタ
ーンの再生処理が行われる。
【００２６】この半導体製造ライン１においては、半導
体ウェハ１００上にレジストパターンを形成するための
各装置と、このレジストパターンを検査するためのパタ
ーン検査装置７とがインラインに組み込まれており、レ
ジストパターンが形成された全ての半導体ウェハ１００
を検査する全数検査が行われるようになされているの
で、不良品ウェハが次工程へと送られる頻度を著しく低
減させることができると共に、良品ウェハがレジストパ
ターン再生処理へと送られる頻度を著しく低減させるこ
とができる。
【００２７】すなわち、これまでのリソグラフ工程にお
けるレジストパターンの検査では、検査装置にＳＥＭ等
が用いられるのが一般的であり、レジストパターン形成
処理速度に比べてレジストパターン検査速度が著しく遅
いことから、全数検査が行われずに、複数の半導体ウェ
ハの中から任意の半導体ウェハを抽出して検査を行い、
統計的な手法によりレジストパターンの状態が判断され
ていた。このため、不良と判断されたロットが、ロット
ごとレジストパターン再生処理へと送られ、良品ウェハ
に対してもレジストパターン再生処理が行われる場合が
あった。また、不良品ウェハを含むロットが良品と判断
されて次工程へと送られてしまう場合があった。
【００２８】これに対して、半導体製造ライン１におい
ては、パターン検査装置７として比較的処理速度が速い
レーザ顕微鏡を用いたパターン検査装置が使用され、こ
のパターン検査装置７が、半導体ウェハ１００上にレジ
ストパターンを形成するための各装置とインラインに組
み込まれており、レジストパターンが形成された半導体
ウェハ１００に対する全数検査が行われるようになされ
ているので、上述したような不都合を生じさせずに、極
めて効率的且つ適切に良品ウェハのみを次工程へと供給
することができる。
【００２９】また、この半導体製造ライン１において
は、パターン検査装置７が、供給された各半導体ウェハ
１００毎にレジストパターンの状態を検査し、その検査
結果をもとに露光装置４の露光状態を補正するための補
正情報を生成して露光装置４にフィードバックするよう
にしている。そして、露光装置４の露光状態がこの補正
情報に応じて補正されることによって、露光装置４の制
御が行われるようになされている。
【００３０】ここで、半導体ウェハ１００上に形成され
たレジストパターンの状態を検査するパターン検査装置
７の一例について具体的に説明する。
【００３１】パターン検査装置７は、レーザ顕微鏡を用
いて半導体ウェハ１００上に形成されたレジストパター
ンの画像を撮像し、撮像したレジストパターンの画像を
もとにレジストパターンの状態を検査するものであり、
例えば、図２に示すように、半導体ウェハ１００を任意
の位置に移動可能に支持する可動ステージ１１を備えて
いる。
【００３２】この可動ステージ１１は、例えば、当該可
動ステージ１１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，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を吸着して固定するための吸着
プレートとを備える。この可動ステージ２では、上記各
ステージが制御部１２の制御のもとで動作されるように
なされており、上記各ステージが駆動されることで、吸
着プレートにより吸着された半導体ウェハ１００上の任
意の検査箇所を検査装置７の所定の検査位置へと移動さ
せると共に、半導体ウェハ１００の高さ方向の調整を適
切に行って、フォーカス状態を最適な状態に調整できる
ようになされている。
【００３３】また、この検査装置７は、所定の検査箇所
に位置決めされた半導体ウェハ１００上の任意の検査箇
所を照明するための照明光を出射する照明光源１３を備
えている。
【００３４】この照明光源１３としては、波長が１５０
〜３７０ｎｍの紫外線レーザ光を出射する紫外線レーザ
光源を用いることが望ましい。具体的には、例えば、Ｙ
ＡＧ第４高調波を用いた波長２６６ｎｍの全固体レー
ザ、上記ＹＡＧ第４高調波と波長７１０〜７４０ｎｍ程
度の近赤外線レーザをチタンサファイア結晶にて和周波
を取り出した、波長１９３〜１９６ｎｍ程度の全固体レ
ーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、
Ｆ２エキシマレーザ等が照明光源１３として好適であ
る。
【００３５】このように短波長の紫外線レーザ光を出射
する紫外線レーザ光源を照明光源１３として用いること
で、パターン検査装置７は、半導体ウェハ１００上に形
成されたレジストパターンの状態を高分解能で検査する
ことが可能となる。
【００３６】また、この検査装置７は、照明光源１３か
ら出射された紫外線レーザ光を半導体ウェハ１００上の
検査対象となるレジストパターンに照射させてこのレジ
ストパターンを照明するための照明光学系と、紫外線レ
ーザ光により照明されたレジストパターンからの反射
光、散乱光、回折光等を画像撮像素子１４に導き、レジ
ストパターンの画像を画像撮像素子１４上に結像させる
結像光学系とを備えている。
【００３７】ここで、これら照明光学系及び結像光学系
を構成する各光学素子について説明する。照明光源１３
から出射された紫外線レーザ光は、先ず、可変式ＮＤフ
ィルタ（減光フィルタ）１５を透過して、コンデンサレ
ンズ１６に入射する。ここで、可変式ＮＤフィルタ１５
は、照明光源１３から出射された紫外線レーザ光を分光
組成を変えないで減光するものである。
【００３８】コンデンサレンズ１６に入射した紫外線レ
ーザ光は、このコンデンサレンズ１６により集光され、
シャッタ１７の内部に結像する。シャッタ１７は、例え
ば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acoustic Optics Modula
tor）等よりなり、制御部１２の制御のもとで、紫外線
レーザ光の透過又は遮断の切り替えを行う。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り、回折
光を回折効率の範囲内で自由に変調することが可能とな
っている。この音響光学変調器からの０次回折光を遮断
し、１次回折光のみを空間フィルタを用いて取り出すよ
うにすれば、極めて応答性の良いシャッタを構成でき
る。このシャッタ１７により紫外線レーザ光の透過又は
遮断を切り替えることで、シャッタ１７を透過する紫外
線レーザ光の光量が調整され、半導体ウェハ１００上の
検査箇所に照射される紫外線レーザ光の照射光量が調節
されることになる。
【００３９】このパターン検査装置７を用いて、半導体
ウェハ１００上に形成されたレジストパターンの状態を
検査する場合、レジストパターンには、その露光波長に
近い紫外線レーザ光が照射されることになるので、レジ
ストパターンに収縮を生じさせないためには、紫外線レ
ーザ光の照射光量を制御することが重要である。そこ
で、パターン検査装置７においては、紫外線レーザ光の
光路中にシャッタ１７を設け、このシャッタ１７が、制
御部１２の制御に応じて紫外線レーザ光の透過又は遮断
を切り替えることで、紫外線レーザ光の照射光量を調整
するようにしている。
【００４０】なお、シャッタ１７としては、照明光源１
３から出射された紫外線レーザ光の透過又は遮断を切り
替えられるものであれば、どのようなものを用いてもよ
い。例えば、液晶材料を用いた液晶パネル等の空間光変
調器や、回折格子を用いた光回折式のシャッタ、光弾性
効果を利用した導波路式のシャッタ等を用いるようにし
てもよい。
【００４１】シャッタ１７を透過した紫外線レーザ光
は、光ファイバ１８を介して回転拡散板１９の拡散面に
照射される。ここで、光ファイバ１８は、照明光源１３
より出射された紫外線レーザ光を後段の各光学素子にフ
レキシブルに導くと共に、照明光源１３から直線偏光の
状態で出射される紫外線レーザ光の偏光方向をランダム
にして、シングルモードにて入射された紫外線レーザ光
をマルチモードに変換するためのものである。また、回
転拡散板１９は、可干渉性の良い紫外線レーザ光を照明
光として用いた場合に問題とされるスペックルノイズを
低減させるためのものである。いずれも、照明光学系の
可干渉性を落とし、均一な照明を得るための可干渉性低
減手段として機能するものである。
【００４２】回転拡散板１９に照射された紫外線レーザ
光は、この回転拡散板１９を光源とするケーラー照明系
を構成するコンデンサレンズ２０、開口絞り２１、視野
絞り２２、コンデンサレンズ２３を順次透過して、偏光
ビームスプリッタ２４に入射する。
【００４３】偏光ビームスプリッタ２４に入射した紫外
線レーザ光は、この偏光ビームスプリッタ２４により互
いに直交する２方向の直線偏光成分に分離され、その一
方が、偏光ビームスプリッタ２４により反射され、他方
が偏光ビームスプリッタ２４を透過する。
【００４４】偏光ビームスプリッタ２４により反射され
た一方の直線偏光成分の光は、１／４波長板２５を透過
することにより円偏光に変換され、対物レンズ２６を介
して、半導体ウェハ１００上のレジストパターンに照射
される。これにより、半導体ウェハ１００上のレジスト
パターンが紫外線レーザ光により照明されることにな
る。このパターン検査装置７においては、上述した可変
式ＮＤフィルタ１５から対物レンズ２６までの各光学素
子により、照明光学系が構成されている。
【００４５】また、偏光ビームスプリッタ２４を透過し
た他方の直線偏光成分の光は、結像レンズ２７を介して
光量モニタ２８に入射し、この光量モニタ２８により受
光される。ここで、偏光ビームスプリッタ２４を透過し
て光量モニタ２８により受光される他方の直線偏光成分
の光は、照明光源１３の偏光依存性が一定である条件に
おいて、偏光ビームスプリッタ２４により反射されて半
導体ウェハ１００上のレジストパターンに照射される一
方の直線偏光成分の光と比例関係が成り立つ。したがっ
て、これらの光の間の相関関係を予め求めておけば、光
量モニタ２８により受光される他方の直線偏光成分の光
の光量から、半導体ウェハ１００上のレジストパターン
に照射される紫外線レーザ光の照射光量を求めることが
できる。
【００４６】紫外線レーザ光の照射光量をモニタリング
する光量モニタ２８としては、例えば、深紫外レーザ光
に対して高い感度が得られるように構成された紫外光用
のＣＣＤ（charge-coupled device)カメラが用いられ
る。この光量モニタ２８は、積算回路２９に接続されて
おり、受光した光を電気信号に変換して、積算回路２９
に供給するようになされている。積算回路２９は、光量
モニタ２８から供給された電気信号から、紫外線レーザ
光の積算照射光量を算出して、制御部１２に供給する。
【００４７】なお、光量モニタ２８としては、受光した
光を電気信号に変換できるものであれば、どのようなも
のを用いてもよい。例えば、フォトトランジスタやカロ
リーメータ等を光量モニタ２８として用いるようにして
もよい。
【００４８】このパターン検査装置７では、制御部１２
が、積算回路２９により算出された紫外線レーザ光の積
算照射光量に応じてシャッタ１７を制御して、半導体ウ
ェハ１００上のレジストパターンに照射される紫外線レ
ーザ光の照射光量を調整するようにしている。具体的に
は、積算回路２９により算出された紫外線レーザ光の積
算照射光量がレジストパターンに収縮を生じさせる照射
閾値に近づくと、制御部１２は、シャッタ１７を閉じて
紫外線レーザ光を遮断させ、紫外線レーザ光がレジスト
パターンに照射されないようにする。また、制御部１２
は、可変式ＮＤフィルタ１５を制御することでも、レジ
ストパターンに照射される紫外線レーザ光の照射光量を
調整することができる。
【００４９】また、このパターン検査装置７では、制御
部１２が、紫外光用ＣＣＤカメラ等よりなる画像撮像素
子１４のシャッタと同期させて、照明光学系中のシャッ
タ１７の開閉動作を制御することも可能である。このよ
うに、画像撮像素子１４のシャッタと同期させて照明光
学系中のシャッタ１７の開閉動作を制御するようにすれ
ば、半導体ウェハ１００上のレジストパターンに効率よ
く紫外線レーザ光を照射させることができる。
【００５０】半導体ウェハ１００上のレジストパターン
に照射され紫外線レーザ光は、このレジストパターンの
状態に応じて反射、散乱、回折することになる。このレ
ジストパターンからの反射光、散乱光、回折光は、対物
レンズ２６を透過して、１／４波長板２５に入射する。
そして、１／４波長板２５により直線偏光の光に変換さ
れた後、偏光ビームスプリッタ２４に再度入射する。こ
こで、偏光ビームスプリッタ２４に再度入射した検査箇
所からの反射光、散乱光、回折光は、先に偏光ビームス
プリッタ２４により反射された直線偏光成分の光とは直
交する直線偏光成分の光であるので、偏光ビームスプリ
ッタ２４を透過することになる。
【００５１】偏光ビームスプリッタ２４を透過した検査
箇所からの反射光、散乱光、回折光は、結像レンズ３０
を介して画像撮像素子１４に入射する。これにより、対
物レンズ２６により拡大されたレジストパターンの画像
が、画像撮像素子１４により撮像されることになる。
【００５２】このパターン検査装置７においては、対物
レンズ２６から結像レンズ３０までの各光学素子によ
り、結像光学系が構成されている。
【００５３】ここで、対物レンズ２６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。このパターン検査装置７では、照明光とし
て短波長の紫外線レーザ光を用いると共に、対物レンズ
２６として高開口数のレンズを用いることで、微細なパ
ターンの検査を精度良く行えるようになされている。ま
た、対物レンズ２６は、照明光である紫外線レーザ光に
対して収差が低減されるような対策が施されている。
【００５４】また、画像撮像素子１４としては、例え
ば、紫外線レーザ光に対して高い量子効率、具体的に
は、例えば約３６％の量子効率が得られる高感度の紫外
光用ＣＣＤカメラが用いられる。このように、画像撮像
素子１４として、紫外線レーザ光に対する感度が高いＣ
ＣＤカメラを用いれば、微細なパターンの画像を高解像
度で撮像することが可能である。この画像撮像素子１４
は、画像処理用コンピュータ３１に接続されている。そ
して、このパターン検査装置７においては、画像撮像素
子３１により撮像された半導体ウェハ１００上のレジス
トパターンの画像が、画像処理用コンピュータ３１に取
り込まれるようになされている。
【００５５】なお、この画像撮像素子１４は、冷却機構
を備えたものであることが望ましい。例えば、紫外光用
ＣＣＤカメラを画像撮像素子１４として用いる場合に
は、ＣＣＤ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いることが望ましい。以上のよう
に画像撮像素子１４を冷却するようにすれば、この画像
撮像素子１４により撮像された半導体ウェハ１００上の
レジストパターンの画像を画像処理用コンピュータ３１
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
低減することが可能となる。
【００５６】また、パターン検査装置７は、対物レンズ
２６と被検査物である半導体ウェハ１００との間の距
離、すなわち、結像光学系のフォーカス状態を調整する
フォーカス制御手段を備えている。
【００５７】通常の光学顕微鏡を用いた検査装置では、
照明光を被検査物に照射させてその反射光を検出するこ
とで対物レンズと被検査物との間の距離を測定し、フォ
ーカス状態の調整を行うようにしているが、照明光を被
検査物に照射させながらフォーカス状態の調整を行う
と、このときの照明光も被検査物に対する照射光量とし
て積算されてしまうことになる。このように、フォーカ
ス状態の調整で照明光の照射光量が積算されてしまう
と、実際の検査を行う際の照明光量が制限されることに
なり、非常に効率が悪い。
【００５８】そこで、このパターン検査装置７では、静
電容量型センサ３２を対物レンズ２６の近傍に配設し
て、この静電容量型センサ３２により対物レンズ２６と
被検査物である半導体ウェハ１００との間の距離を検出
し、これに基づいて、対物レンズ２６と半導体ウェハ１
００との間の距離が最適となるように、制御部１２が可
動ステージ１１のＺステージを駆動することで、結像光
学系のフォーカス状態を調整するようにしている。すな
わち、このパターン検査装置７では、静電容量型センサ
３２と、制御部１２と、可動ステージ１１のＺステージ
とが、結像光学系のフォーカス状態を調整するフォーカ
ス制御手段として機能する。
【００５９】このパターン検査装置７においては、上述
したように、結像光学系によって画像撮像素子１４に結
像され、この画像撮像素子１４により撮像された半導体
ウェハ１００上のレジストパターンの画像が画像処理用
コンピュータ３１に供給される。そして、このレジスト
パターンの画像を画像処理用コンピュータ３１により画
像処理し、解析することによって、レジストパターンの
状態の検査が行われることになる。
【００６０】具体的には、パターン検査装置７は、例え
ば、半導体ウェハ１００上に孤立した凸部として形成さ
れた孤立パターンの画像を撮像し、撮像した孤立パター
ンの画像から光の強度プロファイルを作成する。そし
て、この孤立パターンの画像から作成された光の強度プ
ロファイルをもとにして、孤立パターンの線幅測定を行
う。また、パターン検査装置７は、半導体ウェハ１００
上に凸パターンと凹パターンとが所定の周期で繰り返さ
れる繰り返しパターンとして形成されたＬ／Ｓパターン
の画像を撮像し、撮像したＬ／Ｓパターンの画像から光
の強度プロファイルを作成する。そして、このＬ／Ｓパ
ターンの画像から作成された光の強度プロファイルをも
とにして、Ｌ／Ｓパターンの線幅測定を行う。更に、パ
ターン検査装置７は、孤立パターンとその下地として形
成されているアイソレーションパターンとの重ね合わせ
精度の測定や、コンタクトホール直径の測定、コンタク
トホール深さの測定等を行う。
【００６１】これらの測定結果は、半導体製造ライン１
において半導体ウェハ１００上にレジストパターンが適
切に形成されたか否かを判定する指針となるものであ
る。すなわち、半導体製造ライン１においては、パター
ン検査装置７による以上の測定結果に基づいて、半導体
ウェハ１００上に形成されたレジストパターンの合否判
定が行われ、レジストパターンの状態が適切であると判
断された半導体ウェハ１００のみが良品ウェハとして次
工程へ送られ、レジストパターンの状態が適切でないと
判断された半導体ウェハ１００はレジストパターン再生
処理へと送られるようになされている。
【００６２】また、パターン検査装置７は、以上のよう
な線幅測定等に加えて、例えば、露光装置４におけるデ
ィストーション検査や、倍率検査、像面湾曲検査、像面
傾斜検査等も行う。これらの検査は、露光装置４の露光
状態を補正するために必要とされるものであり、これら
の検査結果は、孤立パターンの線幅測定結果やＬ／Ｓパ
ターンの線幅測定結果と共に、露光装置４の露光状態を
補正するための補正情報を生成する補正情報生成処理部
３３に供給される。
【００６３】補正情報生成処理部３３は、画像処理用コ
ンピュータ３１から供給された測定結果や検査結果をも
とに、例えば、露光装置４の露光光量を補正するための
光量補正情報や、露光装置４の露光フォーカス位置を補
正するためのフォーカス補正情報、露光装置４が備える
投影レンズの収差状態を補正するための収差補正情報、
露光装置４の像面湾曲や像面傾斜を補正するための像面
補正情報等の各種補正情報を生成する。そして、補正情
報生成処理部３３は、これら生成した各種補正情報を露
光装置４に供給する。
【００６４】特に、このパターン検査装置７において
は、供給される半導体ウェハ１００毎に、この半導体ウ
ェハ１００上に形成された孤立パターンの線幅とＬ／Ｓ
パターンの線幅との双方を測定し、この測定結果を補正
情報生成処理部３３に供給するようにしている。そし
て、パターン検査装置７は、補正情報生成処理部３３に
おいて、測定された孤立パターンの線幅値と所定の値と
のずれ量（孤立パターンの線幅誤差）と、測定されたＬ
／Ｓパターンの線幅値と所定の値とのずれ量（Ｌ／Ｓパ
ターンの線幅誤差）とから得られる露光装置４の露光条
件誤差情報を、露光装置４の露光光量の誤差成分と、露
光装置４の露光フォーカス位置の誤差成分とに成分分離
して、露光装置４の露光光量を補正するための光量補正
情報と、露光装置４の露光フォーカス位置を補正するた
めのフォーカス補正情報とを生成するようにしている。
【００６５】半導体製造ライン１においては、以上のよ
うに、パターン検査装置７によって、供給された半導体
ウェハ１００に対する全数検査が行われ、その検査結果
に基づいてパターン検査装置７の補正情報生成処理部３
３により生成された各種補正情報が露光装置４にフィー
ドバックされるようになされている。そして、露光装置
４の露光状態が、これら補正情報に応じてリアルタイム
に補正されることによって、露光装置４の制御が行われ
るようになされている。特に、この半導体製造ライン１
では、露光装置４による露光状態を決定する上で最も大
きな変動要因となる露光光量と露光フォーカス位置と
が、パターン検査装置７からの補正情報に応じてリアル
タイムに補正されることになる。したがって、この半導
体製造ライン１によりリソグラフ工程を行うようにすれ
ば、不良品ウェハの発生率を大幅に削減することが可能
となる。
【００６６】ここで、パターン検査装置７において、露
光装置４の露光状態を補正するための各種補正情報を生
成する処理の一例について、具体的に説明する。
【００６７】露光装置４における露光光量と、半導体ウ
ェハ１００上に形成された孤立パターンやＬ／Ｓパター
ンの線幅との関係は、図３に示すように、露光装置４に
おける露光光量が多いほど、半導体ウェハ１００上に形
成される孤立パターンやＬ／Ｓパターンの線幅値は小さ
くなり、球面収差があるとその傾向はより顕著になる。
【００６８】また、露光装置４における露光フォーカス
位置と、半導体ウェハ１００上に形成された孤立パター
ンやＬ／Ｓパターンの線幅の関係は、図４（ａ）及び図
４（ｂ）に示すように、孤立パターンとＬ／Ｓパターン
とで、露光装置４における露光フォーカス位置の変化に
よって得られる線幅値の振る舞いが異なる。すなわち、
孤立パターンでは、図４（ａ）に示すように、露光装置
４の露光フォーカス位置がデフォーカスするに従って、
得られる線幅値は小さくなる。一方、Ｌ／Ｓパターンで
は、図４（ｂ）に示すように、露光装置４の露光フォー
カス位置がデフォーカスするに従って、得られる線幅値
は大きくなる。更に、孤立パターンとＬ／Ｓパターンと
の双方において、デフォーカス方向による対称性は、特
に球面収差に依存することが知られている。
【００６９】上述したパターン検査装置７において、孤
立パターンの線幅は、図５に示すように、孤立パターン
の画像から作成される光の強度プロファイルをもとに、
ディップ間隔Ｗとして観察される。
【００７０】一方、Ｌ／Ｓパターンは、図６に示すよう
に、光学的変調度をもった像として観察される。なお、
図６において、光学変調度はＤ／（Ｃ＋Ｄ）で表され
る。そして、Ｌ／Ｓパターンにおける線幅は、図７
（ａ）に示すように、同一空間周波数におけるパターン
デューティとして取り扱うことができ、光学的変調度
は、図７（ｂ）に示すように、パターンデューティの関
数として取り扱うことができる。ここで、パターンデュ
ーティは、Ｌ（ライン）とＳ（スペース）とからなる１
周期のパターン幅に対するＬ（ライン）幅の割合をい
う。
【００７１】上述したパターン検査装置７においては、
照明光源１３として、可干渉性の良いレーザ光を出射す
るレーザ光源を用いているので、観察されるＬ／Ｓパタ
ーンの光学的変調度が、例えばランプ等を照明光源に用
いた検査装置により観察した場合に比べて著しく高い。
【００７２】更に、上述したパターン検査装置７におい
ては、観察されるＬ／Ｓパターンの光学的変調度を更に
向上させるために、開口絞り１２の位置に、例えば図８
に示すような変形照明を行うための空間フィルタ絞りが
設けられることが望ましい。このような空間フィルタ絞
りを設けて、観察するＬ／Ｓパターンに応じて最適な変
形照明を行うようにすれば、２次以上の高次回折光の発
生が抑制されて、光学的変調度が向上することになる。
なお、変形照明を行うための空間フィルタ絞りの形状
は、以上の例に限定されるものではなく、測定対象とな
るＬ／Ｓパターンによって決定される２次以上の高次回
折光の発生を抑制可能な形状であれば、どのような形状
であっても構わない。また、４次以上の高次回折光は、
結像にさほど寄与しないので、照明光量を確保する意味
で、必要に応じてカットしなくても構わない。
【００７３】Ｌ／Ｓパターンの線幅を測定する際に求め
られる光学的変調度は、図７（ｂ）に示したように、所
定のパターンデューティ値で極値をとるため、得られた
光学的変調度のデータだけでは極値の前後の判断ができ
ない。そこで、本発明を適用した半導体製造ライン１に
おいては、図７（ａ）に示したように、同一測定パター
ン内にてパターンデューティを極値の判断に必要なステ
ップ幅及びステップ数変動させた検査用パターンを半導
体ウェハ１００上に形成しておき、パターン検査装置７
にてこの検査用パターンを複数計測し、計測したデータ
と、図７（ｂ）に示した母曲線とをパターンマッチング
することで、Ｌ／Ｓパターンの線幅の測定を可能として
いる。
【００７４】なお、半導体ウェハ１００上に形成する検
査用パターン形状は、空間周波数、すなわちＬ（ライ
ン）とＳ（スペース）とからなる１周期のパターン幅を
固定とし、線幅値、すなわちＬ（ライン）幅を変化させ
たものであれば、図７（ａ）に示した例に限らず、どの
ような形状であってもよい。更に、縦方向パターン、横
方向パターンを一つの検査用パターンに盛り込むように
してもよい。
【００７５】また、以上の例では、空間周波数を固定と
した測定を行っているが、線幅値を固定とし、Ｌ／Ｓパ
ターンの空間周波数を変化させた検査用パターンにて測
定を行い、光学的変調度曲線とマッチングを行うこと
で、Ｌ／Ｓパターンの線幅を測定するようにしても構わ
ない。
【００７６】また、以上は、Ｌ／Ｓパターンの線幅を定
義するのに、同一空間周波数におけるパターンデューテ
ィ、すなわちＬ／Ｓパターンの線幅が光学的変調度を決
定するパラメータであることに着目して、光学的変調度
からＬ／Ｓパターンの線幅値を測定するアルゴリズムを
採用した例について説明したが、パターン検査装置７の
光学倍率を上げる等して、Ｌ／Ｓパターンの画像から作
成される光の強度プロファイルをもとに、Ｌ（ライン）
の実線幅を求めてこれをＬ／Ｓパターンの線幅と定義す
るようにしても構わない。
【００７７】本発明を適用した半導体製造ライン１にお
いて、パターン検査装置７による測定の対象となるＬ／
Ｓパターンの空間周波数は、該当するリソグラフ工程に
おけるデザインルールによって適切に決定することが望
ましい。本発明を適用した半導体製造ライン１において
は、リソグラフ工程毎に測定対象とするターゲット線幅
を定めて、このターゲット線幅のＬ／Ｓパターンの線
幅、孤立パターンの線幅を測定するようにしている。タ
ーゲット線幅は、半導体回路パターンのデザインルー
ル、ゲート線幅、クリティカル工程かノンクリティカル
工程かによって定めると都合がよい。Ｌ／Ｓパターンに
おけるターゲット線幅は、光学的変調度が最大となるよ
うにするため、レチクルマスク上でのパターンデューテ
ィを５０％としている。これは、図７（ｂ）に示した母
関数とのフィッティング精度を上げるためである。
【００７８】パターン検査装置７では、上述したような
測定の結果得られた孤立パターンの線幅とＬ／Ｓパター
ンの線幅値、及びこれらの測定に付随して得られるフォ
ーカス位置情報から、線幅基準値からの変動（線幅誤
差）を、孤立パターン、Ｌ／Ｓパターン毎にそれぞれ抽
出し、事前に測定しておいた図４（ａ）及び図４（ｂ）
に示す露光フォーカス位置／線幅値曲線とマッチングす
ることで、当該孤立パターンやＬ／Ｓパターンを形成す
る際の露光装置４の露光フォーカス位置の誤差、すなわ
ちデフォーカス量を算出するようにしている。但し、こ
れだけでは、デフォーカスの方向が判断できない。
【００７９】ところで、半導体ウェハ１００上に形成さ
れた孤立パターンは、露光時のデフォーカスに伴うレジ
スト形状の変化等によって、図９に示すように、ボトム
線幅（パターン下端部の線幅）が一定であっても、パタ
ーン検査装置７により測定された線幅値が異なったもの
となる。すなわち、ボトム線幅が一定であっても、露光
装置４の露光フォーカス位置がプラスフォーカス側にず
れていると、パターン検査装置７により測定される孤立
パターンの線幅値はジャストフォーカスのときに比べて
大きくなり、逆に露光装置４の露光フォーカス位置がマ
イナスフォーカス側にずれていると、パターン検査装置
７により測定される孤立パターンの線幅値はジャストフ
ォーカスのときに比べて小さくなる。なお、図９に示す
ボトム線幅は、ＳＥＭにより測定した値である。
【００８０】また、パターン検査装置７を用いて孤立パ
ターンの線幅を測定する場合、線幅値を高精度に測定す
る上では、結像光学系のフォーカス状態をオフフォーカ
スの状態とし、画像撮像素子１４にて撮像された孤立パ
ターンの回折干渉像をもとに孤立パターンの線幅値を測
定する手法（オフフォーカス干渉法）が非常に有効であ
る。この場合、孤立パターンの回折干渉像のコントラス
ト最良点が得られるパターン検査装置７のフォーカス位
置は、パターン検査装置７の光学系の収差等の影響によ
り、図１０に示すように、孤立パターンの線幅値によっ
て異なったものとなり、このときの孤立パターンの線幅
値としては、ボトム線幅が支配的に作用することにな
る。
【００８１】一方、Ｌ／Ｓパターンの線幅測定において
は、特徴点として用いている光学的変調度が最大となる
のは、パターン検査装置７のフォーカス位置がジャスト
フォーカスのときである。すなわち、上述したオフフォ
ーカス干渉法を用いた場合の孤立パターンの回折干渉像
のコントラスト最良点が得られるパターン検査装置７の
フォーカス位置と、Ｌ／Ｓパターンの線幅測定時におい
て光学的変調度が最大となるパターン検査装置７のジャ
ストフォーカス位置との差を求められば、ボトム線幅を
求めることができる。
【００８２】以上のことから、パターン検査装置７の線
幅測定により得られるパラメータは、パターン形状に依
存する孤立パターンの線幅値、Ｌ／Ｓパターンの線幅
値、ボトム線幅値、の３つのパラメータである。これら
３つのパラメータを、事前に測定しておいた図４（ａ）
及び図４（ｂ）、図７（ｂ）、図９、図１０のパターン
にマッチングすることで、露光装置４におけるデフォー
カスの量と方向を認識することができ、デフォーカスの
影響を除去した、すなわちジャストフォーカス露光され
たと仮定した孤立パターンの線幅値及びＬ／Ｓパターン
の線幅値を算出することができる。
【００８３】以上説明した測定原理に基づいて、パター
ン検査装置７により、Ｌ／Ｓパターンの線幅値、孤立パ
ターンの線幅値、露光装置４におけるデフォーカス量、
デフォーカス方向を求めるアルゴリズムを図１１に示
す。この図１１に示す測定アルゴリズムは、測定に差し
障りのない程度の光学収差をパターン検査装置７の光学
系に与えることにより、収差が線幅毎の周波数応答特性
を変化させるという点に着目して実現されたものであ
り、このような測定アルゴリズムによって露光装置４に
おけるデフォーカス量とデフォーカス方向とを求めるこ
とにより、孤立パターンの線幅誤差とＬ／Ｓパターンの
線幅誤差とから得られる露光装置４の露光条件誤差情報
から、露光フォーカス位置の誤差成分を分離することが
可能となる。
【００８４】そして、露光装置４における露光フォーカ
ス位置の誤差成分を分離した後は、図３に示した線幅−
露光光量曲線にパターンマッチングを行うことで、露光
装置４における露光光量誤差を求めることが可能とな
る。
【００８５】パターン検査装置７においては、以上のよ
うな処理を画像処理用コンピュータ３１と補正情報生成
処理部３３とにより行い、露光装置４における露光フォ
ーカス位置の誤差や露光光量の誤差を求めて、露光装置
４の露光フォーカス位置を補正するためのフォーカス補
正情報と、露光光量を補正するための光量補正情報とを
生成するようにしている。そして、これらフォーカス補
正情報と光量補正情報とを露光装置４にフィードバック
して、露光装置４の露光条件を適切に制御するようにし
ている。これにより、露光装置４による露光状態を決定
する上で最も大きな変動要因となる露光光量と露光フォ
ーカス位置とが、パターン検査装置７からの補正情報に
応じてリアルタイムに補正されることになり、不良品ウ
ェハの発生率を大幅に削減することが可能となる。
【００８６】また、パターン検査装置７においては、測
定精度をより向上させ、更に露光装置４における収差状
態を補正するために、上述した孤立パターンの線幅とＬ
／Ｓパターンの線幅との少なくとも一方を測定する際
に、サジタル面像及びメリジオナル面像の双方にて測定
を行うようにしている。このとき、サジタル面像とメリ
ジオナル面像で測定結果が異なる場合は、露光装置４の
備える投影レンズに収差異常が生じているので、パター
ン検査装置７は、露光装置４の備える投影レンズの収差
状態を補正するための収差補正情報を生成し、この収差
補正情報を露光装置４にフィードバックするようにして
いる。
【００８７】さらに、パターン検査装置７においては、
露光装置４の像面湾曲及び像面傾斜を補正するために、
上述した孤立パターンの線幅とＬ／Ｓパターンの線幅と
の少なくとも一方を測定する際に、半導体ウェハ１００
上の所定の露光フィールド内における複数の位置にて測
定を行うようにしている。すなわち、半導体ウェハ１０
０上の所定の露光フィールド内の複数の位置にそれぞれ
上述したような検査用パターンを設けておき、パターン
検査装置７によりこれら複数の検査用パターンを測定す
ることによって、所定の露光フィールド内における最適
像面位置、すなわち、露光装置４の像面湾曲及び像面傾
斜、更には、露光フィールド内における露光光量むらを
把握することができる。パターン検査装置７は、このよ
うにして得られた最適像面位置に関する情報をもとにし
て、露光装置４の像面湾曲及び像面傾斜を補正するため
の像面補正情報や露光光量むら補正情報を生成し、これ
ら像面補正情報や露光光量むら補正情報を露光装置４に
フィードバックするようにしている。
【００８８】なお、上述したパターン検査装置７におい
ては、Ｌ／ＳパターンのＬ（ライン）の本数を３本又は
５本に設定し、平均処理により光学的変調度を決定して
いるが、Ｌ／ＳパターンのＬ（ライン）の本数は、上述
した例に限らず、所望される測定精度と測定タクトタイ
ムとから適宜決定すればよい。Ｌ／ＳパターンのＬ（ラ
イン）の本数を多くすることで測定精度を向上させるこ
とが可能となるので、Ｌ／ＳパターンのＬ（ライン）の
本数は、測定タクトタイムの許容範囲内においてできる
だけ多く設定されることが望ましい。
【００８９】また、露光装置４の光学系にコマ収差があ
る場合、Ｌ／Ｓパターンの線幅が左端と右端とで異なる
ということがよく知られている。この事象は、上述した
パターン検査装置７においても同様に、光学的変調度の
差として観察することができる。したがって、パターン
検査装置７においては、Ｌ／Ｓパターンの線幅の左端、
右端のデータをデータ処理することによって、露光装置
４の光学系におけるコマ収差の状態を把握し、異常があ
る場合には、その収差異常を補正するための補正情報を
露光装置４へフィードバックすることが可能である。
【００９０】また、露光装置４の光学系に球面収差があ
る場合、露光線幅毎に焦点位置が異なるという現象がよ
く知られている。したがって、半導体ウェハ１００上に
図７（ａ）に示したような検査用パターンを形成してお
き、パターン検査装置７により、この検査用パターンの
異なる線幅を同時に計測して、上述した露光装置４のデ
フォーカス量を測定するアルゴリズムによりデータ処理
することにより、露光装置４の球面収差を把握して、異
常がある場合には、その収差異常を補正するための補正
情報を露光装置４へフィードバックすることが可能であ
る。
【００９１】また、パターン検査装置７では、上述した
ように、孤立パターンの線幅やＬ／Ｓパターンの線幅の
測定に加え、孤立パターンとその下地として形成されて
いるアイソレーションパターンとの重ね合わせ精度の検
査や、この重ね合わせ精度の検査を応用したディストー
ション検査、倍率検査等も行われる。この場合、図１２
に示すように、孤立パターンとアイソレーションパター
ンとが重ね合わされた画像をもとにして、孤立パターン
とアイソレーションパターンの左右両端との間隔Ｅ，Ｆ
が測定され、この測定が直交する２方向にて行われる。
これにより、孤立パターンとアイソレーションパターン
との重ね合わせ精度が検査される。そして、このような
検査が、露光装置４における露光フィールド内の複数点
にて行われることで、露光フィールド内における前露光
プロセスとの相対ディストーション、相対倍率の検査が
可能となる。パターン検査装置７は、以上のようにし
て、重ね合わせ精度の検査やディストーション検査、倍
率検査等を行い、これらに異常が認められた場合には、
その異常を補正するための補正情報を露光装置４へフィ
ードバックするようにしている。
【００９２】本発明を適用した半導体製造プロセス１に
おいては、上述したように、露光装置４による露光処理
の後に、パターン検査装置７による検査が行われるまで
に、現像装置５による現像処理や、加熱処理装置６によ
るポストベーク処理が行われるようになっている。した
がって、パターン検査装置７から露光装置４へのフィー
ドバックループにおいて、ある程度の時定数が存在し、
位相遅れが生じることになる。このため、パターン検査
装置７から露光装置４へのフィードバックは、その変動
トレンドを把握することを第１の目標とし、フィードバ
ックパラメータを検査した半導体ウェハ１００毎に更新
するようにしている。
【００９３】パターン検査装置７においては、測定精度
を向上させるために、雑音成分を半導体ウェハ１００内
の測定点数Ｎで平均化することで、（１／Ｎ）1/2に削
減するようにしている。したがって、パターン検査装置
７から露光装置４へのフィードバックパラメータを検査
した半導体ウェハ１００毎に更新することは、測定精度
との兼ね合いからも非常に有効であり、本発明を適用し
た半導体製造プロセス１における露光装置４の制御シス
テムとして最適である。
【００９４】
【発明の効果】本発明に係るパターン検査装置によれ
ば、半導体製造プロセス中のリソグラフ工程において用
いられる露光装置の露光光量の誤差と、露光フォーカス
位置の誤差とを適切に検査し、露光装置の露光光量を補
正するための光量補正情報や露光フォーカス位置を補正
するためのフォーカス補正情報を適切に生成して、露光
装置にフィードバックすることができる。
【００９５】また、本発明に係る露光装置制御システム
によれば、パターン検査装置により生成された光量補正
情報及びフォーカス補正情報に応じて、半導体製造プロ
セス中のリソグラフ工程において用いられる露光装置の
露光光量や露光フォーカス位置が適切且つリアルタイム
に補正されるので、リソグラフ工程における不良品ウェ
ハの発生率を大幅に削減し、歩留まりを向上させること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光装置制御システムを適用して
構成される半導体製造ラインの一構成例を示す図であ
る。
【図２】本発明を適用したパターン検査装置を示す模式
図である。
【図３】上記パターン検査装置により測定された孤立パ
ターン及びＬ／Ｓパターンの線幅値と露光装置における
露光光量との関係を示す図である。
【図４】上記パターン検査装置により測定された孤立パ
ターン及びＬ／Ｓパターンの線幅値と上記露光装置にお
ける露光フォーカス位置との関係を示す図であり、
（ａ）は孤立パターンの線幅値と露光フォーカス位置と
の関係を示し、（ｂ）はＬ／Ｓパターンと露光フォーカ
ス位置との関係を示している。
【図５】上記パターン検査装置において孤立パターンの
画像から孤立パターンの線幅を測定する方法を説明する
ための図である。
【図６】上記パターン検査装置においてＬ／Ｓパターン
の画像からＬ／Ｓパターンの線幅値を測定する方法を説
明するための図である。
【図７】上記パターン検査装置においてＬ／Ｓパターン
の画像からＬ／Ｓパターンの線幅値を測定する方法を説
明するための図であり、（ａ）は半導体ウェハ上に形成
される検査用パターンの一例を示す平面図であり、
（ｂ）はＬ／Ｓパターンの画像から得られる光学的変調
度とパターンデューティとの関係を示す図である。
【図８】上記パターン検査装置において変形照明を行う
ための空間フィルタ絞りの一例を示す図である。
【図９】上記パターン検査装置において測定された孤立
パターンの線幅と、ＳＥＭにより測定されたボトム線幅
との関係を、上記露光装置の露光フォーカス位置との関
係と合わせて図である。
【図１０】孤立パターンの回折干渉像のコントラスト最
良点が得られる上記パターン検査装置のフォーカス位置
と、孤立パターンの線幅値との関係を示す図である。
【図１１】上記パターン検査装置によりＬ／Ｓパターン
の線幅値、孤立パターンの線幅値、上記露光装置におけ
るデフォーカス量、デフォーカス方向を求めるアルゴリ
ズムを説明するための図である。
【図１２】上記パターン検査装置において孤立パターン
とアイソレーションパターンとが重ね合わされた画像か
らこれらの重ね合わせ精度を検査する方法を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
１ 半導体製造ライン、 ４ 露光装置、 ７ パター
ン検査装置、 １１可動ステージ、 １２ 制御部、
１３ 照明光源、 １４ 画像撮像素子、３１ 画像処
理用コンピュータ、 ３３ 補正情報生成処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｖ ５１６Ａ (72)発明者 今井 裕 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 AA22 AA56 BB03 CC19 DD10 EE00 FF41 FF48 GG04 JJ26 LL02 LL24 LL30 LL36 LL37 LL42 LL57 NN02 PP23 QQ38 QQ42 4M106 AA01 CA39 DJ38 5F046 AA18 DA02 DA14 DB05

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作製する半導体回路パターンに対応して
    半導体ウェハ上に形成されたレジストパターンの状態を
    光学的に検査するパターン検査装置であって、 少なくとも、孤立した凸パターンである孤立パターンの
    線幅と、所定の周期で凸パターンと凹パターンとが繰り
    返される繰り返しパターンの線幅との双方を測定する測
    定手段と、 上記測定手段により測定された孤立パターンの線幅と繰
    り返しパターンの線幅とをもとに、上記レジストパター
    ンを形成する際に用いられる露光装置の露光状態を補正
    するための補正情報を生成する補正情報生成手段とを備
    え、 上記補正情報生成手段は、上記孤立パターンの線幅誤差
    と上記繰り返しパターンの線幅誤差とから得られる上記
    露光装置の露光条件誤差情報を、露光光量の誤差成分と
    露光フォーカス位置の誤差成分とに成分分離して、露光
    光量を補正するための光量補正情報と、露光フォーカス
    位置を補正するためのフォーカス補正情報とを生成する
    ことを特徴とするパターン検査装置。
  2. 【請求項２】 上記測定手段は、上記孤立パターンの線
    幅と繰り返しパターンの線幅との少なくとも一方を測定
    する際に、サジタル面像及びメリジオナル面像の双方に
    て測定を行い、 上記補正情報生成手段は、上記測定手段により測定され
    たサジタル面像及びメリジオナル面像における測定結果
    をもとに、上記露光装置の備える投影レンズの収差状態
    を補正するための収差補正情報を生成することを特徴と
    する請求項１記載のパターン検査装置。
  3. 【請求項３】 上記測定手段は、上記孤立パターンの線
    幅と繰り返しパターンの線幅との少なくとも一方を測定
    する際に、上記半導体ウェハ上の複数の位置にて測定を
    行い、 上記補正情報生成手段は、上記測定手段により測定され
    た上記複数の位置における測定結果をもとに、上記露光
    装置の像面湾曲及び像面傾斜を補正するための像面補正
    情報を生成することを特徴とする請求項１記載のパター
    ン検査装置。
  4. 【請求項４】 上記測定手段は、上記孤立パターンの線
    幅と繰り返しパターンの線幅とを光学的に測定するため
    の光源として、波長が１５０〜３７０ｎｍの紫外線レー
    ザ光を出射する紫外線レーザ光源を備えることを特徴と
    する請求項１記載のパターン検査装置。
  5. 【請求項５】 上記測定手段は、上記紫外線レーザ光源
    から出射された紫外線レーザ光の光量を、上記孤立パタ
    ーン及び繰り返しパターンに収縮を生じさせない光量に
    制御する光量制御手段を備えることを特徴とする請求項
    ４記載のパターン検査装置。
  6. 【請求項６】 上記測定手段は、上記繰り返しパターン
    の光学的変調度を測定し、これをもとに上記繰り返しパ
    ターンの線幅を測定することを特徴とする請求項１記載
    のパターン検査装置。
  7. 【請求項７】 上記測定手段は、上記孤立パターンとそ
    の下地として形成されているアイソレーションパターン
    との重ね合わせ誤差も測定することを特徴とする請求項
    １記載のパターン検査装置。
  8. 【請求項８】 作製する半導体回路パターンに対応して
    半導体ウェハ上にレジストパターンを形成する際に用い
    られる露光装置と、 上記露光装置を用いて半導体ウェハ上に形成されたレジ
    ストパターンの状態を光学的に検査するパターン検査装
    置とを備え、 上記パターン検査装置は、 少なくとも、孤立した凸パターンである孤立パターンの
    線幅と、所定の周期で凸パターンと凹パターンとが繰り
    返される繰り返しパターンの線幅との双方を測定する測
    定手段と、 上記測定手段により測定された孤立パターンの線幅と繰
    り返しパターンの線幅とをもとに、上記レジストパター
    ンを形成する際に用いられる露光装置の露光状態を補正
    するための補正情報を生成する補正情報生成手段とを備
    え、 上記補正情報生成手段は、上記孤立パターンの線幅誤差
    と上記繰り返しパターンの線幅誤差とから得られる上記
    半導体露光装置の露光状態誤差情報を、露光光量の誤差
    成分と露光フォーカス位置の誤差成分とに成分分離し
    て、露光光量を補正するための光量補正情報と、露光フ
    ォーカス位置を補正するためのフォーカス補正情報とを
    生成し、 上記露光装置は、上記パターン検査装置の補正情報生成
    手段により生成された光量補正情報に応じて露光光量が
    補正され、上記パターン検査装置の補正情報生成手段に
    より生成されたフォーカス補正情報に応じて露光フォー
    カス位置が補正されることを特徴とする露光装置制御シ
    ステム。
  9. 【請求項９】 上記パターン検査装置の測定手段は、上
    記孤立パターンの線幅と繰り返しパターンの線幅との少
    なくとも一方を測定する際に、サジタル面像及びメリジ
    オナル面像の双方にて測定を行い、 上記パターン検査装置の補正情報生成手段は、上記測定
    手段により測定されたサジタル面像及びメリジオナル面
    像における測定結果をもとに、上記露光装置の備える投
    影レンズの収差状態を補正するための収差補正情報を生
    成し、 上記露光装置は、上記パターン検査装置の補正情報生成
    手段により生成された収差補正情報に応じて投影レンズ
    の収差状態が補正されることを特徴とする請求項８記載
    の露光装置制御システム。
  10. 【請求項１０】 上記パターン検査装置の測定手段は、
    上記孤立パターンの線幅と繰り返しパターンの線幅との
    少なくとも一方を測定する際に、上記半導体ウェハ上の
    複数の位置にて測定を行い、 上記パターン検査装置の補正情報生成手段は、上記測定
    手段により測定された上記複数の位置における測定結果
    をもとに、上記露光装置の像面湾曲及び像面傾斜を補正
    するための像面補正情報を生成し、 上記露光装置は、上記パターン検査装置の補正情報生成
    手段により生成された像面補正情報に応じて像面湾曲及
    び像面傾斜が補正されることを特徴とする請求項８記載
    の露光装置制御システム。
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