JP3323537B2 - 微細構造評価装置及び微細構造評価法 - Google Patents

微細構造評価装置及び微細構造評価法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は微細構造評価装置及び微
細構造評価法に関し、例えば光源手段からの光を対象物
（被測定物）上の微小領域に順次照射し、該対象物の微
細構造又は対象物面上の異物により散乱される散乱光を
検出系で光電的に検出し、その信号を解析評価すること
により微細構造の光学的評価や異物の検出等を行なっ
た、例えばエッジ評価装置、位置決め装置、そしてパタ
ーン線幅測定装置、異物検査装置等に好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より微細なパターンのエッジや線幅
そして微細パターン線等の外形状を検出し評価するよう
にした、微細構造評価装置が種々と提案されている。例
えば微細構造としてウエハ面上のパターンのエッジ部分
を検出し、レチクルとウエハとの位置合わせを行うよう
にしたエッジ検出装置が知られている。
【０００３】図２３は知られているエッジ検出装置の光
学系の要部概略図である。同装置ではレーザ光源２ａか
らのレーザ光をビームエキスパンダー３ａにより光束径
を拡大させて、スリット４ａで光束径を調整して射出さ
せている。そして収束レンズ６ａで収束しウエハ８ａ面
上のパターン１０のエッジ部分１０ａ領域を照射してい
る。尚、同図におけるｘ−ｙ座標軸上の曲線Ａ，Ｂは光
ビームの強度分布を模式的に示している。
【０００４】パターン１０のエッジ部分１０ａからは他
の部分に比べて多くの散乱光が発生する。そこでこのと
きの散乱光の有無又は強度を光電検知器１４で検出し、
該光電検出器１４からの信号を利用してパターン１０の
エッジ部分１０ａの位置を検出している。即ちパターン
１０の位置情報を検出している。
【０００５】同図に示すエッジ検出装置はレーザ光を微
小スポットに収束して対象物１０を走査し、エッジ部１
０ａで散乱された散乱光の散乱分布特性の有無又は強度
を収束光軸に対してある角度に配置された光電検知器１
４により光電的に検出して、エッジ部１０ａの位置を検
出している。このときレーザ光の投光スポット形状を楕
円形に変形するためのスリットから成る光束変形手段４
ａを設け、これにより楕円形の短軸方向のスポット幅を
小さくして検出分解能をあげている。
【０００６】この他、従来より検査する対象物上の微小
異物の検出装置として、レーザ光を対象物に対して斜め
から照射し、異物からの散乱光をある位置に配した受光
素子にて検出する異物検査装置が提案されている。
【０００７】図４５は特開昭６２−１１８２０６号公報
で提案されているパターン線寸法測定装置の要部概略図
である。同図においてレーザ光源１５６からのレーザ光
束１６０をハーフミラー１５７を介して対物レンズ１５
５で集光し、振動ステージ１５１上に載置した被検出物
１５２面上のパターン１５３に照射している。そしてパ
ターン１５３からの散乱光や反射光束１６１を対物レン
ズ１５５で集光し、該パターン１５３を受光器１５８面
上に結像している。このときバイブレーター４により振
動ステージ１５１をパターン１５３の測定方向と同一方
向に振動させている。そして受光器１５８から得られる
信号１６２を信号処理部１５９で処理し、これよりパタ
ーン１５３の寸法を求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図２３に示すエッジ検
出装置では、収束光に対して所定の角度に配置固定した
光電検知器１４により、微細構造に基づく散乱光を検出
しているため、 （１−１）散乱光の有無のみ、あるいは散乱光の一部の
強度変化しか検出していないために、エッジ部分の境界
のおおよその位置しか検出することができない。
【０００９】（１−２）後述する様な形の散乱光の散乱
分布特性に含まれる微細構造情報の解析処理を行なって
いないために、微細構造の形状を評価することができな
い。
【００１０】（１−３）対象物の微細構造を光学的に高
分解能で評価することが難しい。等の問題点があった。
【００１１】又、従来の異物検査装置では対象物の微細
構造による散乱光と、異物による散乱光との判別が困難
で、微小異物を光学的に高分解能で検査することが難し
いという問題点があった。
【００１２】図２３に示す従来のパターン線寸法測定装
置では被検出物１５２のパターン１５３と光学的に共役
な位置に受光器１５８を配置してパターン１５３からの
反射光や散乱光に基づく信号を受光器１５８で検出し
て、これよりパターン１５３の寸法を測定している。こ
の為、従来のパターン線寸法測定装置は照明光学系で得
られる光束のスポット径が照明光束の１波長程度である
為、スポット径より小さな波長以下の寸法の幅を持つパ
ターン線幅を測定することができず、又パターン線の基
準面からの高さを測定することができないといった問題
点があった。本発明は、微細構造を持つ対象物上の微小
領域に光を照射した場合に微細構造や微小異物から生じ
る散乱光の散乱分布特性を検出し、その散乱分布特性に
含まれる微細構造の情報を抽出処理することにより、従
来の光学顕微鏡の持つ分解能を越えた高い分解能で微細
構造の外形状等の光学的評価を行なうことのでき、又微
小異物を容易に検出することができる微細構造評価装置
及び微細構造評価法の提供を目的とする。
【００１３】この他、本発明は微細パターン線等の微細
構造を持つ対象物上の微小領域にスポット径の異なる光
を照射した場合に微細構造から生じる散乱光の散乱分布
特性を検出し、その散乱分布特性に含まれる微細構造の
情報を抽出処理することにより、従来の光学顕微鏡の持
つ分解能を越えた高い分解能で微細構造の外形状等の光
学的評価を行なうことができる微細構造評価装置及び微
細構造評価法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の微細構
造評価装置は、光源手段からの光束を微細構造をもつ対
象物に入射させる照明光学系と、該対象物の微細構造に
基づく散乱光の分布を検出する検出系と、該検出系で得
られた分布の極値の位置、数、強度の少なくとも一つに
基づき該微細構造を評価する信号処理系と、を有するこ
とを特徴としている。請求項２の発明は請求項１の発明
において、前記信号処理系による評価は前記対象物の微
細構造の外形を検出することを含むことを特徴としてい
る。 請求項３の発明は請求項１の発明において、前記信
号処理系による評価は前記対象物の微細構造の位置情報
を検出することを含み、該信号処理系からの信号を用い
て駆動手段により、該対象物を所定位置に駆動させてい
ることを特徴としている。
【００１５】請求項４の発明の微細構造評価装置は、光
源手段からの光束を微細構造をもつ対象物に導光する照
明光学系と、前記光束と前記対象物とを相対的に走査す
る走査系と、該対象物の微細構造に基づく散乱光の分布
を検出する検出系と、該検出系で得られた分布の極値の
位置、数、強度の少なくとも一つの前記走査に伴う変化
に基づき該微細構造を評価する信号処理系と、を有する
ことを特徴としている。 請求項５の発明は請求項４の発
明において、前記信号処理系による評価は前記対象物の
微細構造の外形を検出することを含むことを特徴として
いる。請求項６の発明は請求項４の発明において、前記
信号処理系による評価は前記対象物の微細構造の位置情
報を検出することを含み、前記信号処理系からの信号を
用いて駆動手段により、該対象物を所定位置に駆動させ
ていることを特徴としている。
【００１６】請求項７の発明の微細構造評価法は、光束
を微細構造を持つ対象物に照射し、該対象物から生じる
散乱光の分布を検出し、該散乱光の分布の極値の位置、
数、強度の少なくとも一つを用いて該微細構造を評価す
ることを特徴としている。
【００１７】請求項８の発明の微細構造評価法は、光束
で微細構造を持つ対象物を走査し、該対象物から生じる
散乱光の分布を検出し、該散乱光の分布の極値の位置、
数、強度の少なくとも一つの前記走査に伴う変化に基づ
き該微細構造を評価することを特徴としている。
【００１８】請求項９の発明の異物検査装置は、光源と
該光源からの光束を対象物上に照射する光学系と、該照
射領域と該対象物とを相対的に走査するための走査系
と、該対象物により散乱された光の分布を検出する検出
系と、該検出された分布の極値の数又は位置に基づき対
象物上の異物の有無を検出する演算処理系と、を有する
ことを特徴としている。
【００１９】請求項１０の発明の微細構造評価装置は、
光源手段からの光束を微細構造をもつ対象物に入射さ
せ、スポット径可変部により照射光束のスポット径を可
変とする照明光学系と、該対象物の微細構造に基づく散
乱光の分布を検出する検出系と、該検出系で得られた分
布の極値の位置、数、強度の少なくとも一つの前記スポ
ット径の変化に伴う変化に基づき該微細構造を評価する
信号処理系と、を有することを特徴としている。 請求項
１１の発明は請求項１０の発明において、前記微細構造
は微細パターン線より成り、前記検出系で得られる信号
を利用して、走査系により該微細パターン線への照射光
束の位置を調整していることを特徴としている。 請求項
１２の発明は請求項１１の発明において、前記信号処理
系による評価は前記微細パターン線の幅及び基準面から
の高さ情報を検出することを含むことを特徴としてい
る。
【００２０】請求項１３の発明の微細構造評価法は、照
射光束のスポット径を可変とするスポット径可変部を有
する照明光学系からスポット径の異なる光束を微細構造
を持つ対象物に順次照射し、該対象物から生じる散乱光
の分布を検出し、該散乱光の分布の極値の位置、数、強
度の少なくとも一つを用いて該微細構造を評価すること
を特徴としている。
【００２１】請求項１４の発明の微細構造評価法は、照
射光束のスポット径を可変とするスポット径可変部を有
する照明光学系からスポット径の異なる光束で微細構造
を持つ対象物を順次走査し、該対象物から生じる散乱光
の分布を検出し、該散乱光の分布の極値の位置、数、強
度の少なくとも一つの前記走査に伴う変化に基づき該微
細構造を評価することを特徴としている。
【００２２】請求項１５の発明は請求項１３又は１４の
発明において、前記微細構造は微細パターン線より成
り、前記評価は該微細パターン線の幅及び基準面からの
高さを検査することを含むことを特徴としている。
【００２３】請求項１６の発明の微細構造評価装置は、
被検物に光束を照射するための照明手段と、前記照明手
段による前記被検物への光束照射状態を変化させる為の
照射状態変化手段と、前記照明手段によって照明される
被検物からの散乱光の分布の強度が極値となる部分を検
出する検出手段と、前記照射状態変化手段による光束照
射状態変化中における前記検出手段の検出する前記極値
となる部分の分布特性の変化に基づいて前記被検物の微
細構造を評価する為の演算手段とを有することを特徴と
している。 請求項１７の発明は請求項１６の発明におい
て、前記照射状態変化手段は被検面を光束走査する手段
を有することを特徴としている。 請求項１８の発明は請
求項１６の発明において、前記照射状態変化手段は照射
光束のスポット径を可変とするスポット径可変部を有す
ることを特徴としている。 請求項１９の発明は請求項１
６の発明において、前記演算手段は前記微細構造の外形
を求めることを特徴としている。 請求項２０の発明は請
求項１６の発明において、前記演算手段は前記微細構造
のパターン線幅及び基準面からの高さを検出することを
特徴としている。 請求項２１の発明は請求項１６の発明
において、前記演算手段は前記微細構造の異物の有無を
検出することを特徴としている。
【００２４】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。同図において１は光源手段、２は微細構造を持った
対象物（被測定物）、３は照明光学系であり光源手段１
からの光１１を対象物２の微小領域２１に収束させて照
明するためのものでありレンズ系３１及び所定の分光特
性の光束のみを通過させるフィルタ系３２とから構成さ
れる。４は検出系であり対象物２の微細構造により散乱
する散乱光４１の散乱分布特性を検出するための受光面
が対象物側に向けられた受光素子の配列を備える光電変
換器を含んでいる。５は信号処理系であり検出系４で検
出された散乱分布特性の信号から微細構造を解析してい
る。対象物２は矢印で示される様に不図示の駆動手段に
よって装置に対して駆動される。
【００２５】本実施例において、光源手段１の種類とし
ては半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等の
コヒーレント光束を放射する光源や、発光ダイオード、
ハロゲンランプ等のインコヒーレント光束を放射する光
源等が使用可能であり、微細構造評価の対象に適するも
のをその都度選定している。
【００２６】本実施例では、まず光源手段１から放射さ
れる光１１を照明光学系３で収束光３５とし、これを対
象物（例えばマスク等、あるいは光を通過しないウエハ
等でも原理は同様）２上の微小領域２１に収束させる。
対象物２に収束された収束光３５は微小領域２１内の微
細構造（例えばパターン等）に依存する散乱分布特性を
もって散乱する。散乱光４１は検出系４により取り込ま
れて、散乱光４１のもつ散乱分布特性が光電変換されて
検出される。検出系４は、透過散乱光や反射散乱光を検
出するものである。検出された散乱分布特性から、微細
構造の情報を信号処理系５にてＳ／Ｎよく抽出、解析
し、高分解能に微細構造の光学的評価を行なう。
【００２７】その際の散乱分布特性から対象物２の微細
構造の情報を抽出する基本的な例を示す。
【００２８】図２は、微細なエッジ（以下対象物２の微
細な高度差のある段、透明部と不透明部の境界、隣り合
う相異なる物質の境界等を「エッジ」と呼ぶ）のある対
象物に、収束光を投光する場合の座標系を含む概略図を
示している。対象物の境界面（エッジ）５１は、紙面に
垂直な方向（ｘ方向）に一様な面で完全導体である。エ
ッジ５１の座標系として原点を５０、ｙ軸を５２、ｚ軸
を５３のように設定する。このエッジ５１に対してｚ軸
５３を光軸に持つように収束光３５を投光すると、この
収束光３５はある散乱分布特性をもって散乱する。この
散乱分布特性を図２の原点５０に対して波長の１，００
０倍程度離れたファーフィールド領域で測定する。入射
光の条件としては、波長λが０．６３２８μｍ、ビーム
スポット直径が１．２μｍで、焦点面がｙ軸５２上にあ
るようなガウスビームを収束光３５として用い、エッジ
５１の高さ５５をλ／８ずつ変化させた場合の散乱分布
特性を図３、図４に示す。
【００２９】まず図３、図４の散乱分布特性を説明する
前に本発明に係る散乱分布特性の基本的な評価方法につ
いて以下に述べる。
【００３０】今、対象物上の微細なエッジ構造を有する
微小領域に、光を照射した場合に生じる散乱分布特性が
図２２に示すようであったとする。同図において半径方
向軸１０１は散乱光の強度を示し、円周方向軸１０２は
散乱角度を示す。散乱分布特性には一般に散乱光強度の
極値が存在する。それは図２２を例にとると極値１０
３，１０４，１０５，１０６，１０７といった形で生じ
る。そして散乱分布特性は光の照射されている微小領域
の構造情報を含んでおり、散乱分布特性の極値の数、及
び位置、及び強度は、エッジ５１の高さ、エッジ５１の
傾き等のエッジの微細構造を反映しているので、照明光
条件が同一であれば微細構造によって一意に決まるもの
である。散乱分布特性から微細構造を評価する方法とし
ては、 （２−１）対象物の微小領域に照射される照明光の条件
と検出された散乱分布特性の極値の数、位置及び強度か
ら、予め計算された対応表を参照するか、または予め求
められた関係式を用いて分析を行ないながら照射光で対
象物を走査していくことにより微細構造を評価する方
法。
【００３１】（２−２）対象物の微小領域に照射される
照明光と該対象物とを相対的に走査して、散乱分布特性
を検出し、その極値の数、位置及び強度の変化を解折す
ることにより、微細構造を評価する方法。が挙げられ
る。
【００３２】次に本実施例で得られた図３、図４の散乱
分布特性について説明する。
【００３３】図３、図４の半径方向軸１０１は散乱光の
強度を表す。単位はデシベルであり、０［ｄＢ］は境界
面５１が完全導体平面であるときの散乱強度の最大値を
示す。図３、図４の半円周方向軸１０２は散乱角度を示
しており、その方向は図２のｙ軸５２から反時計回りを
正方向とする。そして半円の中心が図２の原点５０と一
致している。
【００３４】図３、図４のエッジの高さ順に散乱分布特
性を見ると、散乱分布特性の極大値や極小値の位置や個
数が、エッジの高さ（ｈ）５５の微小な変化に対して、
大きく変化しているのが分かる。一例として図３（Ａ）
〜図３（Ｄ）そして図４（Ａ）〜図４（Ｄ）までの極小
値の位置と、エッジの高さとの関係を図５に示す。図５
の横軸４０３はエッジの高さを示し、縦軸４０４は極小
値の位置（散乱角度）を示している。図５の白丸４０１
は、図３、図４の極小値３０１，３０２，３０３，３０
４，３０５，３０６，３０７，３０８の角度を示してお
り、黒丸４０２は図３、図４の極小値３１５，３１６，
３１７，３１８の角度を示している。
【００３５】図３、図４に示したような散乱分布特性は
エッジの形状や入射条件（波長、光軸位置、入射角、焦
点面位置、ビームスポット径等）によって異なってくる
が、散乱分布特性の極値の位置や数、極値の強度やその
変化等が、微細構造の情報を含んでいることがわかる。
【００３６】そこで本実施例では図５の関係を用いて予
め対応表を作成するか、又、エッジの高さと極小値の位
置との関係式を作成して、信号処理系により散乱分布特
性の極小値の位置及び数を解析することにより対象物上
の微細なエッジの高さを求めている。これを対象物を移
動させて所定領域について行ない、この間の散乱分布特
性の変化から領域全体の微細構造を測定できる。
【００３７】図６は、本発明の実施例２の要部概略図で
ある。本実施例では微細構造のエッジ部を検出するエッ
ジ評価装置に応用した場合を示している。
【００３８】同図において１は光源手段、２は微細構造
を持った対象物、３′は照明光学系であり光源手段１か
らの光を収束させて対象物２の微小領域２１を照明して
いる。照明光学系３′は、光源手段１側にレンズ系３１
ａ及びフィルタ系３２ａを有し対象物２側にレンズ系３
１ｂ及びフィルタ系３２ｂを有し、フィルタ系３２とレ
ンズ系３１ｂとの間に対象物２からの散乱光を検出系
４′に導入するためのビームスプリッタ３３とを有して
いる。検出系４′は対象物２の微細構造により散乱する
散乱光４１の散乱分布特性を検出するためのフィルタ系
４２と一次元ＣＣＤや二次元ＣＣＤ等の光電検知器４３
を有している。５は信号処理系であり検出系４′で検出
された散乱分布特性の信号から対象物２の微細構造を解
析している。６は走査系であり収束光３５と対象物２と
を相対的に走査している。７は計算機であり信号処理系
５により処理されたデータを演算処理し、対象物２の微
細構造の外形状を求めている。
【００３９】本実施例において、光源手段１の種類とし
ては実施例１と同様半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、
Ａｒレーザ等のコヒーレント光束を放射する光源や、発
光ダイオード、ハロゲンランプ等のインコヒーレント光
束を放射する光源等が使用可能であり、微細構造評価に
適するものをその都度選定している。
【００４０】本実施例では、まず光源手段１から放射さ
れる光１１を照明光学系３′で微細なエッジ構造を持つ
対象物２上の微小領域２１に収束させる。対象物２に収
束された収束光は微小領域２１内のエッジ構造に依存す
る散乱分布特性をもって散乱する。このときの散乱光４
１は対象物２側のフィルタ系３２ｂとレンズ系３１ｂを
介してビームスプリッタ３３にて反射し散乱光４１ａと
して分離され検出系４に導入される。散乱光４１ａが平
行光である場合は、微小領域２１と検出系４′の検出面
とは互いにフーリエ変換の関係にある。検出系４′に導
入された散乱光４１ａは検出系４′の光電検知器４３に
よりその散乱分布特性が光電変換されて検出される。検
出された散乱分布特性は信号処理系５により解析され
る。解析された結果は、さらに計算機７により処理さ
れ、エッジ形状等の外形状の評価が行なわれる。このと
き走査系６により対象物２と収束光３５とを相対的に走
査することにより対象物２のエッジ部分に対して照射さ
れる微小領域２１の位置が変わり、それによって散乱分
布特性が変化するので、それを順次信号処理系５及び計
算機７で解析処理する。
【００４１】次に本実施例における信号処理の方法につ
いて述べる。図７、図８は本実施例における散乱分布特
性の解析方法の考え方を表す説明図である。
【００４２】図７は図２と同様に対象物２の微細なエッ
ジの断面を示している。このエッジ５１の高さは０．２
μｍである。収束光の条件として、波長０．６３２８μ
ｍ、ビームスポット直径１．２μｍのガウスビームと
し、ビームウエストの位置をｙ軸上にとる。このような
エッジに対して走査系により上述の収束光で走査する。
このときの走査系の光軸が図７のａ，ｂ，ｃ，の位置に
あるときの散乱分布特性はそれぞれ図８（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）のようになる。各図において散乱分布特
性の極小値６０１，６０２，６０３に対して次のことが
分かる。
【００４３】（３−１）極小値の位置（散乱角度）は、
収束光の走査（光軸のｙ軸方向の位置）によって変化せ
ずにエッジの高さのみに依存する。これより、入射光条
件が決まれば、散乱分布特性の極小値の位置から、エッ
ジの高さを求めることができる。
【００４４】（３−２）極小値の強度はエッジに対する
走査系の光軸の位置によって変化し、エッジの近傍で最
小値をとる。最小値をとる位置は、エッジの傾斜角およ
び高さによって異なる。
【００４５】（３−３）走査系の光軸の移動量に対する
極小値の強度の変化量は、エッジの傾斜に依存してい
る。
【００４６】以上の特徴から、本実施例では対象物に対
して収束光を走査して、その散乱分布特性の極値の変化
に関する情報を解析することにより、微細なエッジを評
価している。即ちエッジの位置を検出している。
【００４７】次に対象物を収束光で走査した時の散乱分
布の極小値の強度変化の様子を図９、図１０に示す。
【００４８】図９、図１０における横軸７１は収束光の
光軸の位置を示している。また縦軸７２は散乱分布特性
の極小値の強度をデシベル単位で示している。また、各
図において下に示された図は、対応する対象物のエッジ
形状を示す。図９（Ａ）と図９（Ｂ）とを比較するとエ
ッジの傾斜角が異なるため両図において、強度が最小と
なる位置７３ａ，７３ｂや、強度の変化の様子が異なっ
ていることが分かる。図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）にお
いても同様である。また、エッジの高さが変わると同じ
傾斜角のエッジでも極小値強度が最小となる位置７３
ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄが変化することが分かる。
本実施例ではこの性質を使うことにより極値の強度変化
からエッジの傾斜を知り，また最小値の位置からエッジ
の位置をも検出している。
【００４９】本実施例におけるエッジ評価の方法につい
て、図１１でさらに詳しく述べる。図１１（Ａ）は微細
構造を持つ対象物上のエッジ部分５１の断面図である。
このエッジ５１は便宜上紙面に垂直な方向に一様とす
る。原点８８は本装置の走査系６の基準点である。ｙ軸
８２上の点はエッジ５１に対する収束光の光軸の位置を
示している。ｚ軸８３はエッジの高さ方向を示す。この
ようなエッジ５１に対して、ｙ軸８２方向に収束光を走
査すると、エッジ部分に収束光が照射される時には、図
８で示したように散乱分布特性は光軸の位置により変化
する。収束光の走査により散乱分布特性に極小値が生じ
ると、その位置（散乱角度）はエッジの高さに依存して
いるので、本実施例では予め作成しておいた対応表や、
予め作成しておいたエッジの高さと極小値の位置との関
係式を用いることによりエッジの高さを求めている。
【００５０】また、図１１（Ｂ）は検出される極小値の
強度が走査によって変化する様子を示している。ここで
縦軸８４は散乱分布特性の極値の強度を示す。また、図
１１（Ｃ）は極小値の強度の微分値を示したものであ
る。同図において縦軸８５は極小値の強度の微分値を示
す。図１１（Ｂ）において散乱分布特性の極小値の強度
が最小になる位置８６は、図９、図１０で示したように
エッジ５１の傾斜角や、高さによって異なる。そして極
小値の強度変化の割合（微分値）はエッジ５１の傾斜角
に依存しており、傾斜角が９０度に近いほど変化が大き
い。
【００５１】そこで本実施例では、例えば図１１（Ｃ）
のように極小値強度の微分値を求めて、幅８７の大きさ
を求めることにより、予め作成しておいた対応表を用い
て、エッジの傾斜角を求めている。また、エッジの高さ
は、上述のように極小値の位置から分かるので、以上の
解析によりエッジの形状を評価している。
【００５２】図１２、図１３は上述の処理の流れのフロ
ーチャートである。
【００５３】以上の説明では、対象物２で生じる散乱光
の予め決めた断面に関する一次元的な空間分布の特性を
示したが、一つの断面に関する空間分布だけでなく複数
の相異なる断面に関する空間分布の特性を検出したり、
空間の予め決めた範囲に３次元的に広がる散乱光の空間
分布を全て検出したりして、対象物２の微細構造の３次
元的な評価を行うようにしてもいい。
【００５４】又、本実施例では、対象物２を動かして、
光で対象物２を走査していたが、光学系に対象物２側が
テレセントリックな走査系を使用し、ガルバノミラー、
ポリゴンミラー或いは回動する平行平板等のスキャナー
により光を連続的に偏向し、対象物２を垂直入射光で走
査してもいい。
【００５５】又、本実施例の装置は、対象物に形成され
たパターンの構造の検出だけでなく、後述する様に対象
物上に存在する傷やゴミ等の異物を検出するのにも、使
用できる。例えば、半導体素子の製造工程においては、
回路パターンが形成されたレチクルやマスクに付着した
異物の存在が問題になるので、この異物を検出する装置
が使用されるが、本実施例の装置の検出の対象物２を回
路パターンが形成されたレチクルやマスクにし、異物の
検出を行うことが可能に成る。この場合、装置に上述し
た波長フィルターの他に、レチクルやマスクの回路パタ
ーンからの回折光を光電検知器４３に対して遮光する遮
光フィルターを設けて、異物による散乱光を遮光フィル
ターを介して選択的に光電検知器４３で受光するように
するといい。
【００５６】図１４は本発明の図６に示す微細構造評価
装置を用いて２つの対象物の位置決めを行った実施例３
の位置合わせを行う際の２つの対象物のエッジ断面を表
す説明図である。
【００５７】図１４において２０１は位置を合わせる基
準となる一方の対象物のエッジ断面であり、２０２は基
準対象物２０１に対して位置を合わせようとする他方の
対象物のエッジ断面である。また図１４のｙ軸２００は
本実施例の微細構造評価装置における対象物への収束光
３５の走査方向を示しており、原点８８は本装置の走査
系６の基準点である。
【００５８】位置合わせの手順としては、最初に基準対
象物２０１のエッジ位置２０３の位置を収束光の走査に
より検出し、図６の計算機７によりこの位置を記憶す
る。次に対象物２０２に交換し、エッジ位置２０４の位
置の検出を行なって、先程位置決めした基準対象物２０
１のエッジ位置２０３に一致するように対象物２０２を
移動させる。これにより双方の位置決めを行なう、即ち
対象物２０２の位置を先程の対象物２０１の位置に一致
させる。
【００５９】次に位置合わせの原理をしめす。収束光走
査により基準対象物２０１のエッジ位置２０３を検出
し、この位置を計算機７にて記憶する。次に対象物２０
２に替えてエッジ位置２０４を同様に検出し、計算機７
にて双方のエッジ位置２０３，２０４間の距離２０５を
求める。そして、この距離２０５に相当する距離だけ駆
動手段を有する走査系６によって対象物２０２の位置を
移動させることにより基準対象物２０１と対象物２０２
の位置合わせを行なう。
【００６０】次に図１５を用いて位置合わせのためのエ
ッジ位置の検出の方法について述べる。図１５（Ａ）は
微細構造を持つ対象物上のエッジ部分の断面図であり、
図１４の対象物２０１，２０２と同様である。このエッ
ジ５１は紙面に垂直な方向に一様とする。ｙ軸８２はエ
ッジ５１に対する収束光の光軸の位置を示している。ｚ
軸８３はエッジの高さ方向を示す。このようなエッジ５
１に対して、ｙ軸８２方向に収束光３５を走査すると、
エッジ５１に収束光が照射される時には、図７、図８で
示したように散乱分布特性は光軸の位置により変化す
る。収束光の走査により散乱分布特性に極小値が生じる
と、その位置（散乱角度）はエッジの高さに依存してい
るので、本実施例では予め作成しておいた対応表や、予
め作成しておいたエッジの高さと極小値の位置との関係
式を用いることによりエッジの高さを求めている。
【００６１】図１５（Ｂ）はその検出される極小値の強
度が走査によって変化する様子を示している。ここで縦
軸８４は散乱分布特性の極値の強度を示す。図１５
（Ｃ）は極小値の強度の微分値を示している。ここで縦
軸８５は極小値の強度の微分を示す。
【００６２】図１５（Ｂ）において散乱分布特性の極小
値の強度が最小になる位置２１２は、図９、図１０で示
したようにエッジ５１の傾斜角や、高さに依存してい
る。そのために、位置２１２は一般にエッジ５１の端点
２１１とは一致しない。しかし上述のようにエッジ５１
の高さは求めることが可能である。
【００６３】そこで本実施例では以下の方法によってエ
ッジ５１の傾斜角を求めて、これにより距離２１３を求
めている。すなわち極小値の強度変化の割合（微分値）
はエッジ５１の傾斜角に依存しており、傾斜角が９０度
に近いほど変化が大きい。そこで、本実施例では例えば
図１５（Ｃ）のように極小値強度の微分値を求めて、幅
８７の大きさを求めることにより、予め作成しておいた
対応表や関係式を用いて、エッジの傾斜角を求めてい
る。エッジ５１の傾斜角及び高さを知り、予め作成して
おいた対応表や、関係式から位置２１２を求めている。
位置２１２が分かれば、エッジ５１の高さと傾斜角が分
かっているのでこれよりエッジ５１の端点２１１の位置
及び距離２１３を決めている。
【００６４】以上の操作を基準対象物２０１と対象物２
０２について行ない、基準対象物２０１で定めたエッジ
位置２０３に対象物２０２のエッジ位置２０４がくるよ
うに図６の走査系６によって対象物２０２を移動するこ
とにより、位置決め操作を行なっている。
【００６５】図１６、図１７は上述の処理の流れのフロ
ーチャートである。ただし収束光照射プロセス１００１
から端点２１１検出プロセス１００２までを操作（Ａ）
とする。
【００６６】図１８は本発明の図６に示す微細構造評価
装置を用いて対象物上のパターンの線幅を測定する実施
例４の測定するパターン線の断面を表す説明図である。
【００６７】図１８において５０１はパターン幅を測定
しようとしているパターン線の垂直断面である。原点８
８は本装置の走査系６の基準点であり、ｙ軸８２は本装
置の対象物への収束光３５の走査方向を示す。またｚ軸
８３はパターン線５０１の高さ方向を示す。パターン線
５０１において５０２，５０５はパターン線５０１の下
端点を示し、５０３，５０４はパターン線５０１の上端
点を示す。
【００６８】今、パターン線幅として端点５０２と端点
５０５との間の距離５１０を測定するとする。パターン
線幅測定の原理としては、まず、収束光走査によりパタ
ーン線５０１の下端点５０２を検出し、この位置を計算
機７にて記憶する。次に、同様の走査によりパターン線
５０１の下端点５０５を検出し、この位置を計算機７に
て記憶する。下端点５０２と下端点５０５の位置を求め
ることによりパターン線幅５１０を計算機７にて計算し
ている。
【００６９】次に図１９を用いてそのパターン線幅測定
のための各端点の位置検出の方法について述べる。図１
９（Ａ）は対象物上の微細なパターン線５０１の断面図
である。このパターン線５０１は紙面に垂直な方向に一
様とする。ｙ軸８２はエッジ５１に対する収束光の光軸
の位置を示している。ｚ軸８３はパターン線５０１の高
さ方向を示す。このようなパターン線５０１に対して、
ｙ軸８２方向に収束光３５を走査すると、エッジ部分に
収束光が照射される時には、図８で示したように散乱分
布特性は光軸の位置により変化する。収束光の走査によ
り散乱分布特性に極小値が生じると、その位置（散乱角
度）はパターン線の高さ５０６に依存しているので、本
実施例では予め作成しておいた対応表や、予め作成して
おいた高さと極小値の位置との関係式を用いることによ
りパターン線の高さ５０６を求めている。
【００７０】図１９（Ｂ）は検出される極小値の強度が
走査によって変化する様子を示している。ここで縦軸８
４は散乱分布特性の極値の強度を示す。図１９（Ｃ）は
極小値の強度の微分値を示している。ここで縦軸８５は
極小値の強度の微分を示す。図１９（Ｂ）において散乱
分布特性の極小値の強度の最小値５２０，５３０の位置
５１１，５１２は、図９、図１０で示したのと同様にパ
ターン線５０１のエッジ部分の傾斜角や、高さに依存し
ている。そのために、位置５１１，５１２は一般にエッ
ジの下端点５０２，５０５とは一致しない。しかし上述
のようにパターン線５０１の高さは求めることが可能で
ある。
【００７１】そこで本実施例では以下の方法によってパ
ターン線のエッジ部分の傾斜角も求めて、これより傾斜
角と高さの情報を用いて位置５０２，５０５を求めてい
る。すなわち極小値の強度変化の割合（微分値）はパタ
ーン線５０１のエッジ部分の傾斜角に依存しており、傾
斜角が９０度に近いほど変化が大きい。
【００７２】そこで本実施例では、例えば図１９（Ｃ）
のように極小値強度の微分値を求めて、幅５２１，５３
１の大きさを求めて、これより予め作成しておいた対応
表や関係式を用いて、エッジ部分の傾斜角を求めてい
る。即ちパターン線５０１のエッジ部分の傾斜角及び高
さを求め、これより予め作成しておいた対応表や、関係
式から位置５０２，５０５を決めている。これにより、
パターン線幅に相当する距離５１０を求めている。
【００７３】図２０、図２１に上述の処理の流れをフロ
ーチャートで示す。
【００７４】尚、本実施例では位置５０２，５０５が求
められるのと同様に位置５０３，５０４も求めることが
でき、これよりパターン線５０１の上部の幅５１３も本
装置により同様に求めることが可能である。
【００７５】次にレチクルやウエハ面上に付着した異物
を回路パターン等の微細構造と区別して検出する異物検
査装置について説明する。
【００７６】図２４は本発明の実施例５の異物検査装置
の要部概略図である。基本構成は図６のエッジ評価装置
と略同じである。本実施例の各要素を図６の要素と一部
重複するが順次説明する。
【００７７】同図において１は光源手段、２は微細構造
を持った被検対象物、３′は照明光学系であり光源手段
１からの光を収束させて対象物２の微小領域２１に照明
している。照明光学系３′は光源手段１側にレンズ系３
１ａ及びフィルタ系３２ａを有し、対象物２側にレンズ
系３１ｂ及びフィルタ系３２ｂを有し、フィルタ系３２
とレンズ系３１ｂとの間に対象物２からの散乱光を検出
系４′に導入するためのビームスプリッタ３３とを有し
ている。
【００７８】検出系４′は対象物２の微細構造により散
乱する散乱光４１の散乱分布特性を検出するためのフィ
ルタ系４２と１次元ＣＣＤや２次元ＣＣＤ等の光電検知
器４３を有している。５は信号処理系であり検出系４′
で検出された散乱分布特性の信号から対象物２の微細構
造を解析している。６は走査系であり収束光３５と対象
物２とを相対的に走査している。７は計算機（演算処理
系）であり信号処理系５により処理されたデータを演算
処理し、対象物２上の微小異物の有無を検出している。
【００７９】本実施例において、光源手段１の種類とし
ては図６のエッジ評価装置と同様に半導体レーザ、Ｈｅ
−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等のコヒーレント光束を放射
する光源や、発光ダイオード、ハロゲンランプ等のイン
コヒーレント光束を放射する光源等が使用可能であり、
異物検査に適するものを選定している。
【００８０】本実施例では、まず光源手段１から放射さ
れる光１１を照明光学系３′で微細なエッジ構造を持つ
対象物２上の微小領域２１に収束させる。対象物２に収
束された収束光は微小領域２１内のエッジ構造に依存す
る散乱分布特性をもって散乱する。このときの散乱光４
１は対象物２側のフィルタ系３２ｂとレンズ系３１ｂを
介してビームスプリッタ３３にて反射し散乱光４１ａと
して分離され検出系４′に導入される。照明光学系３′
や検出系４′におけるフィルタとしては、一定割合の光
強度を吸収するＮＤフィルタや、偏光フィルタ、ローパ
スフィルタ等、散乱分布特性の測定に最適なものを選定
する。検出系４′において散乱光４１ａが平行光である
場合は、微小領域２１と検出系４′の検出面とは互いに
フーリエ変換の関係にある。このとき検出系４′では対
象物２の微小領域２１に対して、ファーフィールド領域
の散乱分布特性が測定される。検出系４′に導入された
散乱光４１ａは検出系４′の光電検知器４３によりその
散乱分布特性が光電変換されて検出される。検出された
散乱分布特性は信号処理系５により解析される。解析さ
れた結果は、さらに計算機７により処理され、エッジ構
造による散乱信号と微小異物による散乱信号とを分離す
ることにより微小異物の有無が検査される。
【００８１】このとき走査系６により対象物２と収束光
３５とを相対的に走査することにより対象物２上の微小
領域２１の位置が変わり、それによって散乱分布特性が
変化するので、それを順次信号処理系５及び計算機７で
解析処理して対象物２の検査すべき面全体の異物検査を
行なう。
【００８２】次に対象物２からの散乱分布特性を解析し
て対称物２面上の異物の有無の検査を行なう方法につい
て述べる。
【００８３】図２５は微細なエッジ構造を持つ対象物２
に、照明光学系３′により収束光を投光する場合の座標
系を含むエッジ断面図を示している。対象物の境界面エ
ッジ部分７０３は紙面に垂直な方向（ｘ方向）に一様な
面で完全導体である。エッジ２０３の座標系として原点
を７０４、ｙ軸を７０１、ｚ軸を７０２のように設定す
る。このようなエッジに対して収束光３５を、その光軸
がｚ軸に平行になるように（即ち、対象物２の境界面２
２に対して垂直に）投光すると、この収束光３５はある
散乱分布を持って散乱する。
【００８４】この散乱分布特性を図２５の原点７０４に
対して波長の１，０００倍程度離れたファーフィールド
領域で検出系４′にて測定する。ここでエッジ７０３の
高さは０．１μｍ程度である。又、収束光３５の条件と
して、波長０．６３２８μｍ、ビームスポット直径１．
０μｍのガウスビームとし、ビームウエストの位置をｙ
軸上にとる。このようなエッジに対して走査系により上
述の収束光でＹ軸方向に走査する。このとき収束光の光
軸が図２５のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの位置にあるときに測
定される散乱分布特性はそれぞれ図２６（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）のようになる。
【００８５】図２６は上述したエッジに対して光走査を
行なった場合の散乱分布特性を示す図である。図２６の
横軸８０１は、対象物のエッジ構造により散乱される光
の散乱方向を示しており、図２５の原点７０４を中心と
してｙ軸２０１の正方向から半時計回りを正方向とす
る。又縦軸８０２は、測定される散乱光の強度を示して
いる。単位はデシベルであり、０［ｄＢ］は対象物２の
境界面２２が完全導体平面であるときに収束光を投光し
たときに測定される散乱強度の最大値を示している。図
２６に示した散乱分布特性より以下のことが分かる。
【００８６】（４−１）極小値の位置θｅ（散乱角度）
は、収束光の走査（光軸のｙ軸方向の位置）によって変
化せずに収束光の波長とエッジの高さのみに依存する。
従って収束光の波長と対象物のエッジの高さが予め既知
である場合には、エッジに対する光走査により極小値が
どの位置に生じるかは、予め作成しておいた対応表や、
予め作成しておいたエッジの高さと極小値の位置との関
係式を用いることにより知ることができる。又、逆にエ
ッジに対する光走査において、散乱分布の極小値の位置
からエッジの高さを知ることが可能である。
【００８７】（４−２）対象物のエッジ段差がλ／２以
下の場合、散乱分布特性における極小値は、高さに依存
する位置（散乱角度）θｅに１個だけ生じる。
【００８８】（４−３）極小値の強度はエッジに対する
光軸の位置によって変化し、エッジの近傍で最小値をと
る。
【００８９】本実施例においては、このようにエッジに
対する収束光走査によって得られる散乱分布特性の極小
値の位置が、投光する収束光の条件が決まっていれば、
エッジ段差によって決ることを利用して、この極小値の
変化からゴミからの散乱信号を分離することを特徴とし
ている。
【００９０】次に対象物表面上にゴミが付着していると
きに、散乱分布特性がどのようになるかを説明する。
【００９１】図２７は球形のゴミが表面に付着している
対象物２に、照明光学系３により収束光を投光する場合
の座標系を含む断面図を示している。ここでゴミ９０１
は直径０．３μｍの球形である。又対象物の境界面９０
３は紙面に垂直な方向（ｘ方向）に一様な面である。座
標系として原点を原点を７０４、ｙ軸を７０１、ｚ軸を
７０２のように設定する。
【００９２】この散乱分布特性を図２７の原点７０４に
対して波長の１，０００倍程度離れたファーフィールド
領域で測定する。投光する収束光３５の条件は、図２５
で述べたのと同様に波長０．６３２８μｍ、ビームスポ
ット直径１．０μｍのガウスビームとし、ビームウエス
トの位置をｙ軸上にとる。このようなゴミ９０１に対し
て走査系により上述の収束光でＹ軸方向に走査する。こ
のとき収束光の光軸が図２７のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの位
置にあるときに測定される散乱分布特性はそれぞれ図２
８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）のようにな
る。
【００９３】図２８は図２７で示したゴミに対する散乱
分布特性を示している。図の横軸８０１や、縦軸８０２
は図２６と同様である。この図２８より以下のことが分
かる。
【００９４】（５−１）エッジに対する光走査により測
定される散乱分布特性と異なり、上述した収束光条件で
はゴミに対する散乱分布特性において極小値が２個生じ
る。 （５−２）極小値の生じる位置θｇはエッジを光走査し
たときの極小値の位置θｅと異なる。
【００９５】このことと図２６で述べたことから、対象
物２の表面を光走査して得られる散乱分布特性におい
て、極小値の数が２個であったり、予め計算されている
極小値の位置θｅと異なる位置に極小値が存在している
場合に、対象物２の表面の収束光によって照射されてい
る微小領域内にエッジ構造でないもの、或は微小異物が
存在していると判定することが可能である。
【００９６】次に対象物２のエッジ近傍にゴミが付着し
ている場合について述べる。
【００９７】図２９はエッジ近傍（エッジから０．３μ
ｍ離れた位置）に球形のゴミが付着している場合のモデ
ルである。エッジは図２５で示したのと同様であり、ゴ
ミは図２７で示したものと同様である。球形のゴミ９０
１と対象物２の境界面２２との接点を原点７０４とし、
ｙ軸を７０１、ｚ軸を７０２のように設定する。
【００９８】この散乱分布特性を図２７の原点７０４に
対して波長の１，０００倍程度離れたファーフィールド
領域で測定する。投光する収束光３５の条件は、図２５
で述べたのと同様に波長０．６３２８μｍ、ビームスポ
ット直径１．０μｍのガウスビームとし、ビームウエス
トの位置をｙ軸上にとる。このような近傍にゴミが付着
したエッジに対して走査系により上述の収束光でＹ軸方
向に走査する。このとき収束光の光軸が図２９のａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの位置にあるときに測定さ
れる散乱分布特性はそれぞれ図３０（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）のよ
うになる。
【００９９】図３０はゴミが付着したエッジに対する散
乱分布特性を示している。図３０から以下のことが分か
る。
【０１００】（６−１）０．１μｍ程度の高さのエッジ
に対する光走査では、散乱分布特性に極小値が１個だけ
生じるが、このようなエッジの近傍に０．３μｍ程度の
ゴミが付着している場合は、極小値が２個生じる。
【０１０１】（６−２）極小値の位置θｅｇは、一般的
に図２６のθｅや図２８のθｇとは異なる。
【０１０２】以上のことから、対象物の微細なエッジに
対して光走査を行ない、散乱光の散乱分布特性を測定
し、その極小値の数や位置を解析することによって、 （イ）極小値が２個あるなら異物が存在する （ロ）極小値の位置がθｅと異なるなら、異物が存在す
る と判定している。本実施例ではこれによって対象物上に
付着する異物を検出している。
【０１０３】例えば、回路パターンが形成されたレチク
ルやマスクに付着した異物を検出する場合、照明光学系
によって１．０μｍ程度のスポット径に絞った収束光
で、その表面を光走査し、散乱分布特性の極小値の位置
や数を信号処理系と計算機により解析して、収束光の照
射されている微小領域内の構造が、エッジ構造なのかゴ
ミなのかを判別し、これにより異物の検出を行ってい
る。
【０１０４】又、回路パターンが形成されたレチクルや
マスクに付着した異物を検出する場合、その回路パター
ンを予め計算機に記憶させておく。そして対象物を光走
査するときに、位置決め等により対象物のどの部分を走
査しているのかを知り、予め計算される散乱分布特性の
極小値の位置や数と、実際に測定される極小値の位置や
数とを比較することによって、異物を発見している。
【０１０５】以上の説明では、対処物２で生じる散乱光
の予め決めた断面に関する１次元的な空間分布特性を示
したが、３次元的に広がる空間分布特性を検出して、対
象物２に付着するゴミの３次元的な検出を行なうことも
可能である。
【０１０６】図３１は、本発明の実施例６の微細構造評
価装置の要部概略図である。同図において１は光源手
段、２は微細パターン線等の微細構造を持った対象物、
３″は照明光学系であり、光源手段１からの光を収束さ
せて収束光３５として対象物２の微小領域２１を照明し
ている。
【０１０７】照明光学系３″は、光源手段１側にレンズ
系３１ａ、フィルタ系３２ａ、対象物２の微小領域２１
への照射光束のスポット径を可変とするスポット径可変
部３４、そしてフィルタ系３４ａとを有し、対象物２側
にレンズ系３１ｂ及びフィルタ系３２ｂを有している。
そしてフィルタ系３４ａとレンズ系３１ｂとの間に対象
物２からの散乱光を検出系４″に導入するためのビーム
スプリッタ３３を有している。
【０１０８】検出系４″は対象物２の微細構造により散
乱する散乱光４１の散乱分布特性を検出するためのフィ
ルタ系４２と一次元ＣＣＤや二次元ＣＣＤ等の光電検知
器４３を有している。５は信号処理系であり、検出系
４″で検出された散乱分布特性の信号から対象物２の微
細構造を解折している。６は走査系であり、収束光３５
と対象物２とを相対的に走査したり、収束光３５の光軸
と対象物２上の微細パターン線の中心とを一致させたり
している。７は計算機であり、信号処理系５により処理
されたデータを演算処理し、対象物２の微細構造の外形
状例えばパターン線の幅や高さ情報等を求めている。
【０１０９】本実施例において、光源手段１の種類とし
ては半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等の
コヒーレント光束を放射する光源や、発光ダイオード、
ハロゲンランプ等のインコヒーレント光束を放射する光
源等が使用可能であり、微細構造評価に適するものをそ
の都度選定している。
【０１１０】本実施例では、まず光源手段１から放射さ
れる光１１を照明光学系３″で微細なパターン線構造を
持つ対象物２上の微小領域２１に収束させる。測定対象
となるパターン線の幅は、通常の照明光学系で収束させ
得るスポット径以下（＝波長以下）のサイズであるか
ら、収束光３５はそのパターン線を包含するように照射
される。対象物２に収束された収束光３５は微小領域２
１のパターン線構造及び、収束光の光軸の位置やスポッ
ト径に依存する散乱分布特性をもって散乱する。このと
きの散乱光４１は、対象物２側のフィルタ系３２ｂとレ
ンズ系３１ｂを介してビームスプリッタ３３にて反射
し、散乱光４１ａとして分離され検出系４″に導入され
る。
【０１１１】照明光学系３″や検出系４″におけるフィ
ルタとしては、一定割合の光強度を吸収するＮＤフィル
タや、偏光フィルタ、ローパスフィルタ等、散乱分布特
性の測定に最適なものを選定する。
【０１１２】検出系４″において散乱光４１ａが平行光
である場合は、微小領域２１と検出系４″の検出面とは
互いにフーリエ変換の関係にある。このとき検出系４″
では対象物２の微小領域２１に対して、ファーフィール
ド領域の散乱分布特性が測定される。検出系４″に導入
された散乱光４１ａは検出系４″の光電検知器４３によ
りその散乱分布特性が光電変換されて検出される。検出
された散乱分布特性は信号処理系５により信号抽出さ
れ、その極値の位置や数の情報が計算機７により解折さ
れる。解折された散乱分布特性に非対称性が存在する場
合、収束光３５の光軸がパターン線の中心に一致してい
ないので、このときは走査系６により収束光３５の光軸
とパターン線の位置を相対的に移動させて、散乱分布特
性に非対称性がなくなるようにフィードバックをかけな
がら収束光３５の位置をパターン線の中心に合わせる。
【０１１３】対象物２を照射する収束光３５の光軸と、
測定するパターン線の中心が合致すると、検出される散
乱分布特性は対称性を持つようになる。この状態で光軸
を固定し、計算機７の指令により収束光３５のスポット
径をスポット径可変部３４を用いて適当に設定して散乱
分布特性を検出し、後述する方法により計算機７で解折
してパターン線の高さを求める。その後続いて収束光３
５のスポット径をスポット径可変部３４にて変化させる
（以下これをスポット径走査と称する）。
【０１１４】スポット径可変部３４により収束光３５の
スポット径を変化させる方法としては、例えば絞りを光
束中に挿脱可能に設置してこれを光束中にいれることに
よりレンズ系３１ｂの見かけ上の開口数を変化させた
り、倍率可変のビームエクスパンダを用いてレンズ系３
１ｂに入射されるビーム径を変化させたりするといった
ものが適用可能である。そして収束光３５のスポット径
を変化させるたびに、検出系４″により散乱分布特性を
測定し、その極値の位置や数がスポット径に対してどの
ように変化するかを信号処理系５によりＳ／Ｎよく信号
抽出し、計算機７にて解折することにより、スポット径
以下のサイズのパターン線の幅を測定している。
【０１１５】まず本実施例において、最初にパターン線
に収束光を照射して散乱分布特性を検出する基本的な例
を示す。図３２は収束光３５のスポット径以下のサイズ
のパターンを持つ対象物２に、収束光３５を投光する場
合の座標系を示している。対象物２の境界面１０５１
は、紙面に垂直な方向（ｘ方向）に一様な面で完全導体
である。１０５４は対象物２に設けたパターン線の断面
を示しており、線幅がａ（μｍ）、高さがｈ（μｍ）で
あるとする。また、収束光３５のスポット径を図のｗ
（μｍ）とする。
【０１１６】従って以下ではスポット径とはスポットの
直径のことを示している。同図においてエッジの座標系
として原点を５０、ｙ軸を５２、ｚ軸を５３のように設
定する。このパターン線１０５４に対してｚ軸５３を光
軸に持つように収束光３５を照射すると、この光はある
散乱分布特性をもった散乱光４１として散乱する。この
散乱分布特性を図２の原点５０に対して波長の 1,000倍
程度離れたファーフィールド領域で検出系４″にて測定
する。このような場合に検出される散乱分布特性の例を
図３３に示す。
【０１１７】この図３３に示す散乱分布特性は、パター
ン線１０５４として、 幅 ａ：０．２μｍ 高さｈ：０．３μｍ を対象としており、入射光の条件として、 波長λ：０．６３２８μｍ ビームスポット直径ｗ：
１．６μｍ で、焦点面がｙ軸５２上にあるようなガウスビームを収
束光として用いた場合に得られるものである。
【０１１８】次に図３３の座標系について説明する。図
３３の横軸３０１は、対象物２上のパターン線１０５４
により散乱される光の散乱方向を示しており、図３２の
原点５０を中心としてｙ軸５２の正方向から反時計回り
を正方向とする。また縦軸３０２は、測定される散乱光
４１の強度を示している。単位はデシベルであり、０
［ｄＢ］は対象物２の境界面１０５１が完全導体平面で
あるときに収束光３５を照射したときに測定される散乱
強度の最大値を示している。
【０１１９】図３３に示した散乱分布特性より以下のこ
とが分かる。
【０１２０】（イ−１）１３１１，１３１２，１３１３
のような極大値が存在する。
【０１２１】（イ−２）１３２１，１３２２のような極
小値が存在する。
【０１２２】（イ−３）収束光３５の光軸がパターン線
１０５４の中心（ｚ軸）に一致している場合は、散乱分
布特性は散乱角度９０（ｄｅｇ）に対して対称形であ
る。
【０１２３】収束光３５の光軸の位置がパターン線１０
５４の中心からずれている場合は、検出される散乱分布
特性に非対称性が生じる。
【０１２４】次にこの非対象性を利用して、収束光３５
の光軸とパターン線１０５４の中心とを一致させる方法
について述べる。
【０１２５】図３４は図３２で述べたのと同様なパター
ン線１０５４に対して、収束光３５の光軸がパターン線
１０５４の中心からずれた場合のモデルを示している。
図３２の場合と同様にパターン線として、 幅 ａ：０．２μｍ 高さｈ：０．３μｍ とし、入射光の条件として、 波長λ：０．６３２８μｍ ビームスポット直径ｗ：
１．６μｍ で、焦点面がｙ軸５２上にあるようなガウスビームを収
束光として用いる。今、収束光３５の光軸の位置が、図
の３５ａ，３５ｂ，３５ｃのように、パターン線１０５
４の中心と光軸との相対距離がそれぞれ０．２μｍ、
０．１μｍ、０μｍである場合に検出系４で検出される
散乱分布特性はそれぞれ図３５（Ａ），図３５（Ｂ），
図３５（Ｃ）のようになる。
【０１２６】次に図３５の座標系について説明する。図
３５の横軸１３０１は、対象物２上のパターン線１０５
４により散乱される光の散乱方向を示しており、図３２
の原点５０を中心としてｙ軸５２の正方向から反時計回
りを正方向とする。また縦軸１３０２は、測定される散
乱光の強度を示している。単位はデシベルであり、０
［ｄＢ］は対象物２の境界面１０５１が完全導体平面で
あるときに収束光３５を照射したときに測定される散乱
強度の最大値を示している。
【０１２７】図３５（Ａ），図３５（Ｂ）より、収束光
３５の光軸が図３４のｙ軸５２の負の位置にある場合、
散乱分布特性は散乱角度９０（ｄｅｇ）に対して非対象
であることが分かる。一方図３５（Ｃ）より、収束光３
５の光軸がパターン線５４の中心に合致した場合、散乱
分布特性は散乱角度９０（ｄｅｇ）に対して対象である
ことがわかる。
【０１２８】従って、例えば散乱角度で０（ｄｅｇ）か
ら９０（ｄｅｇ）の間にある極小値の方が強度が小さい
場合は、走査系６によって収束光３５の光軸をｙ軸５２
の正方向に移動させればパターン線１０５４の中心に一
致させることが可能である。逆に散乱角度で９０（ｄｅ
ｇ）から１８０（ｄｅｇ）の間にある極小値の強度が小
さい場合は、走査系６によって収束光３５の光軸をｙ軸
５２の負方向に移動させれば良いことがわかる。
【０１２９】以上のことから、検出系４″で検出された
散乱分布特性から信号処理系５にて極小値の情報を抽出
して、計算機７により解折すれば、走査系６に情報をフ
ィードバックして収束光３５の光軸をパターン線１０５
４の中心に移動させることが可能である。
【０１３０】収束光３５の光軸とパターン線１０５４の
中心との位置合わせが終わったら、光軸を固定した状態
で、スポット径可変部３４により、収束光３５のスポッ
ト径ｗを適当に選定した値に設定し、パターン線１０５
４からの散乱分布特性を検出する。そして、得られた分
布の極小値の位置や数を解折することによって、パター
ン線１０５４の高さｈを求める。
【０１３１】図３６にパターン線１０５４の高さｈによ
って検出される散乱分布特性が変化する様子を示す。パ
ターン線１０５４の幅をａ：０．３μｍとし、入射光の
条件として 波長λ：０．６３２８μｍ ビームスポット直径
ｗ：１．６μｍ で、焦点面がｙ軸５２上にあるようなガウスビームを収
束光として用いている。
【０１３２】図３６において、横軸１３０１及び縦軸１
３０２は図３３で説明したものと同様である。また、図
３６の曲線２０ａ，２０ｂ，‥‥２０ｆはそれぞれパタ
ーン線１０５４の高さｈが０．１μｍから０．６μｍま
で０．１μｍずつ異なった場合の散乱分布特性をの曲線
を示している。この図は散乱角度９０（ｄｅｇ）に対し
て対称形であるので、０（ｄｅｇ）〜９０（ｄｅｇ）の
範囲で説明する。
【０１３３】まず、高さｈの微小な変化に対して、散乱
分布特性は大きく変化することが分かる。また、パター
ン線の高さｈがλ／２（〜０．３μｍ）を越えると曲線
２０ｄ，２０ｅ，２０ｆのように、極小値が部分１２５
１の他に部分１２５２にも生じることが分かる。このよ
うな散乱分布特性は収束光の波長λとスポット径ｗが決
まれば、パターン線１０５４の高さｈでほぼその外形が
決まり、パターン線１０５４の幅ａには余り依存しな
い。
【０１３４】従って、例えば計算機７内に参照テーブル
を作成しておいて、得られた散乱分布特性と比較するこ
とで容易に高さｈを得ることが可能である。
【０１３５】次に収束光３５のスポット径ｗをスポット
径可変部３４にて変化させて散乱分布特性を測定する
（スポット径走査）。スポット径の変化によって検出さ
れる散乱分布特性も変化するが、その極値の位置や数の
変化からパターン線１０５４の幅ａ及び高さｈを求める
方法について以下に述べる。
【０１３６】図３２において、幅ａが０．２μｍ、高さ
ｈが０．３μｍのパターン線１０５４に対してスポット
径ｗを０．８μｍ，１．４μｍ，２．２μｍ，３．０μ
ｍと変化させた場合に、散乱分布特性がどのように変化
するかを示したものが図３７である。散乱分布特性１６
０１，１６０２，１６０３，１６０４がスポット径０．
８μｍ，１．４μｍ，２．２μｍ，３．０μｍにそれぞ
れ対応している。図３７より、スポット径ｗが大きくな
るにつれて極小値の位置が散乱角度９０（ｄｅｇ）に近
づき、極小値の強度が次第に大きくなっていることが分
かる。
【０１３７】次にパターン線１０５４の高さｈはそのま
まにしておいて、パターン線１０５４の幅ａのみを０．
３μｍ，０．４μｍと変えた場合の散乱分布特性の変化
の様子をそれぞれ図３８，図３９に示す。
【０１３８】図３７，図３８，図３９を比較すると、ス
ポット径ｗの変化に対して散乱分布特性の外形はあまり
変化しないが、極小値の強度の変化の様子が異なってい
ることが分かる。次にこの変化の様子をグラフにして図
４０，図４１に示す。
【０１３９】図４０は図３７，図３８，図３９の散乱分
布特性の極小値の強度（１６１０，１７１０，１８１
０）がパターン線１０５４を照射する収束光のスポット
径ｗの変化に対して、どのように変化するのかをプロッ
トしたものである。図４０の横軸９１は収束光のスポッ
トの直径を表し、縦軸９２は検出された散乱分布特性の
極小値の強度を表す。図４０より、スポット径ｗ変化さ
せることにより、極小値の強度が変化し、その変化はパ
ターン線１０５４の幅ａによって異なっていることが分
かる。
【０１４０】図４１は図３７，図３８，図３９の散乱分
布特性の極小値の散乱角度（１６１０，１７１０，１８
１０）がパターン線１０５４を照射する収束光のスポッ
ト径ｗの変化に対して、どのように変化するのかをプロ
ットしたものである。図４１の横軸９１は収束光３５の
スポットの直径を表し、縦軸９３は検出された散乱分布
特性の極小値の散乱角度を表す。図４１より、スポット
径ｗを変化させると極小値の散乱角度は変化するが、そ
の変化の様子はパターン線１０５４の幅ａが変わっても
同じである事が分かる。この極小値の散乱角度の変化は
入射光のガウスビームの広がり角θ＝λ／πｗ0 に依存
しているため、これからは幅ａの情報は得られない。
【０１４１】以上、図４０と図４１から、収束光３５の
スポット径ｗの変化に対してパターン線１０５４の幅ａ
の違いが現れるのは図４０に示すように散乱分布の極小
値の強度であるから、計算機によって、スポット径ｗと
極小値との関係を解折する。
【０１４２】図４２は図４０を模式的に示した図であ
る。図４２の横軸９１及び縦軸９２は図４０で示したも
のと同様である。収束光３５をパターン線１０５４の中
心に照射し、そのスポット径ｗを変えた場合、例えばパ
ターン線１０５４の幅がａの場合は、曲線１０１０ａの
様になり、幅がｂの場合は、曲線１０１０ｂの様にな
る。従って、散乱分布特性を検出し、スポット径ｗに対
するその極小値の強度変化を計算機７内で解折してやる
ことにより、例えば、グラフの極小値１１１１の位置を
見つけることでパターン線幅ａを求めることが可能であ
る。
【０１４３】図４３にパターン線１０５４の高さｈを、
又図４４にパターン線１０５４のパターン線幅ａを求め
るフローチャートを示す。
【０１４４】以上の各実施例においては対象物２を動か
して光で対象物２を走査していたが、光学系に対象物２
側がテレセントリックな走査系を使用し、ガルバノミラ
ー、ポリゴンミラー或は平行平面板等のスキャナにより
光を連続的に偏向し、対象物を垂直入射で走査すること
も可能である。
【０１４５】
【発明の効果】本発明によれば前述の如く対象物の微細
なパターン等の微細構造より生じる散乱光や異物からの
散乱光の散乱分布特性を検出し、該散乱分布特性に基づ
く散乱情報信号を処理することにより微細構造のエッ
ジ、高さ、幅等の外形状そして異物からの有無を高分解
能で評価することができる微細構造評価装置及び微細構
造評価法を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 図１の対象物のエッジ部分の説明図
【図３】 エッジから生ずる散乱分布特性の説明図
【図４】 エッジから生ずる散乱分布特性の説明図
【図５】 エッジの高さと散乱分布特性の極小値の位
置との関係を示す説明図
【図６】 本発明の実施例２の要部概略図
【図７】 走査位置とエッジとの関係を示す説明図
【図８】 図７におけるエッジからの散乱分布特性の
説明図
【図９】 エッジの走査位置による極小値の強度変化
を示す説明図
【図１０】 エッジの走査位置による極小値の強度変化
を示す説明図
【図１１】 エッジの断面とエッジ位置検出の説明図
【図１２】 図１１のエッジ位置検出のフローチャート
【図１３】 図１１のエッジ位置検出のフローチャート
【図１４】 本発明の実施例３にかかるエッジの位置決
めの説明図
【図１５】 図１４の位置決めの原理説明図
【図１６】 図１５の位置決めのフローチャート
【図１７】 図１５の位置決めのフローチャート
【図１８】 本発明の実施例４に係るパターン線幅の測
定の説明図
【図１９】 図１８のパターン線幅の測定の原理説明図
【図２０】 図１９のパターン線幅の測定のフローチャ
ート
【図２１】 図１９のパターン線幅の測定のフローチャ
ート
【図２２】 散乱分布特性の説明図
【図２３】 従来の微細構造評価装置の要部概略図
【図２４】 本発明の異物検査装置の要部概略図
【図２５】 対象物のエッジ部分の説明図
【図２６】 エッジを光走査した場合の散乱分布特性の
説明図
【図２７】 対象物の平面上に付着したゴミの部分の説
明図
【図２８】 ゴミを光走査した場合の散乱分布特性の説
明図
【図２９】 対象物のエッジ近傍にゴミが付着した場合
の説明図
【図３０】 ゴミが付着したエッジを光走査した場合の
散乱分布特性の説明図
【図３１】 本発明の実施例５の要部概略図
【図３２】 パターン線に収束光を照射する場合の座
標系を表す図
【図３３】 パターン線による散乱分布特性を表す図
【図３４】 パターン線と収束光の光軸との位置を表
す図
【図３５】 パターン線の中心から収束光がずれてい
る場合の散乱分布特性を表す図
【図３６】 パターン線の高さの違いに対する散乱分
布特性の変化を表す図
【図３７】 スポット径の変化に対する散乱分布特性
の変化を表す図（幅０．２μｍ）
【図３８】 スポット径の変化に対する散乱分布特性
の変化を表す図（幅０．３μｍ）
【図３９】 スポット径の変化に対する散乱分布特性
の変化を表す図（幅０．４μｍ）
【図４０】 スポット径と極小値の強度の関係を表す図
【図４１】 スポット径と極小値の位置の関係を表す図
【図４２】 スポット径と極小値の強度の関係を模式的
に表す図
【図４３】 本発明においてパターン線の高さを求める
フローチャート
【図４４】 本発明においてパターン線の幅を求めるフ
ローチャート
【図４５】 従来の微細構造評価装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段 ２ 対象物 ３ 照明光学系 ４ 検出系 ５ 信号処理系 ６ 走査系 ７ 計算機 ４１ 散乱光 ５１ エッジ部分 ５４ 対象物の面 ３４ スポット径可変部 ３５ 収束光 １０５４ パターン線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01N 21/84 - 21/958 G03F 1/08 H01L 21/027 H01L 21/64 - 21/66

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源手段からの光束を微細構造をもつ対
    象物に入射させる照明光学系と、該対象物の微細構造に
    基づく散乱光の分布を検出する検出系と、該検出系で得
    られた分布の極値の位置、数、強度の少なくとも一つに
    基づき該微細構造を評価する信号処理系と、を有するこ
    とを特徴とする微細構造評価装置。
  2. 【請求項２】 前記信号処理系による評価は前記対象物
    の微細構造の外形を検出することを含むことを特徴とす
    る請求項１の微細構造評価装置。
  3. 【請求項３】 前記信号処理系による評価は前記対象物
    の微細構造の位置情報を検出することを含み、該信号処
    理系からの信号を用いて駆動手段により、該対象物を所
    定位置に駆動させていることを特徴とする請求項１の微
    細構造評価装置。
  4. 【請求項４】 光源手段からの光束を微細構造をもつ対
    象物に導光する照明光学系と、前記光束と前記対象物と
    を相対的に走査する走査系と、該対象物の微細構造に基
    づく散乱光の分布を検出する検出系と、該検出系で得ら
    れた分布の極値の位置、数、強度の少なくとも一つの前
    記走査に伴う変化に基づき該微細構造を評価する信号処
    理系と、を有することを特徴とする微細構造評価装置。
  5. 【請求項５】 前記信号処理系による評価は前記対象物
    の微細構造の外形を検出することを含むことを特徴とす
    る請求項４の微細構造評価装置。
  6. 【請求項６】 前記信号処理系による評価は前記対象物
    の微細構造の位置情報を検出することを含み、前記信号
    処理系からの信号を用いて駆動手段により、該対象物を
    所定位置に駆動させていることを特徴とする請求項４の
    微細構造評価装置。
  7. 【請求項７】 光束を微細構造を持つ対象物に照射し、
    該対象物から生じる散乱光の分布を検出し、該散乱光の
    分布の極値の位置、数、強度の少なくとも一つを用いて
    該微細構造を評価することを特徴とする微細構造評価
    法。
  8. 【請求項８】 光束で微細構造を持つ対象物を走査し、
    該対象物から生じる散乱光の分布を検出し、該散乱光の
    分布の極値の位置、数、強度の少なくとも一つの前記走
    査に伴う変化に基づき該微細構造を評価することを特徴
    とする微細構造評価法。
  9. 【請求項９】 光源と該光源からの光束を対象物上に照
    射する光学系と、該照射領域と該対象物とを相対的に走
    査するための走査系と、該対象物により散乱された光の
    分布を検出する検出系と、該検出された分布の極値の数
    又は位置に基づき対象物上の異物の有無を検出する演算
    処理系と、を有することを特徴とする異物検査装置。
  10. 【請求項１０】 光源手段からの光束を微細構造をもつ
    対象物に入射させ、スポット径可変部により照射光束の
    スポット径を可変とする照明光学系と、該対象物の微細
    構造に基づく散乱光の分布を検出する検出系と、該検出
    系で得られた分布の極値の位置、数、強度の少なくとも
    一つの前記スポット径の変化に伴う変化に基づき該微細
    構造を評価する信号処理系と、を有することを特徴とす
    る微細構造評価装置。
  11. 【請求項１１】 前記微細構造は微細パターン線より成
    り、前記検出系で得られる信号を利用して、走査系によ
    り該微細パターン線への照射光束の位置を調整している
    ことを特徴とする請求項１０の微細構造評価装置。
  12. 【請求項１２】 前記信号処理系による評価は前記微細
    パターン線の幅及び基準面からの高さ情報を検出するこ
    とを含むことを特徴とする請求項１１の微細構造評価装
    置。
  13. 【請求項１３】 照射光束のスポット径を可変とするス
    ポット径可変部を有する照明光学系からスポット径の異
    なる光束を微細構造を持つ対象物に順次照射し、該対象
    物から生じる散乱光の分布を検出し、該散乱光の分布の
    極値の位置、数、強度の少なくとも一つを用いて該微細
    構造を評価することを特徴とする微細構造評価法。
  14. 【請求項１４】 照射光束のスポット径を可変とするス
    ポット径可変部を有する照明光学系からスポット径の異
    なる光束で微細構造を持つ対象物を順次走査し、該対象
    物から生じる散乱光の分布を検出し、該散乱光の分布の
    極値の位置、数、強度の少なくとも一つの前記走査に伴
    う変化に基づき該微細構造を評価することを特徴とする
    微細構造評価法。
  15. 【請求項１５】 前記微細構造は微細パターン線より成
    り、前記評価は該微細パターン線の幅及び基準面からの
    高さを検査することを含むことを特徴とする請求項１３
    又は１４の微細構造評価法。
  16. 【請求項１６】 被検物に光束を照射するための照明手
    段と、前記照明手段による前記被検物への光束照射状態
    を変化させる為の照射状態変化手段と、前記照明手段に
    よって照明される被検物からの散乱光の分布の強度が極
    値となる部分を検出する検出手段と、前記照射状態変化
    手段による光束照射状態変化中における前記検出手段の
    検出する前記極値となる部分の分布特性の変化に基づい
    て前記被検物の微細構造を評価する為の演算手段とを有
    することを特徴とする微細構造評価装置。
  17. 【請求項１７】 前記照射状態変化手段は被検面を光束
    走査する手段を有することを特徴とする請求項１６の微
    細構造評価装置。
  18. 【請求項１８】 前記照射状態変化手段は照射光束のス
    ポット径を可変とするスポット径可変部を有することを
    特徴とする請求項１６の微細構造評価装置。
  19. 【請求項１９】 前記演算手段は前記微細構造の外形を
    求めることを特徴とする請求項１６の微細構造評価装
    置。
  20. 【請求項２０】 前記演算手段は前記微細構造のパター
    ン線幅及び基準面からの高さを検出することを特徴とす
    る請求項１６の微細構造評価装置。
  21. 【請求項２１】 前記演算手段は前記微細構造の異物の
    有無を検出することを特徴とする請求項１６の微細構造
    評価装置。
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