JPH0151121B2 - - Google Patents

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JPH0151121B2
JPH0151121B2 JP58073727A JP7372783A JPH0151121B2 JP H0151121 B2 JPH0151121 B2 JP H0151121B2 JP 58073727 A JP58073727 A JP 58073727A JP 7372783 A JP7372783 A JP 7372783A JP H0151121 B2 JPH0151121 B2 JP H0151121B2
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JP
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illumination
dark
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wafer
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JP58073727A
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Yasuhiko Hara
Yoshimasa Ooshima
Satoshi Fushimi
Hiroshi Makihira
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004Industrial image inspection
    • G06T7/001Industrial image inspection using an image reference approach
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
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    • G01N21/95607Inspecting patterns on the surface of objects using a comparative method
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T2207/30148Semiconductor; IC; Wafer

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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば多層LSIウエハの表面に形成
されたアルミ配線パターンなどのように、ウエハ
表面に形成された特定の配線パターンを観察する
ための照明方法、及び照明装置に係り、特に、特
定の配線パターンの反射像を他の構成部分の反射
像と明瞭に識別し易いように改良した照明方法、
及び照明装置に関するものである。
〔発明の背景〕
例えばアルミ配線パターンのシヨート、断線、
凹凸などの欠陥を検出するためには、アルミパタ
ーンを他のパターンと区別して検出しなければな
らない。このため、従来一般に、第1図Aに示す
ような落射照明、若しくは同図Bに示すような暗
視野照明が用いられている。
観察対象物であるパターンを形成したウエハ1
に対物レンズ2が対向せしめられる。落射照明
(第1図)においては、半透鏡3で反射させた照
明光4を対物レンズ2を介してウエハ1の表面に
ほぼ垂直に投射し、その反射光を対物レンズ2に
より検出器5の受光面に結像させる。また、暗視
野照明(第2図)においては、ウエハ1の表面に
照明光4′を斜に投射し、その反射光を対物レン
ズ2により検出器5の受光面に結像させる。
観察の対象物であるウエハパターンは、第2図
に示すような断面形状をなしている。8は検出目
的のアルミ部、6はその段差部、7は同平坦部で
ある。このような形状のアルミパターンに、矢印
4のごとく落射照明光を投射すると平坦部7が明
るく、段差部6が暗く見える。また、矢印4′の
ごとく暗視野照明光を投射すると段差部6が明る
く、平坦部7が暗く見える。
第3図は、このアルミパターンを図の左右方向
に走査したときの検出信号の説明図である。
第3図Cは第2図と同様のアルミパターンを対
比のために示したもので、同図Aは落射照明を用
いたときの検出信号を上記のCに対応せしめて描
いた図表、同図Bは同様に暗視野照明を用いたと
きの検出信号を描いた図表である。
暗視野照明と落射照明とを併用すると同図Dの
ような検出信号が得られる。第4図はパターン形
状と検出信号との関係を更に詳しく解析して示し
た説明図である。
アルミパターンには、第2図について説明した
ように段差部6と平坦部7とを有するアルミ部8
もあり、また、平坦部の無い強いカマボコ形の断
面を有する微細アルミパターン8aもある(第4
図B参照)。このようなウエハ面に落射照明光4
と暗視野照明光4′とを投射すると、微細アルミ
パターン8aは落射照明光4に対しては低い反射
率を示す。また一方、アルミ以外の平坦な構成部
分11(例えばSiO2など)は落射照明光4に対し
て比較的高い反射率を示す。この結果、同図Aに
示すような検出信号が得られ、これによつてはア
ルミパターンを識別することが困難である。従つ
て当然に、アルミパターンの欠陥の検出ができな
い。
第5図は、ウエハパターンの反射画像の説明図
である。同図Aはパターンの一部の平面図で、7
はアルミパターンの平坦部、鎖線で示したFは平
坦な区域である。10は微細パターンの頂部、1
1は非アルミ平坦部である。
通常用いられる暗視野照明よりも格段に強い暗
視野照明を用いると、第5図Bの如く平坦区域F
に相当する区域の一部も若干明るく映る。これは
アルミの表面にヒロツクと呼ばれる細かい結晶が
析出しているため、斜方向に投射された暗視野照
明光を乱反射させ、その一部が対物レンズに入射
するからである。しかし、平坦な区域Fの中央に
当たる箇所は反射光量が小さいので、検出した反
射光を2値化してテレビ画像にすると同図Bのよ
うに、平坦区域Fの中央に暗い部分9を生じる。
また、第5図Aのパターンに強い落射照明を施
して、その反射光を検出して2値化すると、同図
Cのような映像が得られる。11′は非アルミ平
坦面11の映像、7′はアルミ平坦部7の映像1
0′は微細パターン頂点部10の映像である。
上述の第5図B、第5図C、いずれの映像もア
ルミパターンを認識してその欠陥を検出するには
不適である。最も望ましいのは第5図Dのように
アルミパターンのみを顕在化させて他との識別を
可能ならしめる映像である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、特定のパターン(前例におい
てはアルミパターン)を、他の構成部分から識別
できるような反射像が得られる照明方法、および
照明装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
次に、本発明の基本的な原理について略述す
る。本発明者らは、前記の目的を達成するため、
暗視野照明の光量と落射照明の光量とを種々に変
化させて実験、研究を行つた。
第6図Aは、暗視野照明の光量を一定に保つた
状態で落射照明の強度を変化させた場合、前述の
平坦部や微細パターンが良好に検出できるエリア
を表わした図表である。
横軸は落射照明の強度を、縦軸は2値化レベル
をそれぞれ表わしている。この座標面上におい
て、アルミの平坦部を良好に検出できるエリアは
Aの区域となる。また、微細アルミパターンを良
好に検出できるエリアはBの区域となる。従つ
て、上記のA,B両区域の重なる部分Cにおいて
は、平坦なアルミ部と微細なアルミパターンとの
両方を良好に検出できることになる。
第6図Bは、同図Aにおける横軸と、アルミパ
ターン部のビデオ信号明るさとの比率を示す図表
で、カーブEは暗視野照明による微細アルミパタ
ーンの明部信号レベル、カーブDは落射照明によ
る微細アルミパターンの明部信号レベルである。
本図表に表われているように、暗視野照明による
アルミ部の明部信号レベルが大きいときに良好な
検出2値化画像が得られることが判明した。
上述の原理に基づいて、特定のパターン(例え
ば前例におけるアルミパターン)を他の構成部分
から区別して検出するため、本発明のウエハ照明
方法は、ウエハ表面に形成された特定の配線パタ
ーンの像を検出するため該ウエハ表面を照射する
照明方法において、特定の配線パターンの表面平
坦部からの反射光を検出し得る程度の光量で暗視
野照明を施し、かつ、落射照明を併用して上記平
坦部からの光反射レベルを増加せしめることを特
徴とする。そして、本発明方法における実施の態
様としては、暗視野照明の光量を、落射照明の光
量よりも大きくして、その検出レベルを高くする
ことが、映像の質を良くするために望ましい。
また、本発明のウエハ照明装置は上記の方法を
容易に実施してその効果を充分に発揮せしめるた
め、落射照明用ランプと暗視野照明用ランプとを
別個に設けるとともに、上記の落射照明ランプに
よる落射照明光量を調節する手段を設けて、落射
照明光量と暗視野照明光量との比を調整し得るよ
うに構成し、かつ上記の暗視野照明用ランプの光
を対物レンズの光軸と平行に反射する放物面鏡を
設けると共に、上記対物レンズの先端付近の周囲
に上記と別体の放物面鏡を設け、対物レンズの光
軸と平行に入射した暗視野照明光を被照明部に向
けて反射し得べくなしたることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の実施例を第7図乃至第9図につ
いて説明する。
第7図は本発明方法を実施するために構成した
本発明装置の1例の斜視図である。
1はウエハ、2は対物レンズである。
暗視野照明用のランプ13Aを対物レンズ2の
光軸上に設置し、上記のランプ13Aと別個に落
射照明用のランプ13Bを設ける。
3は、落射照明用ランプ13Bの光束4を、反
射鏡20に向けて反射させるように設けた半透鏡
である。
14は落射照明用の集光レンズ、15は同フイ
ールドレンズである。この落射照明系の光路中
に、落射照明の光量を調節するための絞り16を
設ける。
一方、暗視野照明用のランプ13Aの光を対物
レンズ2の光軸と平行に矢印4′のごとく反射さ
せる放物凹面鏡19を設けるとともに、対物レン
ズ2の先端付近に放物凹面鏡18を設け、上記の
矢印4′方向の光をウエハ1の表面に向けて斜に
入射するように反射させる。
5は反射光を検出するための検出器である。
第8図は、上に述べた第7図の実施例の構成部
材の中から、暗視野照明系を抽出して模式的に描
いた説明図、第9図は対比のために掲げた従来の
照明装置の1例である。
従来装置(第9図)においては、落射照明、暗
視野照明に兼用するランプ13Cを設け、半透鏡
3の周囲に鏡17を配設すると共に、対物レンズ
2の先端付近に放物凹面鏡18を設けているのに
比して、本例(第8図)においては暗視野照明専
用のランプ13Aを設け、このランプ13Aの光
を放物凹面鏡19,18によりウエハ1の表面に
斜に投射する構成である。このように構成する
と、本発明方法を実施するために必要な強い暗視
野照明光を得やすい。
第7図に示したウエハ照明装置を用いて本発明
の照明方法を実施する1例を次に述べる。
この照明装置は、第8図について説明したよう
に、強い暗視野照明を行うことができるので、こ
れを用いて特定の配線パターン(例えばアルミパ
ターン)の平坦部からの反射光を検出し得る程度
の暗視野照明を施す。
すなわち、第5図Bに示したように、平坦区域
Fに相当する部分の中央付近に暗い部分9を残し
ているが、その周辺に明るい部分9′もあるとい
う状態にする。これと併行して落射照明用ランプ
13Bの光4を、半透鏡3、反射鏡20、対物レ
ンズ2を介してウエハ1の表面に投射する。この
落射照明光は絞り16によつて光量を調節し、前
記の暗い部分9が明るく見える程度の最少限に調
整する。これにより、第5図Bに示した映像から
暗い部分9が消去される。しかも、上述のごとく
落射照明が必要最少限に抑制してあるので、第5
図C(強い落射照明の映像)のように非アルミ平
坦部の映像11′が現われる虞れが無い。この場
合、第5図Cに示したような非アルミ平坦部の明
るい像11′が現われないように、落射照明によ
る検出レベルを暗視野照明による検出レベルより
も低くする。
このようにして、第5図Bの映像から暗い部分
9が消去されると、第5図Dのようにアルミパタ
ーンの形状のみを顕在化した映像が得られる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明の照明方法によれ
ば、ウエハ面上に形成された特定のパターンを、
その他の構成部分から容易に識別できるような反
射像が得られる。また、本発明の装置によれば、
上記の本発明方法を容易に実施することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図Aは落射照明の説明図、第1図Bは暗視
野照明の説明図、第2図はウエハパターンの1例
の拡大断面図である。第3図A,B,C,Dはウ
エハパターンと検出信号との関係を示し、Aは落
射照明による検出信号を示す図表、Bは暗視野照
明による検出信号を示す図表、Cはウエハパター
ンの断面図、Dは落射照明と暗視野照明とを併用
した場合の検出信号を示す図表である。第4図
A,Bはウエハパターンと検出信号との関係を示
し、Aは検出信号の図表、Bはウエハ表面付近の
断面図である。第5図はウエハパターンと検出画
像とを対比した説明図で、同図Aはウエハパター
ンの平面図、同図Bは強い暗視野照明による検出
画像、同図Cは強い落射照明による検出画像、同
図Dは望ましい検出画像である。第6図A,Bは
それぞれ良好な検出画像が得られる照明条件を説
明する図表である。第7図は本発明のウエハの照
明装置の1実施例の斜視図、第8図は同じく暗視
野照明系の光路図、第9図は対比のために掲げた
従来の暗視野、落射照明兼用の照明系の光路図で
ある。 1……ウエハ、2……対物レンズ、3……半透
鏡、4,4′……照明光、5……検出器、7……
アルミ平坦部、7′……アルミ平坦部の映像、8,
8′……アルミ部、8a……微細アルミパターン、
9……暗い部分、10……頂点部分、10′……
頂点部分の映像、11……非アルミ平坦部、1
1′……非アルミ平坦部の映像、13A……暗視
野照明用ランプ、13B……落射照明用ランプ、
14,14′……集光レンズ、16……絞り、1
7……鏡、18,19……放物凹面鏡、20……
反射鏡。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ウエハ表面に形成された特定の配線パターン
    の像を検出するため該ウエハ表面を照射する照明
    方法において、特定の配線パターンの表面平坦部
    からの反射光を検出し得る程度の光量で暗視野照
    明を施すと共に、前記特定の配線パターン以外の
    平坦部からの反射光が検出されない程度の光量で
    落射照明を併用して、前記特定の配線パターンの
    表面平坦部からの反射光量を増加せしめ、かつ、 前記の落射照明によるパターン検出レベルを、
    前記の暗視野照明によるパターン検出レベル以下
    にすることを特徴とするウエハの照明方法。 2 落射照明用ランプと暗視野照明用ランプとを
    別個に設けるとともに、上記の落射照明ランプに
    よる落射照明光量を調節する手段を設けて、落射
    照明光量と暗視野照明光量との比を調整し得るよ
    うに構成し、かつ上記の暗視野照明用ランプの光
    を対物レンズの光軸と平行に反射する放物面鏡を
    設けると共に、上記対物レンズの先端付近に上記
    と別個に放物面鏡を設け、対物レンズの光軸と平
    行に入射した暗視野照明光を被照明部に向けて斜
    に反射し得べくなしたることを特徴とするウエハ
    照明装置。
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