JPH02145904A - パターン検査方法およびそれに用いるパターン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ、フォトマスク、磁気ディスク
、光ディスク等におけるパターンの欠陥検査に適用して
有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

この種のパターン欠陥検査技術について記載されている
例としては、特開昭５６−１１７１０６−号公報がある
。

上記公報においては、照明光を試料に照射して、その反
射光によってパターン欠陥の有無を検査する技術が記載
されている。

半導体装置の製造工程、特に回路素子を形成するウェハ
処理工程においては、歩留りを向上させて、素子の製造
効率を高めることが重要である。

上記の回路素子における不良原因の大半はパターンの外
観不良である点から、このようなパターンを光学的に認
識して、パターン欠陥を検出する技術が知られている。

このようなパターンの外観自動検査化は、マスクあるい
はレチクルにおいてはその基板が透明であることから透
過光照明を用いてこれを多値化識別することによって容
易に行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、半導体ウェハにおけるパターン外観検査では
、下記のような課題の存在することが本発明者によって
見い出された。

すなわち、半導体ウェハではその製造工程で士数回にわ
たるパターンの焼付け、多層の絶縁膜の被着を繰り返し
ているために、パターンの形状、光の反射率等も各工程
段階および製品によって区々であるにもかかわらず、従
来技術ではいずれもこの点が考慮されておらず、パター
ン検査に際しては、最も検出精度が良好となるように、
オペレータのマニュアル調整により照明光量ならびにア
ンプゲインの調整を行っていた。このため、このような
半導体ウェハのパターン外観検査においては、煩雑な調
整作業が必要であり、検査効率が必ずしも良好とはいえ
なかった。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、そ
の目的は、試料表面の反射率の差異、あるいは照明光量
の変動に対して、安定かつ再現性の良好なパターン検査
を可能とすることができる技術を提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、概ね次のとおりである。

すなわち、試料上に形成されたパターンからの反射光を
受光素子によって光電変換し、これをさらにＡ／Ｄ変換
した後、その明度分布をヒストグラム化し、このヒスト
グラム出力に基づいて、パターン検出信号が最適化され
るよう照明光の光量又はアンプゲインの調整を行うもの
である。

また、照明光量を可変にするための光量調整機構と、こ
の光量調整機構を制御する光量調整制御部と、反射光を
受光する受光素子と、受光素子からの出力信号を多値化
するＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路からの出力
に基づいて対象パターンの明度分布をヒストグラム化す
る頻度分布計数部と、この頻度分布計数部からの出力に
基づいて受光素子における人力光量に対する適正な出力
電圧・電流を算出して上記光量調整制御部を制御する主
制御部（計算機）とで構成されたパターン検査装置構造
とするものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、試料表面のパターンからの反射
光の明度分布がヒストグラム化され、これに基づいてパ
ターン検出信号が最適な状態となるよう、たとえば入力
光量に対して出力電圧・電流が飽和しない範囲となるよ
う、あるいはノイズが問題とならない範囲となるように
光量調整機構等の各機構が自動調整されるため、品種に
よって反射率の異なる半導体ウェハ等の試料を連続的に
検査する場合においても、常に最適な明度分布の範囲で
パターン検出が可能となるため、検出精度ならびに検出
効率を高めることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明のパターン検査装置を示すブロック図、
第２図は受光素子信号処理回路における回路構成を示す
ブロック図、第３図は光量制御機構を示す説明図、第４
図〜第７図はそれぞれ本実施例による頻度調整を示す説
明図である。

第１図中、１は水平方向への微調整が可能なＸＹステー
ジ、２は半導体ウェハを固定するウェハ載置台、３は試
料である半導体ウェハをそれぞれ示している。

また、光学系として同図中、４はパターン像を結像させ
るとともに、照明光を半導体ウェハ３上に投影するため
の対物レンズ、５は照明光源、６は照明光を集光する集
光レンズ、７は照明光量を調整する光量調整機構、８は
照明光および反射光を分離するハーフミラ−９は反射光
を受光する受光素子である。なお、上記ハーフミラ−の
代わりにプリズム等を用いてもよい。

次に、信号処理系について説明すると、同図中、１０は
受光素子９からの出力に対して信号増幅を行う受光素子
出力信号制御回路であり、１１は上記受光素子出力信号
制御回路１０内のＡ／Ｄ変換回路、１２は比較対象とな
る画像データを格納しておく画像データ記憶部、１３は
Ａ／Ｄ変換回路１１からの出力と、上記画像データ記憶
部１２からの出力とを人力して両信号のレベル差を抽出
する差分回路、１４はＡ／Ｄ変換回路１１からの画像デ
ータを格納する画像データ記憶部である。な右、１５は
頻度分布計数部であるが、これについては後述する。

１６は、本パターン検査装置の中心的な制御を行う主制
御部であり、例えばマイクロプロセッサを備えたマイコ
ンシステムで構成されている。この主制御部１６は、上
記受光素子出力信号制御回路１０、画像データ記憶部１
４および頻度分布計数部１５の他、光量制御回路１７を
制御する。この光量制御回路１７には、第３図に示す光
量調整機構７が接続されているが、この光量調整機構７
の構成については後述する。

次に、第２図を用いて、受光素子出力信号制御回路１０
の構成について説明する。受光素子出力信号制御回路１
０は上記Ａ／Ｄ変換回路１１の他に、該Ａ／Ｄ変換回路
１１の出力からオフセット分を差し引くための引算器１
９、その信号出力を適正にするための掛算器２０、引算
用レジスタ２１および掛算用レジスタ２２を有している
。なお、上記両レジスタ２１および２２は、上記主制御
部１６から所定の値（回路定数）を設定できる構成とな
っている。

なお第２図において、掛算処理と引算処理との処理順序
を逆にしてもよい。また、この掛算処理と引算処理とは
Δ／Ｄ変換回路１１への人力前、すなわちアナログ信号
の時点で行ってもよい。

第３図は、本実施例で用いられる光量調整機構７の具体
的構成を示している。

同図において、照明光源５から集光レンズ６を経てハー
フミラ−８に至る光路上には、円板状のフィルタ２３が
光路とは垂直方向に配置されている。このフィルタ２３
は、円板面上の各部位によって連続的に光の透過率が異
なるように形成されており、パルスモータ等で構成され
たフィルタ制御用モータ２４によって回転可能な構造と
されている。したがって、フィルタ制御用モータ２４の
回転量によって、照明光の透過量、すなわち半導体ウェ
ハ３の表面への光量が制御可能となっている。なお、こ
のようなフィルタ構造としては、上記のように光の透過
量が連続的に変化するものの他、複数の透過率の異なる
フィルタを組み合わせて構成されたものであってもよい
。

上記と同様の構造のフィルタ２３およびフィルタ制御用
モータ２４は、上記ハーフミラ−８から受光素子９への
光路上にも配置されており、受光素子９に入光される半
導体ウェハ３からの反射光の光量も調整可能となってい
る。なお、本実施例ではより精密な光量の制御を行うた
めに、照明光路上と反射光路上との２箇所に光！調整機
構７゜７をそれぞれ配置した場合を示したが、いずれか
の光路上の一方に配置した構成であってもよい。

さらに、フィルタ制御用モータ２４の回転量によりフィ
ルタ２３の透過面を移動させた機構で説明したが、直進
式のりニアモータあるいはソレノイド等を駆動源として
もよい。

次に、上記受光素子出力信号制御回路１０で行われる定
数設定方法について、アンプゲインの設定を例に説明す
る。

一般に、アンプゲインの値が大きくなりすぎると、受光
素子９と受光素子出力信号制御回路１０との配線間、あ
るいは受光素子出力信号制御回路１０内におけるノイズ
も同時に増幅されるため、ＳＮ比が低下する。したがっ
て、アンプゲインは、このノイズが問題とはならない範
囲で設定することが望ましい。

本実施例におけるアンプゲインの調整は、受光信号に基
づいて、この明度分布をヒストグラム化し、これによっ
て得られたヒストグラム曲線を第４図に示すように、濃
淡の上限と下限内でできる限り幅広い範囲内に収容され
るよう補正することによって行われる。

すなわち、受光素子９より受光素子出力信号制御回路１
０に入力された人力信号は、画像データ記憶部１４を経
て頻度分布計数部１５に人力され、該頻度分布計数部１
５においてヒストグラム化される。このとき、初期値と
して受光素子出力信号制御回路１０におけるアンプゲイ
ンは標準的な値が各レジスタ２１．２２に対して主制御
部１６より設定されており、光量調整機構７についても
標準的な光量が半導体ウェハ３上に照射されるようにな
っている。

この状態で、半導体ウェハ３の光反射率が基準よりも高
い場合には、第５図に示すようにヒストグラムの上限側
で飽和状態となってしまい、適正なパターン検出が困難
となってしまう。このような場合には主制御部１６から
光量制御回路１７への制御信号によって、第３図の光量
調整機構７が作動され、フィルタ制御用モータ２４の所
定量の回転によって、光路上のフィルタは光の透過率が
小さくなる。

主制御部１６は、頻度分布計数Ｂ１５を常に監視し、光
量の減少に基づくヒストグラム曲線の変化を検出する。

本実施例によれば、照明光の光量の減少により、ヒスト
グラム曲線は第６図に示すように変化する。このように
して、ヒストグラム曲線の上限と下限とが所定範囲内に
収容されるようになった段階で、主制御部１６は光量制
御回路１７に対して、光を調整機構７の作動停止を命令
する。

続いて主制御部１６は、受光素子出力信号制御回路１０
に対して、ヒストグラム曲線の補正をおこなうべく、回
路定数を算出し、各レジスタ２１゜２２にこれを設定し
、第４図に示すような適正ヒストグラム曲線となるよう
に制御する。

以上の説明では、半導体ウェハ３の反射率が高すぎる場
合で説明したが、これとは逆に反射率が低すぎる場合に
は、第７図に示すようなヒストグラム曲線となる。

この場合には、主制御部１６の制御によって、フィルタ
２３の透過率を高め、照明光の光量を増加させて、まず
第６図に示すヒストグラム曲線となるように光量を調整
する。その後、上記と同様に回路定数を算出し、第４図
に示すような適正ヒストグラム曲線となるように制御す
る。

以上のように、光量およびアンプゲインの調整が完了し
た段階で、受光素子出力信号制御回路１０からの出力デ
ータ、すなわち半導体ウエノ＼３上の所定範囲（例えば
回路素子領域）におけるパターンの画像データが画像デ
ータ記憶部１２に記憶される。

次に、ＸＹステージ１は所定量移動されて、照明光源５
からの照明光は、半導体ウエノ１３上における次の範囲
（例えば回路素子領域）を照射する。

この範囲からの反射光は、受光素子９および受光素子出
力信号制御回路１０を経て所定の演算処理が行われた後
、差分回路１３に出力される。差分回路１３では、上記
のステップで画像データ記憶部１２に記憶されていた画
像データと、上記受光素子出力信号制御回路１０からの
画像データとを比較し、両信号のレベル差を抽出する。

ここで、当該レベル差が所定のしきい値以上となった場
合には、先のステップにおける検出パターンと現在検出
中のパターンとの間に差異があるものとして、いずれか
のパターンに欠陥の存在することが判明する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、差分回路１３における比較対象は、画像デー
タ記憶部１２に格納されていた前のステップにおける検
出パターンであるが、これをＲＯＭ化して、検査に先だ
って製品仕様に対応した理想パターンを予め登録して右
いてもよい。

また、上記のパターン検査装置においては、１ステツプ
毎にＸＹステージ１を所定量移動させて、直前のステッ
プにおける検出パターンとの対比により欠陥パターンの
検出を行う場合について説明したが、第８図に示すよう
に光学系を２系統備えた装置構成とし、２つの領域を同
時に受光素子９゜９によってとらえ、２つの領域のパタ
ーンを同時に対比することによって欠陥パターンの検出
を行ってもよい。この場合には、装置構成は複雑化する
ものの、検査効率を向上させることができるという利点
がある。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる半導体ウェハのパター
ン検査に適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、たとえばマスク、レチクルさらに
はプリント配線基板等におけるパターン検査に適用でき
る。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、本発明によれば、試料表面のパターンからの
反射光の明度分布がヒストグラム化され、これに基づい
てパターン検出信号が最適な状態となるように光量等が
自動調整されるため、品種によって反射率の異なる半導
体ウェハ等の試料を連続的に検査する場合においても、
常に最適な明度分布の範囲でパターン検出が可能となる
ため、検出精度ならびに検出効率を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパターン検査装置を示すブロック図、 第２図は受光素子信号処理回路における回路構成を示す
ブロック図、 第３図は光量制御機構を示す説明図、 第４図〜第７図はそれぞれ本実施例による頻度調整を示
す説明図、 第８図は上記実施例の変形例を示すブロック図である。 １・・・ＸＹステージ、２・・・ウェハ載置台、３・・
・半導体ウェハ　４・・・対物レンズ、５・・・照明光
源、６・・・集光レンズ、７・・・光量調整機構、８・
・・ハーフミラ−９・・・受光素子、１０・・・受光素
子出力信号制御回路、１１・・・Ａ／Ｄ変換回路、１２
・・・画像データ記憶部、１３・・・差分回路、１４・
・・画像データ記憶部、１５・・・頻度分布計数部、１
６・・・主制御部、１７・・・光量制御回路、１９・・
・引算器、２０・・・掛算器、２１・・・弓算用レジス
タ、２２・・・掛算用レジスタ、２３・・・フィルタ、
２４・・・フィルタ制御用モータ。 第２図 代理人　弁理士　筒　井　大　和 第 図 第 図 濃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料上に形成されたパターンからの反射光を受光素
   子によって光電変換し、これをさらにＡ／Ｄ変換した後
   、その明度分布をヒストグラム化し、このヒストグラム
   出力に基づいて、パターン検出信号が最適化されるよう
   照明光の光量又はアンプゲインの調整を行うことを特徴
   とするパターン検査方法。 ２、試料上に形成されたパターンに対して照明光を照射
   し、試料表面からの反射光によってパターン欠陥を検出
   するパターン検査装置であって、照明光量を可変にする
   ための光量調整機構と、この光量調整機構を制御する光
   量調整制御部と、反射光を受光する受光素子と、受光素
   子からの出力信号を多値化するＡ／Ｄ変換回路と、この
   Ａ／Ｄ変換回路からの出力に基づいて対象パターンの明
   度分布をヒストグラム化する頻度分布計数部と、この頻
   度分布計数部からの出力に基、づいて受光素子における
   入力光量に対する適正な出力電圧・電流を算出して上記
   光量調整制御部を制御する主制御部（計算機）とからな
   るパターン検査装置。 ３、上記光量調整機構は、照明光の試料への光路上に配
   置され、その透過面が連続的に透過率の異なる光学フィ
   ルタからなることを特徴とする請求項２記載のパターン
   検査装置。 ４、受光素子出力信号制御回路を有しており、この受光
   素子出力信号制御回路のアンプゲイン定数は上記主制御
   部によって適宜決定されることを特徴とする請求項２記
   載のパターン検査装置。