JPH07333164A

JPH07333164A - 検査方法および検査装置

Info

Publication number: JPH07333164A
Application number: JP13073894A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komoriya; 進小森谷; Nobuyuki Irikita; 信行入来; Yasuhiro Yoshitake; 康裕吉武; Shinji Kuniyoshi; 伸治国吉; Kenji Watanabe; 健二渡辺; Hiroshi Maejima; 央前島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: JP3398472B2

Abstract

(57)【要約】【目的】欠陥検査工程において容易かつ迅速に形状欠
陥と異物の分類を行う。【構成】光源１０１、集光レンズ１０３、対物レンズ
１０４からなる照明光学系によりウェハ１０２はテレセ
ントリックに照明される。ウェハ１０２から反射した光
はハーフミラー１０５で分岐され、一方の光路はリレー
レンズ１０８により、対物レンズ１０４の後側焦点面で
ある瞳面１１１に配置された画像検出器１０９に回折像
を結像する。もう一方の光路は対物レンズ１０４による
ウェハ１０２上のパターンの拡大像を画像検出器１０７
上に投影する。画像検出器１０７による欠陥の有無と、
画像検出器１０９における回折像による欠陥の分類（パ
ターン形状起因か、異物起因か）を同時に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査技術に関し、特
に、半導体集積回路装置の製造工程の品質管理および装
置精度の検査技術において、たとえば回路パターンの形
状不良や異物による汚染の検査、あるいは回路パターン
の形成に用いる原版の検査に適用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体集積回路装置の製造技
術において、半導体集積回路装置を製造するには、十数
層におよぶ複数層の回路パターンを、その形状や厚みを
正確に制御し、互いの位置を正確に合わせた状態で重ね
る必要がある。これは、各層のパターン形状や厚みの変
化、異層のパターン間の位置ずれは、半導体集積回路装
置の特性、信頼性および歩留まりを低下させるからであ
る。またパターンの形状不良は、製造装置のパターン形
成精度だけでなく、たとえば製造工程や製造装置から発
生する微細な異物や、露光装置でパターンを転写する際
に用いるレチクルの欠陥によっても発生する。

【０００３】そこで、半導体集積回路装置の製造工程に
おいては、このパターン形状の品質を管理するため、た
とえばウェハ上に回路パターンを転写する露光装置や、
パターンが形成されたフォトレジストをマスクとして下
地の薄膜のエッチング処理を行うエッチング設備、ウェ
ハ上に薄膜を形成するデポ設備などにおいて、パターン
形状の精度や、あるいはパターン形状の欠陥や付着異物
を検査し、品質を確保した上で処理を行うようにしてい
る。

【０００４】同様に、レチクル製造工程における薄膜を
ガラス基板上に形成する工程においても、形成した薄膜
の厚みやパターン形状を測定して精度を確保のうえで処
理を行う必要がある。また集積回路装置の微細化に対応
して従来のCrなど単層のレチクルにかえてCrパターンの
透光部に光の位相を変化させる薄膜を付加した位相シフ
トレチクルでは位相の変化量を測定している。

【０００５】この半導体製造工程の各品質を測定したう
えで処理装置を制御し、半導体集積回路装置の歩留ま
り、特性、信頼性を向上させるための従来技術について
は、一般的に各品質毎に測定機で測定してその変動を管
理して、目標値とのずれが発生した場合、処理装置の調
整により品質を確保することが行われる。

【０００６】このような半導体集積回路装置の製造工程
における品質の測定方法あるいは測定装置については、
各品質毎に各種の方法が適用されている。たとえば、ウ
ェハ上のパターン形状欠陥の検査に関しては特公平５−
２６１３６号公報に記載されている。この場合、ウェハ
上の繰り返しパターンのパターン形状欠陥を検出するた
め、ウェハを走査して画像を取り込んで記憶し、繰り返
し周期後の画像と比較して不一致部を検出することによ
り前記パターン形状欠陥とパターン上の異物をともに検
査する手法が記載されている。

【０００７】また、前記繰り返しパターンの形状欠陥を
検出する別の方法として特公平１−１５８０３号公報に
記載されている。この場合、対物レンズの瞳面のフーリ
エ変換像に対し繰り返しパターンの回折像を除去するた
め回折像部分を遮光するマスクを設置し透過光のみ結像
することにより欠陥あるいは異物の像を抽出する方法で
ある。

【０００８】これらの方法で検出した欠陥または異物は
検査の後、検査装置本体上あるいは別置きのレビュース
テーションにおいて欠陥部分の拡大像を作業者が目視で
確認しパターンの形状欠陥か異物かの判定を行ってい
る。

【０００９】また、パターン形状の欠陥はウェハ上に露
光装置でパターンを転写する際に用いる原版であるレチ
クルのパターン欠陥によっても発生する。特にパターン
の微細化に対応して用いられるようになったレチクルの
透光部に光の位相を変化させるシフターと呼ばれる薄膜
パターンを付加した位相シフトレチクルにおいては、従
来のパターン形状欠陥のみでなく、シフタの位相変化量
に関連する品質や、その形状精度、および遮光部とシフ
タの合わせ精度も微細化に伴い品質管理の必要性が生じ
ている。

【００１０】このようなレチクルの欠陥を検査する場合
も、形状欠陥、寸法および位相変化量の測定対象毎に検
査装置を適用して品質の検査を行っている。

【００１１】たとえばパターン形状の検査についてはウ
ェハ上パターンのと同様に、パターンの拡大像をレチク
ルを走査して取り込み、電気的に発生させたパターン形
状の設計データと比較することによりパターン形状欠陥
の抽出を行っている。寸法については同様に拡大像を画
像処理する方式、およびレーザースポットをレチクルパ
ターン上を走査しその反射光量あるいは散乱光量を検出
しその波形を処理する方法が用いられている。

【００１２】また、前記シフタの位相変化量を測定する
方法として、たとえば特開平４−２２９８６３号公報お
よび特開平４−２２９８６４号公報に記載されている。
この場合、対物レンズの瞳面のフーリエ変換像を検出
し、位相変化量の誤差に対応する波形変化を検出するこ
とにより、屈折率の変化によらず位相変化量を正確に求
めることができるとしている。また、この方法はレチク
ルとシフタの屈折率が等しくても位相変化量を求めるこ
とができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体集積回路装置の製造工程においては、素子や配線の微
細化および配線層の多層化に伴い、微細パターンの形成
において一層高精度なパターン形状が要求されている。
また一層微細な異物が集積回路装置の歩留まりや信頼性
に影響を与えるようになっている。

【００１４】この場合、各種検査結果にもとづき、異常
の分類を行って原因を究明し、適切に製造設備を是正す
ることによりはじめて歩留まりや信頼性を確保すること
ができる。

【００１５】たとえば、パターン形状欠陥および異物検
査においては、形状欠陥は露光装置の露光像の品質の劣
化やエッチング前の異物がエッチングにより転写された
薄膜パターンの形状不良であり、異物は発生した製造装
置によって形状が異なり、かつ異物にマスクされエッチ
ングされて薄膜に異物のパターンが転写されているかを
見ることで前記した是正処置に必要な情報を得ることが
できる。従来は全ての検出した欠陥について顕微鏡また
はその拡大画像を作業者が観察し分類判定していた。ま
た最近の技術として欠陥検査装置で検出した欠陥の座標
をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）に伝達することでＳＥＭに
より数万倍の拡大像で欠陥の観察している。

【００１６】この場合、一欠陥ごとに位置出しし、フォ
ーカスなどを調整して観察するためため多大な時間がか
かり、工程内で行うことは困難であった。また欠陥検査
装置とＳＥＭのように異種の装置で観察する場合、欠陥
ごとにデータを対応づけることが、例えば工程内で多数
の製品検査を行う場合には困難であった。

【００１７】また、たとえば、前記した位相シフトレチ
クルの品質は、シフタの位相変化量、遮光部の寸法、お
よび、たとえばリム型と呼ばれる遮光部の周辺にシフタ
を配したパターンにおいてはシフタの寸法あるいはシフ
タと遮光部の位置ずれを品質管理する必要がある。これ
らの品質が総合されて露光装置における投影像の品質が
影響を受けるからである。また製造設備を適切に是正す
るには、たとえばシフタの屈折率、膜厚、吸収係数を測
定する必要がある。

【００１８】この場合、従来技術では各品質ごとに検査
装置が必要で、同一サンプルについての総合的品質管理
が困難だった。また、たとえば搬送やアライメントなど
各検査装置に共通のオーバーヘッドでスループットが低
下する。検査コストが増大するのは言うまでもない。

【００１９】本発明の目的は、欠陥検査工程において容
易かつ迅速に形状欠陥と異物の分類を行うことが可能な
検査技術を提供することにある。

【００２０】本発明の他の目的は、同一の装置により位
相シフトレチクル等の原版の寸法、合わせ、および膜
厚、屈折率、吸収係数という位相シフトレチクル等の露
光装置で使用時の投影像の品質を推定できるパラメータ
を測定できるとともに、位相シフト投影像の品質に関連
するフーリエ変換像の検査も可能とする検査技術を提供
することにある。

【００２１】本発明の前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。

【００２２】

【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、
以下のとおりである。

【００２３】すなわち、第１の本発明は、半導体集積回
路装置の製造工程におけるウェハまたはレチクルの品質
管理に用いる検査技術において、前記ウェハまたはレチ
クルの物体を検出する顕微鏡光学系を光路分岐し、一つ
の光路にはウェハまたはレチクルの物体面と共役な像面
に画像検出器を設け、一つの光路には対物レンズの瞳面
と共役な面に同様に画像検出器を設けた構成とし、各々
の画像処理を行って、像面画像からは基板または原版上
の物体像の形状に関する情報を得、瞳面画像からは回
折、反射、または散乱される光の例えば回折角による強
度分布についての情報を得ることにより、例えば同一の
ウェハまたはレチクルについて、あるいは同一のウェハ
またはレチクル上の物体について複数の情報を総合し
て、前記半導体集積回路装置の製造工程の品質を管理す
るものである。

【００２４】また、第２の本発明は、半導体集積回路装
置の製造工程におけるウェハの品質管理に用いる検査技
術において、ウェハ上のパターン欠陥および異物を検査
し、かつそれらの分類を可能とするため前記像面画像を
ウェハを移動させて取り込み、基板上の繰り返しパター
ンの画像どうしで比較し不一致部を検出する像面検出系
と、同様にして繰り返しパターンの瞳画像どうし比較し
欠陥および異物の回折光を検出する瞳面検出系から構成
され、瞳面検出系で抽出された回折光分布を分布形状に
より基板上の凹凸に関連する分類を行って、前記像面検
出系で検出系で検出した欠陥についてパターン形状欠陥
または異物を分類する機能を有することにより、前記半
導体集積回路装置の製造工程の品質を管理するものであ
る。

【００２５】また、第３の本発明は、半導体集積回路装
置の製造工程におけるレチクルの品質管理に用いる検査
技術において、レチクルを検査するため、レチクル上パ
ターンの前記像面画像を取り込み、パターンの形状、寸
法および複数の薄膜パターンの位置合わせ精度を測定す
る像面検出系と、特定のパターンの瞳画像を取り込み回
折光分布を検出し、回折光分布より薄膜の膜厚に関連す
るパラメータを測定する瞳面検出系から構成され、両検
出系で検出される各パラメータの品質あるいは各パラメ
ータを総合して推定される該レチクルの投影像の品質を
検査する機能を有する構成としたものである。

【００２６】

【作用】図１は第１の本発明の検査技術の作用の概略を
説明するものである。光源１０１から集光レンズ１０
３、対物レンズ１０４を介し検査対象１０２を照明し、
検査対象１０２で反射した光は対物レンズ１０４を通
り、ハーフミラー１０５で分岐され一方の光はリレーレ
ンズ１０６を介し検査対象１０２の表面と共役面の像面
におかれた画像検出器１０７に導かれる。また一方の光
はリレーレンズ１０８を介し対物レンズ１０４の後側焦
点面である瞳面との共役面に置かれた画像検出器１０９
に導かれる。そして、像面におかれた画像検出器１０７
で検出される画像を画像処理部１１２により画像処理
し、検査対象の２次元形状について、あるいは、位置に
ついての情報を得ることができる。一方このような明視
野顕微鏡光学系による拡大像を検出する場合、たとえば
ウェハのような段差構造をもつ物体にたいしては焦点深
度内で主にウエハ上パターンの反射強度分布についてし
か有効な情報を得ることができず、検査対象面の段差方
向、あるいは光の位相に関連する有効な検査はできな
い。これに対し、瞳面と共役面におかれた画像検出器１
０９により検出された画像は画像処理部１１３により画
像処理される。この瞳面の画像は段差により発生する散
乱、回折の強度分布であり、前記した検査対象面の段差
方向、あるいは光の位相に関連する情報を含んでいる。
この画像はフーリエ変換面とよばれウェハ上パターンが
周期性の繰り返しパターンの場合、対応する周波数の位
置に特徴のある干渉パターンが現れる。逆にこの画像で
はウェハ上のパターンの形状及び位置についての検査は
できない。

【００２７】画像処理部１１２および画像処理部１１３
から出力された情報は欠陥分類部１１４に入力される。

【００２８】このように本発明による検査技術によれ
ば、同一の検査対象について、平面形状及び位置につい
ての情報を含む画像を像面検出系から得て、かつ、瞳面
検出系からは検査対象の凹凸あるいは膜厚など対象物が
光の位相に与える特徴についての情報を含む画像を同時
に得ることができるので、これにより容易に欠陥分類部
１１４において情報を総合することができる。

【００２９】また、第２の本発明によれば、第１の本発
明の作用の説明で記載した作用により、ウェハ上のパタ
ーン欠陥および異物を検査し、かつそれらの分類を可能
とする。すなわち、前記像面検出系で像面画像をウェハ
を移動させて取り込み、基板上の繰り返しパターンの画
像どうしで比較し不一致部を検出することにより、高感
度にパターンの形状不良および異物とその位置を検出で
き、同様にして瞳面検出系により繰り返しパターンの瞳
画像を取り込み、欠陥や異物の存在する瞳画像と正常な
パターンの瞳画像を比較し欠陥および異物の回折光分布
を検出し、瞳面検出系で抽出された回折光分布を分布形
状の特徴により基板上の凹凸に関連する分類を行うこと
が可能となり、前記像面検出系で検出した欠陥について
パターン形状欠陥または異物を分類し、前記半導体集積
回路装置の製造工程の品質を管理することが可能とな
る。

【００３０】また、第３の本発明によれば、第１の本発
明の作用の説明で記載した作用により、位相シフトレチ
クルの品質を総合的に検査することを可能とする。すな
わち、前記像面検出系でレチクル上パターンの前記像面
画像を取り込み、パターンの形状、寸法および複数の薄
膜パターンの位置合わせ精度を測定を行い、前記瞳面検
出系で特定のパターンの瞳画像を取り込み回折光分布を
検出し、回折光分布より薄膜の膜厚に関連するパラメー
タを測定するため、両検出系で検出される各パラメータ
の品質あるいは各パラメータを総合して推定される該レ
チクルの投影像の品質を検査することが可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００３２】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
る検査装置の構成の一例を示す概念図であり、図２は、
半導体集積回路装置の製造工程における外観欠陥の一例
を示す説明図、図３は本実施例における像面画像処理の
一手法の説明図、図４は本実施例における瞳面画像処理
の一手法の説明図、図５は本実施例における欠陥および
異物の分類を行う一手法の説明図である。本実施例で
は、一例として半導体集積回路装置の製造工程における
外観検査装置に適用した場合を示す。

【００３３】まず、図１により本実施例の半導体集積回
路装置の製造工程における外観検査装置の構成を説明す
る。同図において１０２は検査対象としてのウェハ、１
１０は光学系に対しウェハを走査するＸＹステージであ
る。Ｘｅランプなどからなる光源１０１、集光レンズ１
０３、対物レンズ１０４からなる照明光学系によりウェ
ハ１０２はテレセントリックに照明される。ウェハ１０
２から反射した光は対物レンズ１０４の後側焦点面であ
る瞳面１１１に回折像を形成する。ハーフミラー１０５
で光路は分岐され、一方の光路はリレーレンズ１０８に
より、瞳面１１１上の回折像を画像検出器１０９上に結
像する。もう一方の光路は対物レンズ１０４によるウェ
ハ１０２上パターンの拡大像を画像検出器１０７上に投
影する。

【００３４】次に、図２により、半導体集積回路装置の
製造工程において、異物によりパターン形状欠陥の発生
する様子を説明する。ウェハ上に生成した薄膜上に異物
が付着した場合、次のホトレジスト塗布工程でホトレジ
ストを塗布され露光工程でパターンが転写される。現像
工程でレジストパターンが形成される。ここでエッチン
グ工程でレジストパターンと異物がマスクとなり、下地
の薄膜がエッチされる。除去工程でレジストが除去され
パターン欠陥や異物が残ることとなる。

【００３５】次に図３により、像面の画像処理により前
記パターンの形状欠陥を高感度に検出できる方法の一例
を説明する。像面の画像が結像される画像検出器１０７
に接続された本実施例の画像処理部１１２は、Ａ／Ｄ変
換器１１２ａ、遅延回路１１２ｂ、アライメント部１１
２ｃ、比較部１１２ｄ、欠陥判定部１１２ｅで構成され
ている。遅延回路１１２ｂ、アライメント部１１２ｃは
ＸＹステージ１１０を制御するステージ制御部１１０ａ
からの情報に基づいて、ウェハ１０２上のパターンの配
列ピッチだけデータを遅延させ、比較部１１２ｄにおい
て比較されるようにデータの取込みのタイミングを調整
し、ウェハ１０２上の繰り返しパターン３０１および３
０２をステージを走査して画像を取り込む。パターン３
０１の画像は遅延回路１１２ｂで遅延されパターン３０
２の画像とアライメント部１１２ｃにおいて位置合わせ
され比較部１１２ｄで比較され不一致部について欠陥判
定部１１２ｅで欠陥が検知される。

【００３６】次に図４により、瞳面の画像処理により前
記パターンの形状欠陥や異物の回折および散乱光を検出
する方法の一例を説明する。画像検出器１０９により検
出された瞳画像４０１は、差画像算出部１１３ｂにおい
て、画像メモリ１１３ａに格納された正常部の瞳画像４
０２と比較される。比較された正常なパターン部分の回
折光の分布を除去した差画像４０３を得ることにより、
欠陥あるいは異物の散乱あるいは回折光の分布を正確に
検出することができる。この差画像４０３は欠陥分類部
１１４に送られパターン欠陥および異物の分類が行われ
る。

【００３７】正常部分との差画像４０３をとることによ
り、高感度に検出された欠陥の回折光の分布は、たとえ
ば文献「Light Scattering for In-Line Inspection of
Etched Microstructure」（1993.5. Microlithography
World）に述べられているようにシミュレーションにも
とづき段差構造の推定に使うことができる。また、あら
かじめ登録された回折光分布とのたとえば相関係数を求
めることとでマッチング度を評価し欠陥および異物の分
類を行うこともできる。

【００３８】このような詳細な評価は、たとえば、後述
の図６で説明するレビューステーション６０１など別置
きの検査装置で、本発明の構成を適用することで可能と
なる。ここでは、リアルタイムで検出および分類を行う
簡略化した方法を説明する。

【００３９】図５はその処理内容を示すフローチャート
である。ステップ５０１の処理で、瞳画像の座標で領域
分けを行う。これは欠陥の段差方向の形状で分布が異な
り、たとえばエッチパターンでは中間周波数領域（Ｂ）
で分布が少なく、高周波領域（Ｃ）で強くなる傾向があ
り、一方、丸い異物では中間領域から高周波領域まで平
均的な強度が得られるなど欠陥の特徴の概要を示す特徴
パラメータを得るためである。次にステップ５０２にお
いて各領域で強度を積分し、前記特徴パラメータを得
る。この処理によりＳ／Ｎを向上させることができる。
つぎにステップ５０３でこれらの特徴パラメータの組合
せにより欠陥の分類を行う。その一例をグラフ５０４に
示す。この分類はたとえばルックアップテーブルなどを
使うことでハードウェアで高速に処理することも可能で
ある。

【００４０】そして、欠陥分類部１１４では、画像処理
部１１２からの欠陥の有無や欠陥の位置等の情報と、画
像処理部１１３から得られる、欠陥の分類情報とを総合
して、当該欠陥がパターン欠陥なのか、異物欠陥なのか
を直ちに判定して記録、あるいは出力する。

【００４１】このように、本実施例の検査装置によれ
ば、欠陥の有無や位置情報のみならず、当該欠陥の属性
情報をも同時に取得できるので、当該両検査を別々の装
置で実行する場合に比較して、迅速に正確な測定結果が
得られる。

【００４２】なお、図１の構成に対して、図１１に例示
されるように、ウェハ１０２の観察領域に対してレーザ
１１６ａを照射するレーザ光学系１１５およびレーザ源
１１６を付加した構成としてもよい。この場合には、ハ
ーフミラー１０５ａには波長選択性を持たせ、レーザ１
１６ａは瞳画像を検出する画像検出器１０９の側にのみ
入射させるようにする。これにより、画像検出器１０９
における瞳画像のＳ／Ｎ比が向上し、画像検出器１０９
に接続される画像処理部１１３における欠陥の分類処理
等をより高精度に行うことができるようになる。

【００４３】また、図１２に例示されるように、図１の
光学系に対して、ウェハ１０２とほぼ共役な位置に設け
られた所定の基準反射面１２０と、干渉用光学系１２１
を設け、ＸＹステージ１１０を上下動させることによ
り、像面画像を検出する画像検出器１０７の側において
干渉強度を測定する構成としてもよい。これにより、像
面画像を検出する画像検出器１０７の側からは、ウェハ
１０２の上に被着形成されたホトレジストの段差寸法に
関する情報が得られ、一方、画像検出器１０９の側の瞳
面画像からはホトレジストの膜厚や屈折率等に関する情
報が得られ、両者を総合することにより、ウェハ１０２
に被着形成されたホトレジスト等の薄膜に関する多様な
検査を短時間で遂行できる。

【００４４】以上説明したように、本実施例の検査方法
および装置によれば、以下の効果を得ることができる。

【００４５】(1).ウェハ１０２等の同一サンプルに対
し、容易にパターン形状に関する情報と、凹凸あるいは
膜厚に関する情報を照合することができるので、複数の
品質の総合的な影響を考慮して、品質管理することがで
きるので、半導体集積回路装置の製造歩留まりの向上が
可能となる。

【００４６】(2).前記(1）において、複数の品質データ
をとるため複数の検査装置による必要がなくなるので、
検査装置コストの低減、スループットの向上が可能とな
る。

【００４７】(3).前記(1) により、従来人手で行ってい
た欠陥と異物の分類を自動化できるので、検査員を低減
し、かつ検査コストの低減が可能となる。

【００４８】(4).前記(1) により、試作段階での製造プ
ロセスの精密調整を効率的に行うことができるので、新
製品の立ち上げ期間の短縮が可能となる。

【００４９】（実施例２）図６は、本発明の他の実施例
である検査方法および装置の構成の一例を示す概念図で
ある。

【００５０】この実施例２の場合には、図１に例示され
るような構成の外観検査装置６００と、当該外観検査装
置６００とは別置きで、検出した欠陥について観察を行
うレビューステーション６０１および画像データベース
６０２とをデータ通信線６０３を介して接続したもので
ある。

【００５１】そして、外観検査装置６００からデータ通
信線６０３を介し、ウェハ１０２上の欠陥または異物に
関する、たとえば座標、面積、長さなどのデータを受取
り、そのデータにもとづき欠陥の位置だしを行う。この
場合、像面検出系は、前記実施例１の外観検査装置のよ
うにウェハ１０２を走査し欠陥を発見するのでなく、よ
り高倍で欠陥の平面形状の特徴を抽出する処理を行う。
前記した外観検査より受け取った欠陥の大きさに関する
データにより、視野絞りの大きさ、あるいは倍率が、視
野絞り調節機構、および対物レンズ切り替え機構により
適切に選ばれる。そして、前述の図４および図５と同様
に欠陥の分類を行なった後、像面画像は画像データベー
ス６０２にファイルされる。

【００５２】（実施例３）図７は本発明のさらに他の実
施例である検査方法が実施される検査装置の構成の一例
を示す概念図であり、図８はその瞳画像の一例を示す説
明図である。本実施例では、検査対象物の一例として、
位相シフトレチクルを取り上げる。

【００５３】図７では、透過型の顕微鏡で像面検出系と
瞳面検出系により検査を行う一例を説明する。水銀ラン
プ等の光源７０１より波長選択されたｉ線の光はコンデ
ンサレンズ７０２により位相シフトレチクル７０３を照
明する。透明なガラス基板からなる位相シフトレチクル
７０３上には遮光膜としてのＣｒパターン７０４とシフ
タパターン７０５が図のように形成されている。位相シ
フトレチクル７０３で回折した光は対物レンズ７０６を
通過後、ハーフミラー７０７で分岐され、一方はリレー
レンズ７０８を介しレチクル面と共役の像面にパターン
像を結像し、画像検出器７０９で検出される。もう一方
の光はリレーレンズ７１０、リレーレンズ７１１を介
し、対物レンズ７０６の瞳７１３と共役面に置かれた画
像検出器７１２上に回折像を結像する。

【００５４】像面検出像は画像処理部７１５において画
像処理され位相シフトレチクル７０３のパターン形状お
よび寸法の検査にもちいる。一方、画像検出器７１２で
検出される瞳画像は、画像処理部７１４において処理さ
れる。瞳７１３上の回折像はシフタパターン７０５の位
相変換量に応じて変化するため位相の変化量を検出する
ことができる。図８の実線部８０１に位相変化量が１８
０度の場合、点線部８０２は位相差が０度の場合の回折
像である。位相が１８０度から誤差をもつと点線部の０
次光がもれてきて回折像に変化が生じる。この０次光の
レベル変化を検出することにより位相変化量の検査を行
う。

【００５５】そして、画像処理部７１４および画像処理
部７１５から上述のような情報は、総合処理部７１６に
入力され、この総合処理部７１６では、位相シフトレチ
クル７０３のパターン形状および寸法の検査と、シフタ
パターン７０５の位相変化量とを同時に把握して、位相
シフトレチクル７０３の総合的な評価を行う。

【００５６】なお、シフタパターン７０５による位相変
化量の測定に際しては、意図的に、画像処理部７１５に
おいて検出される像面検出像がデフォーカス状態となる
ように、対物レンズ７０６を制御して行ってもよい。こ
れにより、像面検出像が正焦点位置の場合よりも、瞳画
像による画像処理部７１４におけるシフタパターン７０
５による位相変化量の検出感度が高くなり、当該位相変
化量をより高精度に測定できる。

【００５７】なお、図１３に例示されるように、図７の
構成に対して、光源７０１からの光を分岐させるハーフ
ミラー７２１、位相可変光学素子７２２、ミラー７２
３、ミラー７２４、ハーフミラー７２５、等の要素を付
加した構成とし、画像検出器７０９および画像検出器７
１２の各々において、瞳面の干渉画像、および像面の干
渉画像をそれぞれ検出する構成としてもよい。位相可変
光学素子７２２は、たとえば、通過光路における気体の
屈折率を変化させることにより、位相シフトレチクル７
０３を透過する光の位相を随意に制御する。

【００５８】この場合には、画像検出器７０９の側の瞳
上パターンと位相変化により、シフタパターン７０５に
よる位相シフト光学像の品質を調べる。

【００５９】また、画像検出器７１２の側のパターン画
像により、シフタパターン７０５のＣｒパターン７０４
に対する位置合わせ精度を測定する。

【００６０】（実施例４）図９は本発明のさらに他の実
施例である検査装置の構成の一例を示す概念図であり、
図１０は、その瞳画像による膜厚測定の方法を示す概念
図である。

【００６１】本実施例では、反射型の位相シフトレチク
ルのパターンの品質検査装置を示す。すなわち、図９に
おいて、水銀ランプ９０１より波長選択されたｉ線の光
は集光レンズ９０２、ハーフミラー９０３ａ、リレーレ
ンズ９０３、対物レンズ９０４により位相シフトレチク
ル９０５を照明する。位相シフトレチクル９０５上には
Ｃｒパターン９０６とシフタ膜９０７が図のように形成
されている。位相シフトレチクル９０５で反射した光は
対物レンズ９０４を通過後、ハーフミラー９０９で分岐
され、一方はリレーレンズ９０３およびハーフミラー９
０３ａを介しレチクル面と共役の像面にパターン像を結
像し、画像検出器９１３で検出される。もう一方の光は
リレーレンズ９１０、リレーレンズ９１１を介し、対物
レンズ９０４の瞳９０８と共役面に置かれた画像検出器
９１２上に瞳像を結像する。

【００６２】画像検出器９１３で検出される像面検出像
は画像処理部９１５において画像処理されレチクルのパ
ターン形状および寸法の検査に用いる。一方、位相シフ
トレチクル９０５のパターンの無い部分に照明光を照射
することにより、画像検出器９１２上の瞳像はシフタ膜
９０７の膜厚、屈折率、吸収率に応じて変化するため、
画像処理部９１４において位相の変化量を検出すること
ができる。

【００６３】総合処理部９１６では、画像処理部９１４
および画像処理部９１５の情報を総合して、位相シフト
レチクル９０５の良否を評価する。

【００６４】図１０は、画像処理部９１４の構成および
測定原理を例示した概念図である。画像処理部９１４
は、測定光波長：λ、入射角：θ、シフタパターン膜
厚：ｄ、屈折率：ｎ、吸収係数：ｋ、等のパラメータか
ら入射角度に対する反射率の理論値を計算する理論計算
部９１４ａと、画像検出器９１２上の瞳像において測定
された入射角毎の反射率とを照合する比較部９１４ｂ
と、両者の波形の一致度に基づいてｄ，ｎ，ｋの値を選
択する選択論理９１４ｃを備えている。そして、前記膜
厚、屈折率、吸収率をパラメータとし理論値と実測値を
比較し前記パラメータの推定を行う。

【００６５】なお、位相シフトレチクル９０５上の検査
パターンとしては、図９に例示した形状のものに限ら
ず、たとえば図１４に例示される形状のものでもよい。

【００６６】すなわち、図１４の検査パターンは、位相
シフトレチクル９０５を構成するガラス基板等の上に、
島状のＣｒパターン９０６ａと、このＣｒパターン９０
６ａを所定の間隙をおいて取り囲む線状パターン９０６
ｂと、Ｃｒパターン９０６ａの上に被着形成されたシフ
タ膜９０７ａとで構成されている。線状パターン９０６
ｂの幅寸法は、当該位相シフトレチクル９０５によって
転写形成される回路パターンのデザインルールと同じ値
とする。

【００６７】これにより、遮光パターンを形成するＣｒ
パターンの寸法測定と、シフタパターンの物性の測定、
および９０６ｂのパターンと９０７ａのパターンの相対
位置、すなわち、合せ精度の測定とを同一の検査パター
ンで同時に行うことができる。

【００６８】このように、本実施例の検査装置によれ
ば、位相シフトレチクル９０５におけるＣｒパターン９
０６の形状および寸法の検査と、シフタ膜９０７の物性
の測定とを同時に行うことができ、検査工程における能
率を大きく向上させることができる。

【００６９】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、本発明は前記実施例
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。

【００７０】たとえば、本実施例の半導体集積回路装置
の製造工程において、特に外観検査におけるパターン欠
陥と異物の分類および位相シフトレチクルの品質管理に
適用した場合について説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、半導体集積回路装置の各製
造工程において、回路パターンの寸法、位置合わせおよ
び膜厚検査に適用し、露光装置の品質の制御を行うな
ど、プロセスのパターン形状に関する複数の品質の総合
的な適正化が要求される他の工程についても広く適用可
能である。

【００７１】

【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、
以下のとおりである。

【００７２】本発明の検査方法によれば、欠陥検査工程
において容易かつ迅速に形状欠陥と異物の分類を行うこ
とができる、という効果が得られる。

【００７３】また、本発明の検査装置によれば、同一の
装置により位相シフトレチクル等の原版の寸法、合わ
せ、および膜厚、屈折率、吸収係数という位相シフトレ
チクル等の原版の露光装置で使用時の投影像の品質を推
定できるパラメータを測定できるとともに、位相シフト
投影像の品質に関連するフーリエ変換像の検査も行うこ
とができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である検査装置の構成の一例
を示す概念図である。

【図２】半導体集積回路装置の製造工程における外観欠
陥の一例を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例１である検査装置における像面
画像処理の一手法の説明図である。

【図４】本発明の実施例１である検査装置における瞳面
画像処理の一手法の説明図である。

【図５】本発明の実施例１である検査装置における瞳面
画像処理の処理内容を示すフローチャートである。

【図６】本発明の実施例２である検査方法および装置の
構成の一例を示す概念図である。

【図７】本発明の実施例３である検査装置の構成の一例
を示す概念図である。

【図８】本発明の実施例３である検査装置の瞳画像の一
例を示す説明図である。

【図９】本発明の実施例４である検査装置の構成の一例
を示す概念図である。

【図１０】本発明の実施例４である検査装置の画像処理
部の構成および測定原理を例示した概念図である。

【図１１】本発明の実施例１の変形例を示す概念図であ
る。

【図１２】本発明の実施例１の変形例を示す概念図であ
る。

【図１３】本発明の実施例３の変形例を示す概念図であ
る。

【図１４】本発明の実施例４である検査装置において使
用される検査パターンの一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１０１光源１０２検査対象（ウェハ）１０３集光レンズ１０４対物レンズ１０５ハーフミラー１０５ａハーフミラー（波長選択手段）１０６リレーレンズ１０７画像検出器（第１の画像検出器）１０８リレーレンズ１０９画像検出器（第２の画像検出器）１１０ＸＹステージ１１０ａステージ制御部１１１瞳面１１２画像処理部（第１の画像処理手段）１１２ａＡ／Ｄ変換器１１２ｂ遅延回路１１２ｃアライメント部１１２ｄ比較部１１２ｅ欠陥判定部１１３画像処理部（第２の画像処理手段）１１３ａ画像メモリ１１３ｂ差画像算出部１１４欠陥分類部（判定論理：分類論理）１１５レーザ光学系１１６レーザ源１１６ａレーザ１２０基準反射面１２１干渉用光学系６００外観検査装置６０１レビューステーション６０２画像データベース６０３データ通信線７０１光源７０２コンデンサレンズ７０３位相シフトレチクル（原版）７０４Ｃｒパターン７０５シフタパターン７０６対物レンズ７０７ハーフミラー７０８リレーレンズ７０９画像検出器（第１の画像検出器）７１０リレーレンズ７１１リレーレンズ７１２画像検出器（第２の画像検出器）７１３瞳７１４画像処理部（第２の画像処理手段）７１５画像処理部（第１の画像処理手段）７１６総合処理部（判定論理）７２１ハーフミラー７２２位相可変光学素子７２３ミラー７２４ミラー７２５ハーフミラー９０１水銀ランプ９０２集光レンズ９０３リレーレンズ９０３ａハーフミラー９０４対物レンズ９０５位相シフトレチクル９０６Ｃｒパターン９０６ａＣｒパターン９０６ｂ線状パターン９０７シフタ膜９０７ａシフタ膜９０８瞳９０９ハーフミラー９１０リレーレンズ９１１リレーレンズ９１２画像検出器（第２の画像検出器）９１３画像検出器（第１の画像検出器）９１４画像処理部（第２の画像処理手段）９１４ａ理論計算部９１４ｂ比較部９１４ｃ選択論理９１５画像処理部（第１の画像処理手段）９１６総合処理部（判定論理）

フロントページの続き (72)発明者国吉伸治東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者渡辺健二東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者前島央東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路装置の製造工程における
半導体基板の検査方法であって、前記基板上の物体を検
出する顕微鏡光学系の光路を第１および第２の光路に分
岐させ、前記第１の光路上の前記基板の物体面と共役な
第１の面から得られる像面画像からは前記基板上の前記
物体の形状に関する第１の情報を取得し、前記第２の光
路上の前記顕微鏡光学系の対物レンズの瞳面と共役な第
２の面から得られる瞳面画像からは、前記物体によって
回折、反射、または散乱される光の強度分布についての
第２の情報を取得し、同一の前記基板について、あるい
は同一の前記基板上の前記物体について前記第１および
第２の情報を総合して、前記基板の品質を管理すること
を特徴とする検査方法。
【請求項２】前記基板を移動させながら前記第１およ
び第２の情報を取り込み、前記基板上の繰り返しパター
ンから得られる前記第１の情報同士を比較して不一致部
を検出することによって異常部位を特定する操作と、前
記繰り返しパターンから得られる前記第２の情報同士を
比較して前記異常部位の回折光を検出する操作とを並行
して行い、前記瞳面画像から抽出された前記回折光の強
度分布により前記基板上の凹凸に関連する分類を行っ
て、前記像面画像から検出した前記異常部位をパターン
形状欠陥または異物に分類することを特徴とする請求項
１記載の検査方法。
【請求項３】前記回折光の強度分布を前記瞳面画像の
座標系における空間周波数の分布として測定し、高空間
周波数域の割合が大きい場合は前記異常部位を前記パタ
ーン形状欠陥と判定し、中間空間周波数域の割合が大き
い場合には前記異常部位を前記異物と判定することを特
徴とする請求項２記載の検査方法。
【請求項４】前記第１および第２の情報は、それぞれ
前記像面画像および前記瞳面画像における干渉強度分布
であり、前記像面画像における干渉強度分布からは前記
基板上の段差を測定し、前記瞳面画像における干渉強度
分布からは前記基板上に形成された薄膜の膜厚や屈折率
を測定することを特徴とする請求項１または２記載の検
査方法。
【請求項５】前記基板上における前記顕微鏡光学系の
観察部位にレーザを照射し、このレーザの前記基板から
の反射光を前記瞳面画像を構成する前記第２の光路側に
選択的に導くことを特徴とする請求項１，２，３または
４記載の検査方法。
【請求項６】半導体集積回路装置の製造工程において
半導体基板に対するパターンの露光処理に用いられる原
版の検査方法であって、前記原版上の物体を検出する顕
微鏡光学系の光路を第１および第２の光路に分岐させ、
前記第１の光路上の前記原版の物体面と共役な第１の面
から得られる像面画像からは前記原版上の前記物体の形
状に関する第１の情報を取得し、前記第２の光路上の前
記顕微鏡光学系の対物レンズの瞳面と共役な第２の面か
ら得られる瞳面画像からは、前記物体によって回折、反
射、または散乱される光の強度分布についての第２の情
報を取得し、同一の前記原版について、あるいは同一の
前記原版上の前記物体について前記第１および第２の情
報を総合して、前記原版の品質を管理することを特徴と
する検査方法。
【請求項７】前記顕微鏡光学系の光源には、前記原版
の前記露光処理における露光光と同一の波長の光を発生
する光源を用い、前記原版は、透明基板と、この透明基
板上に所望の形状に形成された遮光パターンと、前記透
明基板および前記遮光パターンの少なくとも一方の上に
形成された透明な位相シフトパターンとからなり、前記
像面画像から得られる前記第１の情報に基づいて、前記
遮光パターンの形状および寸法と、前記位相シフトパタ
ーンの前記遮光パターンに対する位置合わせ精度を測定
し、前記瞳面画像から得られる前記第２の情報に基づい
て、前記位相シフトパターンの膜厚および屈折率および
前記露光光に対する吸収係数を測定することを特徴とす
る請求項６記載の検査方法。
【請求項８】前記第１および第２の情報が、前記像面
画像および前記瞳面画像における干渉強度分布であり、
前記像面画像における干渉強度分布によって前記遮光パ
ターンまたは前記位相シフトパターンの段差高さを測定
し、前記瞳面画像における干渉強度分布によって前記位
相シフトパターンにおける膜厚および屈折率の測定を行
うことを特徴とする請求項６記載の検査方法。
【請求項９】同一の光源から発生され、前記原版を透
過した透過光および前記原版を迂回した非透過光の干渉
像を、前記像面画像および前記瞳面画像から検出し、前
記像面画像により前記位相シフトパターンの前記遮光パ
ターンに対する位置合わせ精度および寸法の測定を行
い、前記瞳面画像において検出される位相変化量により
前記位相シフトパターンによって得られる光学像の品質
を測定することを特徴とする請求項６記載の検査方法。
【請求項１０】前記原版における前記顕微鏡光学系に
よる観察部位にレーザを照射し、このレーザの前記原版
からの反射光を前記瞳面画像を構成する前記第２の光路
側に選択的に導くことを特徴とする請求項６，７，８ま
たは９記載の検査方法。
【請求項１１】前記顕微鏡光学系は前記原版からの透
過光を捕捉し、前記第１の光路側の像面画像をデフォー
カス状態にして、前記第２の光路側の瞳面画像としての
回折像を観察することにより、前記原版に設けられた前
記位相シフトパターンにおける位相変化量を測定するこ
とを特徴とする請求項６記載の検査方法。
【請求項１２】半導体集積回路装置の製造工程におけ
る半導体基板の検査装置であって、前記基板が載置され
るステージと、前記基板上の物体を検出する顕微鏡光学
系の光路を第１および第２の光路に分岐させる光路分岐
手段と、前記第１の光路上の前記基板の物体面と共役な
第１の面に配置され、像面画像を検出する第１の画像検
出器と、前記第２の光路上の前記顕微鏡光学系の対物レ
ンズの瞳面と共役な第２の面に配置され、瞳面画像を検
出する第２の画像検出器と、前記第１の画像検出器に接
続され、前記像面画像から前記基板上の前記物体の形状
に関する第１の情報を取得する第１の画像処理手段と、
前記第２の画像検出器に接続され、前記瞳面画像から、
前記物体によって回折、反射、または散乱される光の強
度分布についての第２の情報を取得する第２の画像処理
手段と、同一の前記基板について、あるいは同一の前記
基板上の前記物体について前記第１および第２の情報を
総合して、前記基板の品質を判定する判定論理とを備え
たことを特徴とする検査装置。
【請求項１３】前記第１の画像処理手段は、前記第１
の画像検出器で得られる前記像面画像をディジタル化す
るアナログ・ディジタル変換部と、ディジタル化された
前記像面画像を前記ステージの移動情報に応じて遅延さ
せる遅延部と、前記アナログ・ディジタル変換部から到
来する第１のデータと前記遅延部から到来する第２のデ
ータを前記ステージの移動情報に応じて位置合わせする
アライメント部と、前記第１および第２のデータを比較
する比較部と、この比較部における比較結果に基づいて
前記基板における異常部位の有無を判定する欠陥判定部
とからなり、前記第２の画像処理手段は、前記第２の画
像検出器で得られる前記基板の正常部位の前記瞳面画像
を記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された
前記正常部位の前記瞳面画像と前記異常部位の前記瞳面
画像との差分をとる差画像抽出部と、前記差分に基づい
て前記異常部位を分類する分類論理とからなることを特
徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１４】前記顕微鏡光学系によって補足される
前記基板からの観察光と所望の基準面からの反射光とを
干渉させる干渉光学系と、前記基板が載置される前記ス
テージを上下動させる駆動機構とを備え、前記第１の画
像処理手段では前記第１の画像検出器から得られる像面
干渉画像に基づいて前記基板表面の段差に関する前記第
１の情報を取得し、第２の画像処理手段では前記第２の
画像検出器から得られる瞳面干渉画像に基づいて前記基
板上の薄膜の物性に関する前記第２の情報を取得するこ
とを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１５】前記基板上における前記顕微鏡光学系
の観察部位にレーザを照射するレーザ光源と、前記レー
ザの前記基板からの反射光を前記瞳面画像を構成する前
記第２の光路側に選択的に導く波長選択手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１２または１３記載の検査装
置。
【請求項１６】半導体集積回路装置の製造工程におい
て半導体基板に対するパターンの露光処理に用いられる
原版の検査装置であって、前記原版が載置されるステー
ジと、前記原版上の物体を検出する顕微鏡光学系の光路
を第１および第２の光路に分岐させる光路分岐手段と、
前記第１の光路上の前記原版の物体面と共役な第１の面
に配置され、像面画像を検出する第１の画像検出器と、
前記第２の光路上の前記顕微鏡光学系の対物レンズの瞳
面と共役な第２の面に配置され、瞳面画像を検出する第
２の画像検出器と、前記第１の画像検出器に接続され、
前記像面画像から前記原版上の前記物体の形状に関する
第１の情報を取得する第１の画像処理手段と、前記第２
の画像検出器に接続され、前記瞳面画像から、前記物体
によって回折、反射、または散乱される光の強度分布に
ついての第２の情報を取得する第２の画像処理手段と、
同一の前記原版について、あるいは同一の前記原版上の
前記物体について前記第１および第２の情報を総合し
て、前記原版の品質を判定する判定論理とを備えたこと
を特徴とする検査装置。
【請求項１７】前記顕微鏡光学系の光源には、前記原
版の前記露光処理における露光光と同一の波長の光を発
生する露光光源を用いられ、前記原版は、透明基板と、
この透明基板上に所望の形状に形成された遮光パターン
と、前記透明基板および前記遮光パターンの少なくとも
一方の上に形成された透明な位相シフトパターンとから
なり、前記像面画像から得られる前記第１の情報に基づ
いて、前記遮光パターンの形状および寸法と、前記位相
シフトパターンの前記遮光パターンに対する位置合わせ
精度を測定し、前記瞳面画像から得られる前記第２の情
報に基づいて、前記位相シフトパターンの膜厚および屈
折率および前記露光光に対する吸収係数を測定すること
を特徴とする請求項１６記載の検査装置。
【請求項１８】前記第１および第２の情報が、前記像
面画像および前記瞳面画像における干渉強度分布であ
り、前記第１の画像処理手段は、前記像面画像における
干渉強度分布によって前記遮光パターンまたは前記位相
シフトパターンの段差高さを測定し、前記第２の画像処
理手段は、前記瞳面画像における干渉強度分布によって
前記位相シフトパターンにおける膜厚および屈折率の測
定を行うことを特徴とする請求項１６記載の検査装置。
【請求項１９】前記顕微鏡光学系とともに当該顕微鏡
光学系において得られる前記原版からの検出光を干渉さ
せる干渉光学系を備え、前記第１の画像処理手段は前記
像面画像により前記位相シフトパターンの前記遮光パタ
ーンに対する位置合わせ精度および寸法の測定を行い、
前記第２の画像処理手段は前記瞳面画像において検出さ
れる位相変化量により前記位相シフトパターンによって
得られる光学像の品質を測定することを特徴とする請求
項１６記載の検査装置。
【請求項２０】前記原版における前記顕微鏡光学系に
よる観察部位にレーザを照射するレーザ光源と、前記レ
ーザの前記基板からの反射光を前記瞳面画像を構成する
前記第２の光路側に選択的に導く波長選択手段とを備え
たことを特徴とする請求項１６，１７，１８または１９
記載の検査装置。