JPH0989791A - パターン検査装置の検査性能評価方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターン検査装置における重要な種々の点検
項目の基礎的条件を検出し補正することにより、常に最
適の規定された状態に検査装置を管理すること。 【解決手段】 被検査物の回路パタ−ンまたは配線パタ
−ンの良否を判定する検査装置の検査性能評価方法にお
いて、光学系特性、アライメント特性、照度分布特性を
評価するパタ−ンを有し且つ前記パタ−ンからの光量を
検出する検出素子を有する検査性能評価検出器を被検査
物載置用のステ−ジに設置し、複数の評価パタ−ンを光
学的に検出できるようにステ−ジを順に移動し、その都
度、評価パタ−ンによる結像されたパタ−ン像から光学
系特性、アライメント特性の情報を得ると共に前記検出
素子から照度分布特性の情報を得、これらの情報から検
査装置のそれぞれの検査性能を評価し、この評価に基づ
き検査装置の検査性能を最適の規定された状態にそれぞ
れ補正すること。

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、Ｔ
ＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の半導体
基板等の被検査対象物上に形成された微細な回路パター
ンまたは配線パターンからなる被検査パターンの高精度
な寸法を測定、検出する被検査対象物上のパターン検査
装置、前記被検査対象物上のパターンにおける微細な欠
陥検査を行う被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置
の検査性能評価方法及びそのための装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近、たとえば、半導体ウェハ、ＴＦＴ
液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等上に形成され
た回路パターンまたは配線パターンからなる被検査パタ
ーンは、高集積化のニーズに対応して微細化が図られて
いる。ところで、高集積化に伴って回路パターンまたは
配線パターンはますます微細化されるため、検出しなけ
ればならない欠陥についても益々微小なものとなる。こ
のように微細な欠陥の検出が、回路パターンまたは配線
パターンを製造する際、これら回路パターンまたは配線
パターンの良否を判定する上で非常に重要な課題となっ
てきている。

【０００３】しかし、前記微細化がさらに進んで、回路
パターンまたは配線パターン等の被検査パターンにおい
て、微小欠陥検出が結像光学系の解像限界に達してきた
ので、本質的な解像度の向上が求められている。

【０００４】このように本質的な解像度の向上を図る従
来技術としては、特開平５−１６０００２号公報に記載
されたものが知られている。この従来技術には，マスク
上に形成された微細な回路パターンに対して、光源空間
フィルタにより多数の仮想の点光源を配列して構成され
た輪帯状の拡散照明を施す照明手段と、該照明手段によ
ってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過もしくは反
射する上記微細なパターンからの回折光を十分に取り込
み、この取り込まれた光の内、０次回折光又は低次回折
光の少なくとも一部を遮光する結像空間フィルタを有す
る光学的瞳を有し、該光学的瞳を通過して結像された回
路パターンを受光して画像信号を得る受光手段と、該受
光手段から得られる画像信号とマスクパターンデータ又
はウェハパターンデータ又は転写シュミレータからのデ
ータと比較してパターンを検査する比較手段とを備えた
パターン検査装置について記載されている。

【０００５】またこの従来技術においては、パターン形
状データに応じて光源空間フィルタ及び結像空間フィル
タの形状を制御することについて記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、被検査対象物上の微細なパターンに
対して輪帯状の拡散照明を施して、対物レンズの開口
（瞳）内に上記微細なパターンからの回折光を十分に取
り込んで高解像度の画像信号を得て微細なパターンの欠
陥を検出しているが、検査装置自体の状態を監視し、常
に一定の状態に装置性能を保つ機能がないため、高信頼
度で微細な欠陥を検出する点について十分考慮されてい
ないという課題を有していた。

【０００７】つまり、従来の装置では、光学系が熱等の
影響を受け、焦点位置、解像度などが変動した場合、こ
れを検出し、補正する手段がなかった。また、アライメ
ントについても、ドリフト等を補正する手段がなく、さ
らに、照度分布においては、ダミーの平坦なウェハを用
いて測定する必要があった。

【０００８】また、ステージの走行性については、その
性能を評価する手だてがなかったため、ある一定の時期
がきたら交換するか、著しく性能が低下し、その原因が
ステージであることが判明したとき交換していた。

【０００９】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、半導体ウェハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、
プリント基板等の半導体基板の被検査対象物上に存在す
る様々な微細パターンを高信頼度で検出できるようにし
た被検査対象物上のパターン検査装置の検査性能評価方
法及びそのための装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明では、パターン検査装置自身でパターン検査
を行う上で重要な光学系の焦点位置、倍率、解像度、照
度分布、アライメント及びステージの走行性能の評価が
可能なパターンを有し且つ前記パタ−ンからの光量を検
出する検出素子を有する検査性能評価検出器をステージ
上に設ける。そして、このパターンから得られる情報及
び検出素子から得られる情報をもとに検査装置の検査性
能の評価を行い管理する。

【００１１】本発明によれば、パターン検査装置におけ
る重要な種々の点検項目の基礎的条件を検出し補正する
ことができるため、常に最適の規定された状態に検査装
置を管理することが可能となり、信頼性の高い検査が可
能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係わるパターン検査装置
の実施の形態を図面を用いて説明する。

【００１３】第１図は本発明のパターン検査装置の一実
施の形態を示す構成図である。即ち、１は対物レンズで
あり、２は被検査パターンの一例である半導体ウェハで
ある。３は被検査パターンの一例である半導体ウェハ２
を照明する照明光源である。４はＸ，Ｙ，Ｚ，θ（回
転）ステージであり、被検査パターンの一例である半導
体ウェハ２を搭載するものである。

【００１４】５は、光学系の焦点位置、倍率、解像度、
照度分布、アライメント及びステージ４の走行性能の評
価が可能なパターンを有し且つ前記パタ−ンからの光量
を検出する検出素子を有する検査性能評価検出器で、図
２に示すようにステージ４上のステージ可動範囲内で半
導体ウェハ２と重ならない位置に、半導体ウェハ２と高
さが同じとなるように設定されている。検出器５は図３
に示す検出光量及びオートフォーカス検査用の領域５a
と、解像度検査用の領域５bと、アライメント検査用の
領域５cと、照明光量検査用の領域５dと、ステージ検査
用の領域５eと、欠陥検出評価用の領域５fからなり、パ
ターンは図４のように例えば Si基板をエッチングする
か、もしくは図５に示すようにガラス基板を成膜し、こ
れをエッチングすることにより得る。

【００１５】６はハーフミラーであり、照明光源３から
の光を反射させて対物レンズ１を通して半導体ウェハ２
に対してたとえば明視野照明を施すように構成してい
る。７は第２対物レンズで、所望の位置に対物レンズの
倍率で像を結像させるものである。８、９はハーフミラ
ーで半導体ウェハ２からの反射光の一部を反射させるも
のであり、１０はズームレンズである。

【００１６】１１はアライメント用センサであり、１２
はオートフォーカス用センサであり、１３は明視野検出
用イメージセンサである。１４はステージ４の制御部で
あり、１５は照明光源３の制御部である。１６はアライ
メントの制御部であり、１７はオートフォーカスの制御
部であり、１８はズームレンズの制御部である。１９は
明視野検出の制御部であり、２０は装置本体である。２
１は透過率可変部で、例えば液晶のように任意の位置の
明るさを変えられるもので、２２はその制御部である。

【００１７】次に動作について説明する。対物レンズ１
の検出領域に検出器５の検出光量及びオートフォーカス
検査用の領域５aがくるようにステージ４を移動させ
る。次にステージ４をＺ方向にある決められたステップ
で移動させてオートフォーカス用センサ１２で明るさ情
報を検出する。

【００１８】そして、各ステップ毎にステージ４を走査
して検出器５を等速で移動させつつ、もしくはステージ
４を固定してイメージセンサ１１により検出器５上の５
aの明るさ情報（濃淡画像信号）を検出する。この得ら
れた画像信号の値が最も高いＺ位置をベストフォーカス
位置として明視野検出制御部１９に情報が送られる。ベ
ストフォーカス位置の算出にはたとえば図６に示すよう
に山登り式に各位置での明るさをプロットし、たとえば
２次曲線近似し、頂点位置をベストフォーカス位置と設
定する。

【００１９】また、オートフォーカス用センサ１２で得
られた画像信号よりオートフォーカス制御部１７によ
り、ベストフォーカス位置を求め、この情報が明視野検
出制御部１９に送られる。この２つの情報の差分が装置
オフセットであり、これが本体２０に送られ、新たな装
置オフセットとして登録される。ベストフォーカス位置
と算出されたＺ位置で得られた画像信号に対してイメー
ジセンサ１３での光量分布を新たな明レベルの分布とし
て本体２０で登録される。

【００２０】上記手法によりベストフォーカス位置とさ
れたＺ位置において検出器５の解像度検査用領域５ｂが
くるようにステージ４を移動させる。解像度検査用５b
には図７に示すように少なくとも１種類以上のパターン
を具備する。図８は図７の実施の形態の別のパターン例
であり、水平、垂直なパターンが一体となったL字型パ
ターンである。そしてステージ４を走査して検出器５を
等速で移動させつつ、イメージセンサ１１により検出器
５上の解像度検査用領域５ｂのパターンの明るさ情報
（濃淡画像信号）を検出する。

【００２１】この検出信号（図９）より解像度を評価
し、装置２０検査に支障を来す解像度低下がみられるか
を判断して、支障を来すようなら異常信号を発し、メン
テナンスを促す。また、明視野検出制御部１９により図
９の検出画像からパターンピッチｐを求め、これより倍
率を算出し、ズームレンズ１０の倍率変動を求め、ズー
ムレンズ制御部１８に倍率変動量情報を送り、補正す
る。

【００２２】次に、検出器５上のアライメント検査用領
域５ｃがくるようにステージ４を移動させ、アライメン
トセンサ１１でアライメント検査用領域５ｃ上のアライ
メントパターンを検出する。アライメントパターンとし
ては、図１０に示す例えば十字マークがある。アライメ
ント制御部１６でアライメント位置を算出しステージ４
のアライメント位置座標と比較し、ステージ制御部１４
で位置ずれ量を補正する。

【００２３】次に検出器５上の光量測定領域５ｄにステ
ージ４を移動し、図１１に示すように検出器５に内蔵さ
れた検出素子２３で図１２に示すような遮光部２４と透
過部２５とからなるパターンを用いて光量を測定する。
これを、ステージ４を逐次移動しながら行うことによ
り、図１３に示すような照明照度分布を測定する。

【００２４】この照明照度分布が装置初期状態と異なる
場合、照明光源制御部１５によりランプハウス位置を調
整する。さらにこの情報は明視野検出制御部１９に送ら
れ、イメージセンサ１３上の照度分布と比較し、照度分
布変動の原因が照明、検出光学系ののいずれかにあるか
を判定する。照明系に照度分布変動の原因がある場合は
ランプハウス制御部１５によりランプハウス状態を最適
化する、もしくは透過率可変制御部２２により透過率可
変部２１の透過率を変え、照度分布が一様となるように
制御する。また、照度分布が仕様未達となったときに
は、この情報を本体２０に転送し、異常信号を発し、メ
ンテナンスを促す。

【００２５】光量測定用パターンとしては、図１４に示
すようなパターンなら一方向への移動を行うことで領域
全域の照度分布を測定することができる。さらに図１５
のようなパターンならステージ４を移動することなく領
域全域の照度分布を測定することができる。このとき分
布の測定方法としては図１６に示すように各々のピンホ
ールを通過した光が干渉しないように多数のセンサを配
置する方法と図１７に示すように１次元もしくは２次元
イメージセンサの検出領域を分けて領域内で信号を加算
することによって得る方法がある。

【００２６】次に検出器５上のステージ検査用領域５e
がくるようにステージ４を移動させる。そしてステージ
４を走査して検出器５を等速で移動させつつ、イメージ
センサ１１により検出器５上のステージ検査用領域５e
のパターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を検出する。
この検出信号よりステージの走行性能を評価し、装置２
０で検査に支障を来すステージ走行性能低下がみられる
かを判断して、支障を来すようなら異常信号を発し、メ
ンテナンスを促す。

【００２７】ステージ検査用領域５eのパターンとして
図１８のようなラインアンドスペースを用いる。この水
平方向のラインアンドスペースパターンはステージのピ
ッチング評価に用いる。また垂直方向のラインアンドス
ペースパターンは定速性の評価に用いる。

【００２８】図１９は図１８のパターンの別の実施の形
態で千鳥格子状パターンにすることにより、一度にピッ
チングと定速性の評価が行える。

【００２９】次に検出器５上の欠陥検出評価用領域５ｆ
がくるようにステージ４を移動させる。そしてステージ
４を走査して検出器５を等速で移動させつつ、イメージ
センサ１１により検出器５上のステージ検査用領域５ｆ
のパターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を検出する。
そして欠陥がある部分の検出信号と欠陥がない部分の検
出信号より欠陥検出性能を評価し、装置２０で検査に支
障を来す欠陥検出性能低下がみられるかを判断して、支
障を来すようなら異常信号を発し、メンテナンスを促
す。

【００３０】図２０は評価用パターンの実施の形態で、
少なくとも間隔の異なる２種類以上のラインアンドスペ
ースに少なくとも大きさの異なる２種類以上のかけとふ
くらみパターンを形成する。

【００３１】図２１は図２０のパターンと直行する向き
のパターン上に欠陥を具備した実施の形態で図２２は図
２０と図２１両方具備したパターン実施の形態である。
図２３は孤立の欠陥の実施の形態で、明視野検出のみな
らず、暗視野検出を行うときに有効である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、検査装置それ自体の種
々の点検項目の基礎的条件を検出し補正することができ
るため、常に最適の規定された状態に管理することが可
能となり、信頼性の高い検査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る被検査パターンの検査装置の一実
施の形態を示す構成図である。

【図２】検出器のステージ上での配置図である。

【図３】検出器上のパターンを表した図である。

【図４】パターン形状断面の一実施の形態である。

【図５】パターン形状断面の一実施の形態である。

【図６】ｚと明るさ情報の関係を表したものである。

【図７】解像度評価用パターンの一実施の形態である。

【図８】解像度評価用パターンの一実施の形態である。

【図９】検出信号を表した図である。

【図１０】アライメント評価用パターンの一実施の形態
である。

【図１１】検出器のステージへの内蔵状態を表した図で
ある。

【図１２】照明光量評価用のパターンの一実施の形態で
ある。

【図１３】照明照度分布を表した図である。

【図１４】照明光量評価用のパターンの一実施の形態で
ある。

【図１５】照明光量評価用のパターンの一実施の形態で
ある。

【図１６】照明光量を測定するセンサの一実施の形態で
ある。

【図１７】照明光量を測定するセンサの一実施の形態で
ある。

【図１８】ステージ評価用のパターンの一実施の形態で
ある。

【図１９】ステージ評価用のパターンの一実施の形態で
ある。

【図２０】欠陥検出性能評価用のパターンの一実施の形
態である。

【図２１】欠陥検出性能評価用のパターンの一実施の形
態である。

【図２２】欠陥検出性能評価用のパターンの一実施の形
態である。

【図２３】欠陥検出性能評価用のパターンの一実施の形
態である。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 半導体ウェハ ３ 照明光源 ４ X,Y,Z,θステージ ５ 検査性能評価検出器 ６ ハーフミラー ７ 第２対物レンズ ８ ハーフミラー ９ ハーフミラー １０ ズームレンズ １１ アライメント用センサ １２ オートフォーカス用センサ １３ 明視野検出用イメージセンサ １４ ステージ制御部 １５ 照明光源制御部 １６ アライメント制御部 １７ オートフォーカス制御部 １８ ズームレンズ制御部 １９ 明視野検出制御部 ２０ 装置本体 ２１ 透過率可変部 ２２ 透過率可変部制御部 ２３ 検出素子 ２４ 遮光部 ２５ 透過部 ２６ かけパターン ２７ ふくらみパターン ２８ 孤立欠陥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 仁志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 岡 健次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 牧平 担 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物の回路パタ−ンまたは配線パタ
   −ンの良否を判定する検査装置の検査性能評価方法にお
   いて、光学系特性、アライメント特性、照度分布特性を
   評価するパタ−ンを有し且つ前記パタ−ンからの光量を
   検出する検出素子を有する検査性能評価検出器を被検査
   物載置用のステ−ジに設置し、複数の評価パタ−ンを光
   学的に検出できるようにステ−ジを順に移動し、その都
   度、評価パタ−ンによる結像されたパタ−ン像から光学
   系特性、アライメント特性の情報を得ると共に前記検出
   素子から照度分布特性の情報を得、これらの情報から検
   査装置のそれぞれの検査性能を評価し、この評価に基づ
   き検査装置の検査性能を最適の規定された状態にそれぞ
   れ補正することを特徴とする検査装置の検査性能評価方
   法。
2. 【請求項２】 被検査物の回路パタ−ンまたは配線パタ
   −ンの良否を判定する検査装置の検査性能評価方法にお
   いて、光学系特性、アライメント特性、照度分布特性及
   びステ−ジ走行特性を評価するパタ−ンを有し且つ前記
   パタ−ンからの光量を検出する検出素子を有する検査性
   能評価検出器を被検査物載置用のステ−ジに設置し、複
   数の評価パタ−ンを光学的に検出できるようにステ−ジ
   を順に移動し、その都度、評価パタ−ンによる結像され
   たパタ−ン像から光学系特性、アライメント特性及びス
   テ−ジ走行特性の情報を得ると共に前記検出素子から照
   度分布特性の情報を得、これらの情報から検査装置のそ
   れぞれの検査性能を評価し、この評価に基づき検査装置
   の検査性能を最適の規定された状態にそれぞれ補正する
   ことを特徴とする検査装置の検査性能評価方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記評価パタ−ンは、検出光量を測定するパタ−ン、オ
   −トフォ−カスを測定するパタ−ン、解像度を測定する
   パタ−ン、アライメントを測定するパタ−ン、欠陥検出
   評価用のパタ−ン、照度分布を測定するパタ−ンである
   ことを特徴とする検査装置の検査性能評価方法。
4. 【請求項４】 請求項２において、 前記評価パタ−ンは、検出光量を測定するパタ−ン、オ
   −トフォ−カスを測定するパタ−ン、解像度を測定する
   パタ−ン、アライメントを測定するパタ−ン、欠陥検出
   評価用のパタ−ン、照度分布を測定するパタ−ン、ステ
   −ジ走行性能を測定するパタ−ンであることを特徴とす
   る検査装置の検査性能評価方法。
5. 【請求項５】 被検査物の回路パタ−ンまたは配線パタ
   −ンの良否を判定する検査装置の検査性能評価装置にお
   いて、光学系特性、アライメント特性、照度分布特性を
   評価するパタ−ンを有し且つ前記パタ−ンからの光量を
   検出する検出素子を有する検査性能評価検出器と、前記
   検査性能評価検出器を被検査物と同一高さとなるように
   設置した被検査物載置用ステ−ジと、評価パタ−ンを光
   学的に検出し結像させる手段と、結像されたパタ−ン像
   から光学系特性、アライメント特性の情報を得る手段
   と、前記検出素子から照度分布特性の情報を得る手段
   と、これらの情報から検査装置のそれぞれの検査性能を
   評価する手段と、この評価に基づき検査装置の検査性能
   を最適の規定された状態にそれぞれ補正する手段と、を
   備えたことを特徴とする検査装置の検査性能評価装置。
6. 【請求項６】 被検査物の回路パタ−ンまたは配線パタ
   −ンの良否を判定する検査装置の検査性能評価装置にお
   いて、光学系特性、アライメント特性、照度分布特性及
   びステ−ジ走行特性を評価するパタ−ンを有し且つ前記
   パタ−ンからの光量を検出する検出素子を有する検査性
   能評価検出器と、前記検査性能評価検出器を被検査物と
   同一高さとなるように設置した被検査物載置用ステ−ジ
   と、評価パタ−ンを光学的に検出し結像させる手段と、
   結像されたパタ−ン像から光学系特性、アライメント特
   性及びステ−ジ走行特性の情報を得る手段と、前記検出
   素子から照度分布特性の情報を得る手段と、これらの情
   報から検査装置のそれぞれの検査性能を評価する手段
   と、この評価に基づき検査装置の検査性能を最適の規定
   された状態にそれぞれ補正する手段と、を備えたことを
   特徴とする検査装置の検査性能評価装置。
7. 【請求項７】 請求項５において、 前記評価パタ−ンは、検出光量を測定するパタ−ン、オ
   −トフォ−カスを測定するパタ−ン、解像度を測定する
   パタ−ン、アライメントを測定するパタ−ン、欠陥検出
   評価用のパタ−ン、照度分布を測定するパタ−ンである
   ことを特徴とする検査装置の検査性能評価装置。
8. 【請求項８】 請求項６において、 前記評価パタ−ンは、検出光量を測定するパタ−ン、オ
   −トフォ−カスを測定するパタ−ン、解像度を測定する
   パタ−ン、アライメントを測定するパタ−ン、欠陥検出
   評価用のパタ−ン、照度分布を測定するパタ−ン、ステ
   −ジ走行性能を測定するパタ−ンであることを特徴とす
   る検査装置の検査性能評価装置。