JPS60154634A - パタ−ン欠陥検査装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体製造プロセスにおいて形成されたパタ
ーンの欠陥検査装置に係り、特に、リソグラフィの限界
のために生じた丸みが問題となる微細なパターンの検査
に好適なパターン欠陥検査装置に関する。

〔発明の背景〕

微細なパターンの検査方法には、パターンの映像信号の
画像処理をして欠陥を発見する方法等があるが、この発
明において対象とするのは、レーザ光をパターンの形成
された基鈑に照射したとき発生する反射回折光を利用す
る方法である。

上記方法の原理について説明する。

一般に半導体パターンのエッチの方向には規則性がある
。第１図は、エッチの方向が０度方向と定義したパター
ンｌを示している。半導体パターンに使用されるエッチ
の他の方向は、第」図に示したように、４５度、９０度
、１３５度方向のみである。

いま、０度方向のエッチを有するパターンに、第２図の
ように、レーザ光２を照射した場合を考える。このとき
、０度方向のエッチによる反射回折光の方向は９０度方
向で強くなる。ここでいう９０度方向とは対向方向であ
る２７０度方向も含んでおり、以下、他の方向でも同様
である。パターンのエッチの方向は限られているため、
反射回折光の強くなる方向は０度、４５度、９０度。

１３５度方向（正常方向）だけである。

第３図に示したパターンには欠陥がある。このときには
、正常方向の中間方向である、２２．５度、６７．５度
、１１２．５度、１．５７．５度方向（異常方向）への
反射回折光が強くなる。これらの異常方向への反射回折
光が入射するように対向する８個の光検出器をＬノーザ
照射部の周辺に配置し、レーザ光を走査しながら、対向
方向の出力が加え合わされたこれら光検出器の出力の変
化を観測すれば、パターン欠陥の有無がわかる。

パターンのサイズが大きく、かつ、走査しているレーザ
光のスポットサイズが大きいときはパターンに欠陥があ
ると、異常方向に配置された光検出器からの出力にパル
スが発生し、これがパターンの欠陥の存在を示していた
。しかし、近年、半導体パターンの微細化が進み、雫に
パルスの検出だけでは欠陥と判定できなくなってきた。

半導体パターンの微細化に伴っＣ、レーザ光をより細く
絞って、微細な欠陥を検出する必要性が高まってくる。

このどき問題どなるのは、リソグラフィの限界のために
生じるパターンの丸みである。第４図に示した例では、
直角部分をもつパターン３に、半径約１μｍの丸みが生
じている。丸みがあってもパターンは正常である。しか
し、パターンが正常であるにもがかわらず、第４図に示
したように、レーザ光を照射したとき、この丸みのため
に、２２．５度および６７．５度の異常方向に反射回折
光が発生してしまう。したがって、このような丸みの上
をレーザ光が走査したならば、異常方向に設置された光
検出器の出力にパルスが発生して、パターンに欠陥があ
るがごとき誤信号となる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の点に着目してなされたものであり、ｖ
Ｉｌ細なパターンの欠陥を検査１゛るとき、リングラフ
ィの限界のために発生した丸みによる誤信号に対処可能
なパターン欠陥検査装置を提供することを目的とするも
のである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では、パターンが形
成された半導体基板上を収束したコヒーレント光で走李
し、該パターンからの反射回折光が該パターンの規則性
が乱れたとき発生する複数の方向に光検出器を配置した
パターン欠陥検査装置において、該方向すべての信号を
加算し、この加算結果と設定されたしきい値とを比較し
、加算結果が大きいとき、該パターンに欠陥があると判
定する回路と、前記加算結果がしきい値より小さいとき
、該パターンの規則性により反射回折光が強くなる複数
の方向の信号のなかから所望の大きさの順番の信号を選
択する回路と、該パターンからの反射回折光が該パター
ンの規則性が乱れたとき発生′する複数の方向の信号の
なかから所望の大きさのＭ番の信号を選択する回路と、
これら二つの選択さハた信号に数値処理を施し、この二
Ｓ、っの信号の大小関係により欠陥の有無を判定する回
路とを具備づる如く構成した：ｂのである。

〔発明の実施例〕

最初に、本発明の基本的考え方について、以−ト詳述す
る。

第一の方法とじて以ゴ〜のことを行なう。リソグラフィ
の限界のために発生した丸み（以ト、９５．に「丸み」
と呼ぶ）による異常方向Ｉ＼の反射回折光の大きさけ限
ら九でいるので、外部から考えた適当な大きさのしきい
値より、異常方向の信号を全部加え合わせたものが大き
いとき、欠陥があると判定する。

加え合わせた信号がしきい値により小さいときは、次の
第２の判定方法を採用する。丸みが発生したことによっ
て、異常方向だけでなく、正常方向にも同程度の強度の
反射回折光を出すことに気付き、この第二の判定方法が
提案された。第５図。

第６回は、エッチが直角部分をもつパターン３と４５度
に交わっているパターンを示している。そ、＃ｔぞれ角
に丸みが存在する。この丸みが生じたことによつＣ１新
たに発生する反射回折光は、本来のエッヂの反射回折光
以外に、異常方向（第５図では２２．５度、１５７．５
　度方向、第６図では６７．５度、１１２．５　度、１
５７．５　度方向）だけでなく、正常方向（第５図では
４５度方向。

第６＠では９０度、１３５度方向）にもある。これらの
方向ｌ＼の反射回折光は、エッチの長さに比例するため
、はぼ同程度の強度である。

従来方法では異常方向だけに注目して、正常方向の信号
は使用しなかった。両者の信号を使用した判定方法によ
り、丸みによる誤検出をなくすることが可能である。た
とえば、第５図における丸みが発生して、異常方向であ
る６７．５　度方向に反射回折光が発生しても、６７．
５度方向と同等な大きさの４５度方向があれば、正常パ
ターンと判定する。

一般に、丸みが存在しない場合でも、正常なパターンで
あれば、本来のパターンのエッチによらない正常方向か
ら適当に一つ選択し、かつ異常方向からも適当に一つ選
択したとき、同等な大きさのものを選択することができ
る。丸みによらない、異常方向に大きい反射回折光を発
生する異常パターンが存在するならば、正常パターンの
場合と同様な選択方法を使ったとしても、同等な大きさ
のものは選択できなくなる。このように、正常パターン
であれば、同等なものが選択できる選択方向が、同等な
ものを選択できないとき、異常パターンがあると判定す
る。

丸みによって新たに発生した正常方向は異常方向の反射
回折光を利用する上記の方法は、第７図のように、エッ
チが直角に交わった線状のパターン５やエッチが４５度
に交わった線状のパターン６においても同様に使用でき
る。また、第５図。

第６図、第７図において、パターンの付着している部分
と付着していない部分とが反転しても事情は変わらない
。

十脅鳴か０噴→１例寺 以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。

第８図は本発明の一実施例における検出系を表わしてい
る。微細パターンの形成された基板７上を収束レーザ光
８で走査する。基板７は移動可能な試料台の上に乗せら
れている。微細パターじによる反射回折光９は光検出器
１０〜２５で検出する。第８図においては光検出器１０
，１１．１８だけしか書いていない。

第９図は第８図の上面図である。光検出器１０〜２５は
２２．５度間隔で基板７の周囲に配置されている。パタ
ーンのエッヂの方向の−っは、検出器１０と検出器１８
の方向に一致しているものとする。

第１０図は信号処理回路を示している。光検出器からの
信号は必要に応じて増幅しておく。対向する光検出器の
信号（たとえば、光検出器１ｏと１８）は加算回路２６
により加えられた後、それぞれ、ＡＤ変換器２７により
デジタル化される。

収束レーザ光８を余香しているので一パターンＬ−欠陥
があった場合、あるいは丸みがあった場合には、異常方
向に設置している光検出器にパルスが生じる。このパル
ス信号の検出をパルス検出器２８で行なう。

パルスが検出器２８でパルスが検出されても、前述した
ように、丸みによる可能性があり、これを除外する必要
がある。

丸みによる異常方向への反射回折光の強度には限度があ
り、異常方向の信号を全部加えた値が外部から設定した
しきい値Ｖｔｈより大きいならば、必らず丸みによらな
いパターンの欠陥が存在する。

この実現のためには、加算回路２９により、異常方向の
四信号を加え合わせ、その結果がしきい値Ｖよより大き
いならば、パルス検出器２８で検出したパルスは欠陥で
あると論理判定回路３ｏで判定する。

異常方向の四信号を加え合わせたものがしきい値Ｖｉｈ
より小さいときは以下の判定を行なう。

信号選択回路３１により、２番目に大きい信号を四つの
異常方向の信号から選び出し、また、信号選択回路３２
により、２番目に小さい信号を四つの正常方向の信号か
ら選び出す。そして、選び出された正常方向に適当な１
以上のある定数を掛け、その値が異常方向で選択された
信号より大きいか否かを大小判定回路３３で判定する。

異常方向の選択された信号の方が大きいとき、欠陥パタ
ーンが有ると判定し、小さければなしと判定する。

この結果は、パルスがパルス検出器２８で検出され、か
つ、異常方向の信号の合計がしきい値Ｖｔｈより小さい
とき、論理判定回路３０より出力される。上記の異常方
向あるいは正常方向の信号の選択方法により、可能性の
あるすべてのエッチに対して対応が可能となった。

ここで、異常方法では２番目に大きい信号、正常方向で
は２番目に小さい信号を選択した理由を述べる。

第５図において、正常方向である４５度方向の反射回折
光と、異常方向である６７．５　度。

２２．５度方向の反射回折光の大きさはほとんど同じで
ある。第５図には書いていないが、強度の強い０度、９
０度方向の反射回折光と、強度の弱い１３５度方向の反
射回折光とが存在するため、目的とする４５度方向は、
２番目に小さいものとなる。異常方向では、６７．５度
あるいは２２．５度方向（他の二方向は小さい）のどち
らかを採用してもよいが、エッチが１３５度で交わるパ
ターンを考慮して、２番目に大きいものを選ぶことにす
る。第６図においても、４個の正常方向（強度の強い０
度、４５度方向は明示せず）の２番目に小さいものを選
べば、丸みによって発生した正′Ｊ１（方向を得ること
ができる。そして、異常方向の２番目に小さいものを選
べば、丸みによる反射回折光を得ることができる。

さらに、エッチが１３５度で交わるパターン３４につい
ても、上記の信号の選択方法が有効か否か調べる。第１
１図に示しているように、丸みによる異常方向への反射
回折光は６７．５　度方向だけであり、メしみによる正
常方向への反射回折光は発生しない。したがって、この
場合、丸みによって発生した異常方向と正常方向への反
射回折光を比べることはできない。

ところが、上記の選択方法を使用すれば、丸みによる反
射回折光は選択しないが、正常方向、異常方向とも微弱
で、はぼ同等な大きさの信号を得ることができる。この
二つの方向を比較すれば欠陥パターン判定が可能である
。したがって、１３５度のパターンも同じ回路で処理で
きる。同様のことは単なるストライプパターンについて
も云える。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば１反射回折光を使
用したパターン欠陥検査装置が、リソグラフィの限界の
ために生じたパターンの丸みを欠陥として誤検出してい
たのを除去できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はパターンのエッチの方向を示す図、第２図〜第
６図は反射回折光の方向を示す図、第７図は線状のパタ
ーンの図、第８図は本発明の一実施例における検出系の
一部を示した概観図、第９図はその検出系の上面図、第
１０図は信号処理部の概略図、第１１図は反射回折光の
方向を示す図である。 ■・・・０度方向と定義したパターン、２・・・レーザ
光。 ３・・・直角部分をもつパターン、４・・・エッヂが４
５度に交わっているパターン、５・・・エッチが直角に
交わった線状のパターン、６・・・エッチが４５度に交
わった線状のパターン、７・・・基板、８・・−収束レ
ーザ光、９・・・反射回折光、１０〜２５・・・光検出
器、２６・・・加算回路、２７・・・ＡＤ変換器、２８
・・・パルス検出器、２９・・・加算回路、３０・・論
理判定回路、３１・・・信号選択回路、３２・・・信号
選択回路、３３・・・大小判定回路、３４・・・エッチ
が１３５度で交わるパターン。 第５図　箭６図 廼　７　図 ′ｆＪ８図 Ｙ　ｑ　図 ￥）　ｔＩ　図 妃　１１　図 メツ５゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パターンが形成された半導体基板上を、収束したコヒー
   レン１−・光で走査し、該パターンからの反射回折光が
   該パターンの規則性が乱れたとき発生する複数の方向に
   光検出器を配置したパターン欠陥検査装置において、該
   方向すべての信号を加算し、この加算効果と設定された
   しきい値とを比較し、加算結果が大きいとき、該パター
   ンに欠陥があると判定する回路と、前記加算結果がしき
   い値より小さいとき、該パターンの規則性により反射回
   折光が強くなる複数の方向の信号のなかから所望の大き
   さの順番の信号を選択する回路と、該パターンからの反
   射折光が該パターンの規則性が乱れたとき発生する複数
   の方向の信号のなから所望の大きさの順番の信号を選択
   する回路と、これら二つの選択された信号に数値処理を
   施し、この二つの信号の大小関係により欠陥の有無を判
   定する回路とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検
   査装置。