JPS60244029A - 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】 本発明は物品に設けられた構造組織を検査して異常を検
出する装置に関し、特に１０．ＬＳＩ等の集積回路の製
造に使用されるマスク、レチクル或いはウェハーの欠陥
検査に好適な装置を含む。

従来、加工具の欠陥検査には種々の方法が知られており
、マスク或いはレチクルの検査については既に実用化さ
れているものも数多くある。マスクやレチクルは透明な
硝子基板の上にクロム会酸化クロム等の金属膜を蒸着し
）それをエツチングする事によりパターニングされる。

この場合、対象となるパターンは透過、非透過という２
つの状態のみが存在し、コントラストの良い画像を容易
に得られるので実用化も早かったと言える。

一方、マスク或いはレチクルのパターンが転写されたウ
ェハーの場合、ウェハー自体が反射物体であり、コント
ラストの良い画像が得にくいという欠点がある。この為
、末だ実用化した機械は少（、現状では作業者が顕微鏡
を覗き乍らチェックを行っている。

（発明の目的） 本発明は従来のこうした欠点を克服し、マスクやレチク
ルのみならず、ウェハーの欠陥検査にも適用できる検査
装置を提供する事を目的としている０ そしてＩＣパターン等を構成する線群が明確な方向性を
持つことを生かし５る様に、光学系の検出特性とパター
ンの方向性を融合し、パターンの特性に合ったＳ／Ｎ比
の高い検出を可能とする。

その為、第１に画像のコントラストを上げてパターンを
検知する暗視野検出方式をとる事を特徴としている。

更に表面形状や構造の複雑なウェハーに対応する場合は
白色光による検出を行う事を特徴とする。

又、上に触れた様に集積回路パターンに特有の方向性を
利用し、縦線、横線、斜め線を独立に検知する事によっ
てマスク、レチクル又はウェハーの誤差を検知する事を
特徴としている。

以下具体的な実施形に入る前に未発明の基盤となる幾つ
かの事実について説明を行う。

本発明のもととなる第一の事項は、ＩＣ或いはＬＳＩパ
ターンの個有の方向性である。

パターンは基本的には縦線又は横線をもって形成されて
おり、これが殆どである。配線パターンやメモリーセル
、オートアライメント用のマーク等には±４５方向等の
斜め線が使われていたりする。

これらに対し、欠陥は方向も大きさも一様ではなく、特
定の方向性を持っていない。

パターン自体に属する第２の特性はマスクやウェハーの
場合、繰り返して同一のパターンが焼き付けられている
という事実である。既に実用化している幾つかのマスク
検査システムでは違った場所にある同一パターン同志を
比較し、両者の差を見る事によって欠陥検査を行ってい
る。本発明に於いても同一パターン同志の比較法という
方式はそのまま適用できる。

本発明のもととなる第三の事項は白色光で方向性をもっ
た検出が可能である事である。これについては本出願人
になる「検知光学系」（特願昭５７−２１０９０８　号
）に述べている。従来、方向性の検出を行うのはコヒー
レントなレーザー光学系を用いるのが通例となっている
。この方式はマスクやレチクルパターンの場合有効であ
るが、種々の薄膜がついたウェハーの場合には薄膜によ
る干渉効果が顕著にあられれ、その影響を無視し得ない
。

本出願人になる「検知光学系」はこれに対し、白色光照
明で、縦線なら縦線のみ、横線なら横線のみを検知する
光学系を示している。又、広波長域白色光であるが為の
平均化効果で干渉の影響は除去される。

以下、具体的な実施例をもって本発明の説明を行５゜ 本発明の好ましい実施例を第１図に示す。図中１はウェ
ハーで、このウェハー上にある異った２つのチップを系
列ａの顕微鏡系と系列すの顕微鏡系とで観察している。

顕微鏡系を構成する２ａ。

２ｂは対物レンズ、３ａ、３ｂは照明系からの光ン を導入するビームスプリッタ−１４ａ、４ｂはリレーレ
ンズ、５ａ、５ｂはエレクタ−１６ａ、５ｂは暗視野検
出を可能にする為のアパーチャー、７ａ、７ｂはビデオ
撮像素子を示している。照明部の８ａ、８ｂは結像レン
ズ、９ａ、９ｂは暗視野検出を可能にする為の照明系側
のアパーチャー、１０ａ、１０ｂはリレーレンズ、１１
ａ、１１ｂは照明光源となるファイバー束である０ファ
イバー束の他端は図示しない白色光源に対向する。２つ
の顕微鏡系ａ、ｂの相対位置は検査するウェハーチップ
サイズの変化に対応して調節でき、またアライメントマ
ークを利用する等の方法で両チップの同じ位置に光軸位
置を整合させられる様になっている。

又２０以下は電気の処理系である。２０は２つの撮像素
子７ａ、７ｂからの読み出し信号の同期回路、２１ａ、
２１ｂは増幅器、２２が両者の比較回路、２３が比較回
路２２の出力に基づいて２値化を行うリミッタ−である
。リミッタ−の出力は２４で示されるＣＰＵ１ｃ導かれ
、欠陥の判定を行う事になる。又、この結果を２５に示
される様にＣＲＴに表示する事も可能である。

第１図の系は対物レンズ２ａ、２ｂ自体を通してウェハ
ー１を暗視野照明する方式をとっている。

この様子を第２図に示す。なお、本図では系列ａ。

沓 すを総括して付着からａ、ｂを取って示す。図中斜線を
施した領域が照明光１２の部分であり、１６で示される
中の部分が顕微鈍系の結像で捉えられる光束である。結
像する光束の系を１６のみに制限する様に１エレクタ−
５に付随してアパーチャー６が設けられている。暗視野
用の照明光は照明系内のアパーチャー９（詳細は後述）
によって作られる。アパーチャー６と９は互いに共帆の
関係となっており、ウェハーからの正反射光がアパーチ
ャー６を通過しない様に配置される。

構成部材間の光学関係をもう少し説明、すると、対物レ
ンズ２とリレーレンズ４は共同してウェハーの像を結び
、エレクタ−５はその像を撮像素子７の受像面へ再結像
する。対物レンズ２、ビームスプリッタ−３の反射面、
結像レンズ８そしてリレーレンズ１０は照明光路を形成
し、アパーチャー９は結像レンズ１０に関して対物レン
ズ２の不図示の瞳と共役な位置に設定される。また照明
光源１１は対物レンズ２の瞳に一旦結像されてウエノ翫
−１を垂直落射照明する。なお、アパーチャー６は撮影
光路中の、対物レンズ２の瞳と共役な位置に設定される
。

次に、ＩＣパターンの方向性を考えると照明系内のアパ
ーチャー９の形は第６図（ａ）〜（ｆ）の２重ノ・ツチ
ングで示す様な形のものが好ましい。検査の対象となる
ＩＣパターンとしては縦線、横線、±４５方向の斜め線
を対象とする。第３図に描（外側の円は対物レンズ２を
通過し得る光束、内側の小さい円はアパーチャー６（本
実施例では円形であるが細形状も取り得る。）を通る結
像光束の径を示している。外側の円と内側の円の間のリ
ング状の部分が、照明光束の通り得る部分である。

暗視野照明されたとき、物体に書き込まれた線条の方向
と、顕微鏡内の瞳あるいは瞳共役位置での、線条による
回折光の分布を以下に説明する。

まず仮に物体面０上に任意の方向の線パターンを置き、
アパーチャー９の位置の光軸上にピンホールを開けて線
パターンを照明すると、結像系内の絞り面６上にはその
パターンによる回折光がパターンの線条と直交する方向
に並ぶ。例えば第５図に描く様に線パターンｂｖを縦方
向に置（とその回折光は横方向に飛び、０次光（直接光
）を中心に横方向に並び、また第６図のように線パター
ンｂｈを横方向に置くと、その回折光は縦方向に並ぶ。

そしてアパーチャー９上のピンホールの位置をずらすと
、撮影系アパーチャー６上での回折光のＯ次光以下の光
の位置もこれに対応して移動する。

従って、もしピンホールの開口を広げたとすれば、その
時には各ピンホールの回折光を積分して考えれば良いこ
とになる。即ち、撮影系絞り面６上での回折光の分布は
、物体上に刻まれたパターンの方向性と照明系のアパー
チャー９の開口形状によって決定されることになる。な
お、開口の部分は同じ形状の鏡面で置換できる場合があ
る。

第７図は照明系中のアパーチャー位置９に設ける開口の
好ましい形状Ｃ１，Ｃ２を示す。

アパーチャー９の開口ＣＩ　、　Ｃ２を撮影系のアパー
チャー６上へ投影した時の結像面を第９図に示す。Ｃ′
とモ′はそれぞれ開口Ｃ１とＣ２の像に当る。

第１０図は第７図と同じ配置を描（が、更に２つの平行
線の組ＭとＮを加える。平行線の方向は実素子を構成す
る縦線とμ線の方向に一致し、各線条は開口部（ｃｏ）
に外接し、互いに直交している。

いま図のように、照明系の絞り（Ｃ１，Ｃ２）をそのア
パーチャー面６での像（Ｃ１’、Ｃ，；）が、この二組
の平行線Ｍ、Ｎの各々で囲まれた領域外に、しかも光軸
に対して対称になるように９面上で配置する。すると、
前述の原理に従い、ウェハの実素子に多い縦、横線の回
折パターンは、Ｃイ、Ｃｉ内の各点を０次光の位置とし
て、各々横方向、縦方向に分布する。その結果開口Ｃ８
を通過しないので、これらの方向のパターンは結像面（
ハ上で観察されない。

これに対し斜め方向（特に４５方向）に伸びた線群パタ
ーンを設けたとすると、このパターンによる回折光の分
布は第９図にＸ印で示されたように逆傾斜の４５方向に
拡がるからアパーチャーの開口Ｃ８を通過する。その結
果、パターンを最終結像面７（第２図）で光電検出する
ことができる。

この様に特定の方向のパターンからの散乱光を検出しな
い様にする為の照明光の条件はそのパターンと直角方向
の線を結像光の有効光束に外接する様に引いて作図する
事によりめられる。それに従うと、第６図の（ａ）は横
方向のパターンのみを光らし、縦線と±４５°線は全（
検知しない光学系ング←噂ある部分が光を通す部分で他
は遮光部である。同様に第６図（ｂ）は縦方向のパター
ンのみを検知する光学系である。他方、第６図（Ｃ）は
縦横方向のパターンのみを検知し、斜めパターンは検知
しない光学系に用いるアパーチャー９の形状である。第
６図（ｄ）は＋４５方向の斜めづ晒−ンを、第３図（ｅ
）は−４５方向の斜めパターンのみを検知する光学系に
用いるアパーチャー９の形状、げ）は斜め線のみを検知
し、縦横線は検知しない光学系に用いるアパーチャー９
の形状である。

本発明では第６図に示したアパーチャーの形状を種々切
り換える事により、パターンの方向性に応じた欠陥検査
を順次行う事ができる。例えば第２図の９の位置で、ア
パーチャー９の形状を第３る事ができる。他方、アパー
チャー９の形状を第６図の（Ｃ）→（ｆ）と変えて検出
方法を簡易化し縦横線→斜め線の欠陥を順次検知する事
もできる０アパーチヤー９の切り換えは例えば第４図に
示す様に回転円板に対応する穴をあけたものを回転させ
る事により容易に実現できる０又中空モータの軸に第６
図（ａ）あるいは（Ｃ）に示す形状の７パーチヤーを取
付けて回転しても良く、イメージローテータを挿入して
光束を回転させても良い。

第１図で示した系は２つのチップの出力を比較する型式
であり、第２図で示される照明法により同じ様に照明さ
れ、検知される２つのチップのパターンは同期回路２０
によって対応する場所が撮像素子７ａ、７ｂから同時に
読み出される様に制御され、両者の出力の一致を比較さ
れる。両者が一致していれば欠陥が無（、一致していな
い箇所が欠陥を示す出力となる。そして例えば横方向の
検査が終るとアパーチャー９を切り換えて次々に別の方
向を検査し、このチップの組の検査が終ると別のチップ
の組に移り同じ操作を行う。

尚、２つのチップ同志を比較する替りに予め記憶した基
準信号列と比較することもできる。

本発明は前述の暗視野検出の光学系の外に既に公知の暗
視野光学系に容易に応用する事ができる〇第１０図（ａ
）に示したのはリングミラー照明方弐七して知られる暗
視野法に本発明を応用した例である。照明光はリングミ
ラー３１で反射して対物レンズ２の鏡筒の外を通シ、リ
ング状のレンズ６２を通過してウェハー１を照明する。

リングミラー３１に光源から到る迄の照明系には第２図
に示したものと同じ作用をするアパーチャー９が挿入さ
れており、９の形状の変化に伴い（第４図参照）照明光
の方向が変化し、検出する対象パターンが変化する。

第１１図（功に示したのはウェハー上の一点に於ける光
の２次元的な角度分布を示したものである。

（ｂ）図の光束を斜から見た形状は第１２図に模式的に
示してあり、第１２図の楕円が（ｂ）図の円に対応して
いる。第１１図（ｂ）の内側の円は対物レンズ２で捉え
る事のできる結像光束を示し、それに対応して照明光が
示すべき好ましい角度分布の範囲が斜線を施して示され
ている。

（ｂ）図の斜線域３３ａと３３ｅがＩＣパターンの横線
に対応し、３３ｂと３３ｆが＋４５方向の斜め線、３３
Ｃと３３ｇが縦線に対応するなど、第６図で説明したも
のと同様の対応を示している。照明用レンズ３２とアパ
ーチャー９の組合せにより、各方向のパターンに対応す
る部分の照明光が時間的に次々と選ばれ、゛検知がなさ
れる。

第１３図（ａ）にはファイバーを用いた照明方式を示し
た。今市の実施例の様にアパーチャー９の形状を変える
のではなく、照明を行うファイバー束を時間的に選択し
てい（事により、アパーチャー９を変えるのと全く同様
の効果を得ることが可能である。例えば横方向のパター
ンの検出の為には（Ｃ）図の４１ａ、４１ｅの斜線を施
した中にファイバ−束の射光部を設置せねばならない。

ファイバー束の形状が丸い場合には例えば第８図〜４３
ｈの様にファイバーが設置される。どの時点でどのファ
イバーを選択する様にするかけ、第４図に描く様に光源
側で切欠きを有する遮光板４３を回転させるなどの方法
で色々選択できる。

これ迄の説明では検出対象が反射物体であり、より技術
的難度の高いウェハーの検出について述べてきたがζ、
マスク或いはレチクルについても同様の方法を適用でき
る。マスク或いはレチクルの場合、反射ではな（、透過
光照明でも検出を行う事ができる。又、透過光の場合に
は第１図の配置の様に１つの対物レンズを照明と結像の
両方に使う必要がないので、フレアの点でも有利である
し、光学系も簡単になる。第６図と第８図に示す例で、
対物レンズの外側から照明した時光学系が簡単になる事
からもこの点は容易に理解されよう。

又、第２図の系等で、９の位置に直接ファイバーを置き
、そのファイバーの明る（なる部分を時間的に検知する
パターンに合わせて変Ａ化させる等、暗視野法の変形も
色々考えられる。

（発明の効果） ゛以上述べてきた様に本発明は従来の欠陥検査法に比し
て優れている面が数多（ある。

一つは、入手の容易な多色光を使用してパターンの方向
性を考慮に入れた検出が可能なことである。

レーザーを用いた空間周波数フィルタリングで縦線、横
線を消してしまう従来方式では、前述した単色光の干渉
性の他に、重大な欠点がある。それは例えば縦線、或い
は横線自体の欠陥、例えばパターンの欠落といった現象
に対処し得ない事である。本発明の方式では照明方向を
順次変えてい（事によってすべての縦線、横線を検知で
きるので、ある特定のチップで起きたパターンの欠落に
ついても検出可能である。

又、複雑なＩＣパターンの形状を方向別に弁別して検知
できる事も大きな利点である。例えば縦横線しかない部
分を検査している際、第３図の（ｄ）。

（ｅ）　、　（ｆ）のアパーチャーを用いた場合、検知
できるパターンは１つもない筈である。そこにもし出力
があれば、その出力を出す箇所は即欠陥と判断できる。

従って本方法は極めてＳ／Ｎ比が高いし、又、（ａ）→
（ｂ）→（ｄ）→（ｅ）という様にアパーチャーを変化
させたとすれば、４重の見方の異った検出を行っている
事になり、検出の能力も非常に優れている０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図。第２図は、第１
図の要部を示す光学断面図。第３図（ａ）〜（ｆ）は夫
々方向性を持った暗視野照明を行うためのアパーチャー
を示す図。第４図はアパーチャーの斜視図。第５図と第
６図は光学作用の説明図。第７図、第８図は構成部材の
説明図。第９図と第１０図は光学作用の説明図。第１１
図（ａ）は対物レンズの外側から暗視野照明を行う装置
の光学断面図で、（ｂ）は照明光の角度分布を示す図。 第１２図は角度分布の説明図。第１３図（ａ）は暗視野
照明を行う別の装置の光学断面図で、（ｂ）（Ｃ）は照
明光の角度分布を示す図。第１４図は光源部の斜視図。 図中、１はウェハー、２は対物レンズ、６はビームスプ
リッタ−１４はリレーレンズ、５はエレクタ−１６は絞
り、７は撮像素子、９は照明系内の絞り、１１は光源、
２０は同期回路、２２は比較回路、２４はＣＰＵ、３１
けリングミラー、６２け暗視野照明用レンズ、４０はフ
ァイバー束。 出願人　キャノン株式会社 第３０ （α）　（！０ン　（Ｃ，） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数の所定の方向性を持ったパターンを有する物
   体を検査する装置であって、照明形態と連携して所定の
   方向のパターンのみを検知する検知光学系と、検知する
   方向を変更させる変更手段を具える検査装置。 （２）前記照明形態はパターンを構成する線条に直交す
   る方向から照明光を当てる暗視野照明である特許請求の
   範囲第１項記載の検査装置。 （３）前記照明の照明光は広い波長域を有する特許なす
   方向である特許請求の範囲第１項記載の検査装置。 （５）前記検知光学系は複数あり、検知光学系でパター
   ンを撮像した信号列を相互比較して異常を判別する特許
   請求の範囲第１項記載の検査装置。