JPS61235993A - 透明薄膜パタ−ンの欠陥検査装置 - 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〕 本発明はパターンの欠陥検査装置に係り、特に半導体ク
エＩｓ上に形成されたフォトレジストやＳｉｎ、等の透
明薄膜パターンの局部的厚さ変化や局部的な瞑残り欠陥
を検出するのに好適なパターンの欠陥検査装置く関する
。

〔発明の背景〕

半導体の大規模集積回路はステッパー（縮小投影露光装
置）により露光され、現像、エツチング、拡散、成膜等
の工程を繰り返し回路パターンが形成されていく。ステ
ッパーではパターンの原版となるレチクル上のパターン
を繰り返しウェハ上に焼き付けていくため、レチクル上
あるいはステッパー光学系に異物が付着していると、完
全なパターンが転写されず、すべてのチップに欠陥が生
ずることになる。

従来、この種の欠陥を露光現像されたフｔトレジストパ
ターン上で検査するには、顕微鏡を用いて作業者が目視
による観察を行っていた。

しかし目視による検査は膨大な労力と時間を要するだけ
でなく、作業者の高度な熟練を必要とする。また、作業
者の個人差あるいは疲労の度合いくよる判断基準のばら
つきや、欠陥の見逃しなどにより充分な検査が行えなか
った。さらに牛導体の高密度化。高集積化により、目視
検査はほとんど不可能な状態になっている。

このため各種ウニ・・の外観検査技術が提案されている
が、欠陥の種類によりては検査不可能である。

フォトレジストの欠陥の一例として第９図にウェハ１上
に形成されたレジストパターン２の平面図を示す。同図
に示す欠陥はレチクル上あるいはステッパ光学系の異物
が露光時にウニＩ・面上で結像するために生じる欠け５
ｍ　、突起５ｂ。

断線５ｃ　、シｗ）５ｄ、穴５ｅ　、孤立３ｆ等の形状
欠陥３である。７ｔ）レジストの欠陥の他の例としては
、第１０図にその断面図を示す如く、異物がウニ八面上
で完全には結像せず半影ぼけとなるために生じる薄いレ
ジスト膜残り４がある。

このようなフォトレジストの従来の外観検査技術として
は、暗視野照明あるいは明視野照明により得られるパタ
ーンのエツジの像を用いて検査する方法がある。特開昭
５８−１５１５４４号公報では特に暗視野照明による欠
陥検査方法が述べられている。暗視野照明では、パター
ンのエツジ部分が明るく検出、されるため、第９図に示
したパターンの形状欠陥３は検出可能である。

しかし第１０図に示した薄いレジスト膜残り４では、パ
ターンのエツジ４ａが明るく見えるのに対し、エツジ４
ｂは段差がほとんどないため、暗く見える。このため、
エツジ画像から薄いレジスト膜残りを検出するのは不可
能である。このことは明視野照明（より得られるパター
ン（ＪＩ　Ｋついても同様である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術では検出できない薄いレ
ジスト膜残りのような、透明薄膜パターンの欠陥検査方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明では透明薄膜パターン
を明視野で照明し、発生する干渉色を検出することを特
徴とする。透明薄膜パターンを照明した時く得られる干
渉色の強度Ｉは薄膜の膜厚と照明光の波長に依存してお
り、Ｉ　＝　ｒＦ　＋ｒｉ＋　２　ｒ山ｃａｓ（門ｎ　
＋　）　　　　　　（１）で与えられる。

ここでｒ＋＊ｒ＊は薄膜および基材の反射率でｎは薄膜
の屈折率、ｔは膜厚、λは照明光の波長である。上式を
相異なる波長λ１．λ、に対して、膜厚ｔと干渉色強度
Ｉの関係で表わしたものが第１１図（ａ）である。同図
に示す如く、厚さもの薄膜を波長λ、の光で照明した時
と波長λ、の光で照明した時ではその反射光強度に ΔＩ＝２ｒ山（ｃｏｓに）　ｃｏｗ（哩噌）　　　　（
２）の差が生じる。これに対し、薄膜のついていない（
１＝０）部分では、ΔＩ＝Ｏとなり照明光の波長を変え
ても反射光強度に差は見られない。

これは、レジスト膜残りのある部分を異なる２つの波長
の光で照明した場合の反射光強度の差と、レジスト膜残
りのない正常な部分を同様に２つの波長の光で照明した
場合の反射光強度の差を比較することにより、レジスト
膜残りが検出できることを意味している。

そこで検査対象となるパターンを波長λ、および波長λ
、の光で照明し撮像した画像間の差を演算した後、異な
るチップ上の同一部分のパターンについて同様の演算を
施こした画像と比較することにより、薄いレジスト膜残
りを検出することができる。

しかし、第１１図（ａ）に示す例では厚さｔｌおよびｔ
、のレジス）Ｉ！残りに対しては、波長λ、の照明光に
対する反射光強度と波長λ、の照明光に対する反射光強
度の間忙差が生じないため、正常パターンと比較を行っ
てもレジスト膜残りを検出することができない。そこで
第１１図←）に示す如く相異なる５つの波長λ１．八お
よびλ、の光を用いる。３つの波長を適当に選択し、そ
の３つの波長の反射光強度の差を演算すれば、任意の膜
厚で生じるレジスト膜残りを、正常パターンとの比較に
おいて検出することが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明によるパターン検査装置のパターン撮像
部の一実施例の構成を示す図である。

例、ｔばキセノンランプ等の幅広い波長帯域を持つ照明
光源１１からの光はコンデンサレンズ１２゜ハーフミラ
−１５を介して対物レンズ１４に入射し、■テーブル１
６上の被検査ウェハ１５を照射する。被検査ウニＩ・１
５の反射光は再び対物レンズ１４．ハーフミラ−１５を
通り、ダイクロイックミラー１７ａ、１７ｂにより３つ
の波長帯域に分光される。各波長帯域に分光された光は
それぞれ波長λ１．λ、およびλ１の光学フィルタ１８
ａ、１８ｂ。

１８Ｃにより波長を限定された後、光電変換素子２Ｑａ
＊２０ｂおよび２０ｃ　Ｋて撮像される。この際３つの
光電変換素子で撮像されるパターン間に色収差による倍
率誤差が生じないよ５にするため倍率補正レンズ１９ａ
、１９ｂおよび１９Ｃにより倍率補正を行い、５つの画
像の倍率が等しくなるよう処している。

５つの光電変換素子２０ａ、　２０ｂ、　２０ｃの出力
画像２１ａ、２１ｂ、２１ｃは＠２図にその一例のブロ
ック図を示す信号処理部により演算処理され、レジスト
膜残りの欠陥が検出される。第２図の信号処理部は、前
記光電変換素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの出力画像２１
ａ、２１ｂ、；ＩＣＥ対し夫々２つの画像の差を演算す
る差分回路２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃと、誤差分回路
の出力の絶対値を演算する絶対値回路；ｌａ、２５ｂ、
２５ｃと、該絶対値回路の出力を加算する加算回路２４
と、該加算回路の出力を一時記憶しておくメモリ２５と
、該メモリと前記加算回路の出力の差を演算する差分回
路２６と、該差分回路の出力の絶対値を演算する絶対値
回路２７と該絶対値回路の出力をあらかじめ設定してお
いた閾値で２値化する２値化回路２８と、前記光電に！
素子の出力−像２１ａ、２１ｂ、２１ｃのいずれかまた
はすべてからパターンのエツジを抽出するエツジ抽出回
路２９と、該エツジ抽出回路の論理否定を演算するＮＣ
７Ｉ’回路５０と、該ＮＯＴ回路と前記２値化回路の出
力の論理積を演算するＡＮＤ回路３１から構成されてい
る。

本実施例の動作を、第５図に示すレジストパターンを検
査する場合について説明する。第３図はＳｉウェハ４１
上にレジストパターン４２が形成されているもので、薄
いレジスト膜残りの欠陥４３が含まれている。このパタ
ーンを第１図に示した構成のパターン検出部により撮像
した時の光電変換素子２０ａ、２０ｂ、２Ｄｃの出力画
像２１ａ。

２１ｂ、２１Ｃのうち、第３図にＡ−にで示す部分のパ
ターンの明るさを第４図（ａ）〜（Ｃ）に示す。Ｇｌ）
〜（Ｃ）はそれぞれ波長λ１．λ、およびλ、の光学フ
ィルタを介して撮像したパターンに対応している。

差分回路２２ａ〜２２ｃは、該パターン信号（ａ）〜（
Ｃ）の夫々の差を演算し、絶対値回路２５ａ〜２５Ｇで
は該差信号の絶対値を演算する。正常なレジスト部４２
およびレジスト膜残り部４３がそれぞれ第１１図わ）に
示すｔＲおよびもの厚さであるとすると、絶対値回路２
’５ａ〜２５ｃの出力は第４図（ｄ）〜（ｆ）に示す如
く正常なレジスト′部とレジス）［残り部のみを含む信
号となる。

実際には、Ｓｉウェハ面の分光反射率特性により、前記
絶対値回路２５ａ〜２５ｃの出力にはＳｉウェハ面に対
応した信号も含まれるが、ここでは本煩明の理解を容易
にするため、Ｓｉウェハ面の反射率は波長に依らず一定
であるとする。

前記絶対値回路２５ａ〜２５ｃの出力に含まれるレジス
ト膜残り部の信号強度は、レジスト膜残り部の膜厚と検
出光の波長により変化するため、種々の膜厚のレジスト
膜残り部に対して常にすべての絶対値回路２５ａ〜２５
ｃの出力にレジスト膜残り部の信号が含まれるとは限ら
ない。そこでレジスト膜残り部の信号を強調するため、
前記絶対値回路２３ａ〜２５ｃの信号を加算回路２４で
加算する。該加算回路２４の出力を第４図−）Ｋ示す。

該加算回路２４の出力からレジスト膜残り部のみを検出
するために、本発明では、被検査ウェハ１５上の異なる
チップの当該部分のパターンとの比較を行う。第２図の
メモリ２５はこれを実現するためのもので、手本となる
パターンを撮偉し、上述したと同様の演算を施こした画
像を予めメモリ２５に記憶しておく。第４図伽）は正常
なパターンに対して上述した演算処理を施こした結果で
ある。差分回路２６和よりメモリ２５から読み出した該
手本パターンに対する信号と前記加算回路２４の出力と
の差分を演算し、絶対値回路２７によりその絶対値を演
算した後２値化回路２Ｂで予め設定しておいた閾値によ
り２値化する。絶対値回路２７および２値化回路２８の
出力を第４図（ｉ）　、　（ｊ）に示す。２値化回路２
８の出力には正常なレジスト部分の信号は含まれておら
ずレジスト膜残り部とパターンエツジの信号のみが含ま
れる。パターンエツジの信号は、手本パターンと被検査
パターンを比較する際の位置合せ誤差あるいは、レジス
トパターンの露光、現像過程において発生した微妙な寸
法誤差によるもので、欠陥信号としては除去すべきもの
である。

以下パターンエツジの信号を除去する方法について述べ
る。光電変換素子で被検査パターンを撮像すると、パタ
ーンエツジは第４図伽）〜←）Ｋ示すように暗く検出さ
れる。そこで光電変換素子の出力画ｆ＃２１ａ、２１ｂ
、２１Ｃにおいて明るさが明−暗一明と変化する明るさ
の変曲点を検出すると被検査パターンのエツジのみが抽
出できる。このよ５Ｋして第２図のエツジ抽出回路２９
により被検査パターンのエツジを抽出した信号が第４図
（転）である。該エツジ抽出回路２９の出力の論理否定
をＮＯＴ回路３０で演算した後、該演算結果と前記２値
化回路２８の出力の論理積を虚回路３１で演算すること
により、第４図（１）に示すように、レジスト膜残り部
のみが欠陥として検出できる。

なお、第２図のエツジ抽出回路２９では、光電変換素子
の出力画像２１ａ、２１ｂ、２１Ｃすべてを用いてエツ
ジ抽出を行っているが、これは、５つの画像２１ａ、２
１ｂ、２１ｃからそれぞれ抽出したエツジを合成するこ
とくより、エツジの途切れを防止するためである。いず
れか１つの画像から艮好なエツジが得られる場合には、
該エツジ画像をそのまま用いれば良い。

第５図は本発明による透明薄膜パターンの欠陥検査装置
における信号処理部の他の実施例を示スブロック図で、
第２図と同一のものには同一の符号を付しである。第１
図に示した５つの光電変換素子２０ａ、　２０ｂ、　２
０ｃの出力画像２１ａ。

２１ｂ、２１Ｃをシェーディング補正回路５１　ａ、５
１　ｂ　ｅ５１Ｃを介して差分回路２２ａ、２２ｂ、２
２ｃおよびエツジ抽出回路２９にそれぞれ接続する。差
分回路２２ａ、　２２ｂ、２２ｃおよびエツジ抽出回路
２９以降の処理手順は第２図に示した実施例と同一であ
るので説明は省略する。光電変換素子の撮像視野内で照
明光強度が均一でない場合、出力画像にシェーディング
が生じる。光電変換素子自身がシェープイン特性を持つ
場合も同様である。演算処理を施す画像にシェープイン
クが含まれていると誤検出あるいは欠陥の見逃しの原因
となる。シェープインク補正回路５１ａ、５１ｂ、５１
ｃはこのシェープインクの影響を除去するためのもので
ある。

第６図はシェープインク補正回路の構成の１例である。

光電変換素子の出力２１を一時記憶するメモリ５２と、
前記光電変換素子２１の出力を前記メモリ５２から読み
出した信号で割算する除算回路５３から成っている。こ
の構成において、パターンエツジしていないＳｉウェハ
を光電変換素子で撮像し、その出力画像を予めメモリ５
２内に記憶しておく。検査開始時、検査パターンを撮像
すると同時にメモリ５２に記憶しておいた画像を読み出
し、除算回路５３に、て２つの画像の対応する画素同志
の割算を行うことにより、前記したシェープインクの影
響を除去す゛ることができる。

第７図は本発明による透明薄膜パターンの欠陥検査装置
におけるパターン撮像部の他の実施例の構成を示す図で
ある。レーザー６１　ａ、６１ｂ、６１Ｃはそれぞれ相
異なる波長λ８．λ２．λ１の光を発する。このＳつの
レーザ光をダイクロイックミラー６２ａ、　６２ｂを用
いて重ね合せ、ビームエキスパンダ６３によりレーザー
光のビーム径を拡大して被検査パターンの照明光源とし
ている。ここでダイクロイックミラー６２．１はレーザ
ー６１ａからの波長λ、の光は透過し、レーザー６１ｂ
からの波長λ、の光は反射する。またダイクロイックミ
ラー６２ｂは、レーザー６１ａからの波長λ１の光およ
びレーザ６１ｂからの光を透過し、レーザー６１Ｃから
の波長λ、の光は反射する。第７図において、ダイクロ
イックミラー１７１は６２ｂと、１７ｂは６２Ｂとそれ
ぞれ同一のものであり、３つの光電変換素子２０ａ〜２
０ｂ　Ｋ対し、相互なる３つの光源により作られるＳつ
の像を分離している。

本実施例では、光源にレーザを用いることにより、キセ
ノンランプを分光する場合に比べ、被検査パターンから
の反射光強度を強めることができるので、光電変換素子
の高速で駆動するのに適している。なお本実施例で用い
るレーザーの１力としては、Ｈｅ−ＮｅＬ／−ザー（λ
１　＝６５５ｎｍ）。

Ａ　１　Ｌ／−ザー（λ！　＝５１５ａｍ　）　、　Ｈ
ｅ−Ｃｄ　Ｌ／−ザー（λ、＝４４２ａｍ　）の組み合
せが考えられる。

第８図は本発明による透明薄膜パターンの欠陥検査装置
におけるパターン撮像部のさらに他の実施例を示す構成
図である。本実施例では相異なる波長を持つ３つのレー
ザー６１ａ〜６１Ｃのレーザ光をダイクロイックミラー
６２８，６２ｂを用いて重ね合せる際にコンデンサレン
ズ６４ａ〜６４ｃおよびピンホール６５ａ〜６５ｃを用
いてスポット光源とする。そして該スポット光源を対物
レンズ１４を介して被検査りエ／Ｓ上に結像させ、その
反射光を第７図に示した実施例と同様にダイクロイック
ミラー１７ａ、１７ｂ　Ｋより５つの波長に分光した後
、光電子増倍管２０ａ′〜２０ｃ’　Ｋ入力して各波長
の反射光強度に対応した電気信号を得る。スポット照明
を用いて２次元のパターンを得るため照明光路中（置い
たガルバノミラ−６６を回動させると共に、Ｘ−Ｙステ
ージ１６をガルバノミラ−６６０回動面と垂直方向に移
動させる。

本実施例によれば、第７図に示した前記能の実施例より
も更に強い反射光強度を得ることができる。

〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明によれば透明薄膜パ
ターンにおける薄い膜残り欠陥が確実に検出できるため
、　ＬＳＩ製造工程におけるフォトレジストパターンを
高い信頼度で検査することができ、　ＩＣ等の製品の歩
留りおよび信頼性の向上に顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパターン検査装置のパターン撮像
部の一実施例の構成を示す図、第２図は同じく信号処理
部の一実施例のブロック図、第３図は膜残り欠陥を含む
レジストパターンの一例を示す図、第４図は第２図に示
す信号処理部の動作を説明する信号波形図、第５図は本
発明によるパターン検査装置の信号処理部の他の実施例
のブロック図、第６図は同じくシェープインク補正回路
の構成を示すブロック図、第７図は同じくパターン撮像
部の他の実施例の構成を示す図、第８図は同じくパター
ン撮像部のさらに他の実施例の構成を示す図、第９図お
よび第１０図はレジストパターンの欠陥の説明図、第１
１図Ｇ）、Φ）は透明薄膜の厚さと照明光の波長と反射
光強度の関係を示す図である。 １１・・・光源、１５・・・クエハ、１７ａ−１７ｂ、
　６２ａ−６２ｂ・・・ダイクロイックミラー、１８ａ
、１８ｂ、１８Ｃ・・・光学フィルタ、１９ａ、１９ｂ
、１９ｃｍ倍率補正レンズ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃｍ
光電変換素子、２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃ、　２６・
・・差分回路、２５　ａ　ｅ　２３ｂ　＠　２３ｃ　＠
　２７　”・絶対値回路、２４・・・加算回路、２８・
・・２値化回路、２９・・・エツジ抽出回路、６１ａ、
６１ｂ、６１ｃ　・・・レーザー　　　　　ぞ７弘第１
図 第３図 第　４　図 （チ〕　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（）＞−一−−−−−ｆ＝Ｌ−−−−−−−−一一一
第７図 第８図 第　ｔ　図 寮　１０　　図 第　１１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検査対象となるパターンと、該検査対象となるパタ
   ーンと本来同一の形状を有するべき参照パターンとを比
   較して前記検査対象となるパターンの欠陥を検出する透
   明薄膜パターンの欠陥検査装置において、透明薄膜パタ
   ーンを照射する相異なる３つの波長あるいは相異なる３
   つの波長を中心波長とする３つの波長帯域を有する光源
   と、透明薄膜パターンからの反射光を前記相異なる３つ
   の波長あるいは相異なる３つの波長を中心波長とする３
   つの波長帯域に分光する手段と、前記分光手段により分
   光された３つのパターン像を撮像する３つの光電変換素
   子と、前記３つの光電変換素子の出力から透明薄膜パタ
   ーンの干渉色強度を検出するための演算処理を行う信号
   処理部を有し、前記信号処理部の出力を検査対象となる
   透明薄膜パターンと、該検査対象となるパターンと本来
   同一の形状を有するべき参照透明薄膜パターンについて
   比較することにより、前記検査対象となる透明薄膜パタ
   ーンの欠陥を検出することを特徴とする透明薄膜パター
   ンの欠陥検査装置。 ２、前記信号処理部は、前記３つの光電変換素子の出力
   Ｖ＿１、Ｖ＿２、Ｖ＿３に対し｜Ｖ＿１−Ｖ＿２｜＋｜
   Ｖ＿２−Ｖ＿３｜＋｜Ｖ＿３−Ｖ＿１｜なる値を演算す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の透明薄
   膜パターンの欠陥検査装置。