JPS61501062A - 暗視野照明を用いた検査システム - 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】 暗視野照明を用いた検査システム 本発明の背景 本発明はパターン形成された製品、特て集積回路半導体ウェハの製作に用いられ るリングラフィマスク及びレティクルの検査又はウェハ自身の検査のための方法 及び装置に係る。

集積回路の製作に用いられるマスク及びレティクル上の図形の・嘔ハ、たとえば ０．５μｍといった程度まで、細くなシ続けている。

理想的には、マスク、レティクル及びウェハのような製品は、最小固型寸法の約 半分の欠陥を検査すべきである。しかし、実際にはこれはしばしば不可能である 。たとえば、市販の一マスク検査システムは、わずか約１μｍの最小寸法をもつ 欠陥を検査できるだけで、このｘヒカは検査しているマスクの複雑な領域中では 、約２μｍに低下する。（以下“マスク”という用語は、マスク又はレティクル のいずれかを意味するものとする。また、本発明はたとえば半導体ウェハのよう な他のパターン形成された製品の検査にも適用できる。） 通常のシステムは、マスク上のパターンの一部を、明視野照射することによ）、 マスクの検査を行う。それから得られた信号は、別の同一と想定されるパターン の対応する部分を表す信号と比較される。（両方のパターンは、他の多くのもの と伴ｉ（マスク上に調整されて配置される。）パターンは同一と仮定されている から、二つの茗号間の違いは、その部分の一つには欠陥があることを意味する。

実際、先に述べた型の検査システムにより検出できる最小寸法の欠陥は、比較さ れているパターン間の位置会せの誤シから生じる誤差により決る。ある位置合せ 誤差において、検出可能な最小欠陥は、位置合せ誤差から生じる誤差信号はどの 大きさの信号を発生する欠陥と定義される。

パターン間の位置合せ誤差は、経査システム中に残る位置会せ誤差、不整合光歪 、マスク歪、線福変化等によっても生じる可能性がある。本発明はそのような位 置合せ誤差の影響を減すための手段に向けられている。

本発明の要約 比較される製品パターンは、暗視野モードで照射され、その場合入射光は視射角 で製品表面に向けられる。そのようなモードにおいて、図形又は欠陥の端部から 散乱された光のみが検出される。ある位置合せに対し、比較的小さな欠陥の場合 の欠陥信号対位置合せ誤差信号の比は、従来の明視野照射を用いた場合より、暗 視野照射を用いた場合に、はるかに大きいことがわかっている。従って、検査シ ステム中で暗視野照射を用いることは、微小欠陥の検出能力を著しく増す基本と なる。

図面の簡単な説明 第１図（ｄ周器のマスク検査システムを示す図、第２図（は一方が欠陥を含む二 つの比較されるマスク領域を表す図、 第３図は二つの比較されるマスク領域中のズ形を表し、それらの間の位置合せ誤 差を示す図、 第４図は本発明に従うマスク検査システムの、慨略図、第５図は入射光が暗視野 モードで照射された図形又は欠陥から散乱され、集められる様式を示す図、第６ 図は第４図のシステム中で暗視野照射を行う別の方法を示す図、 第７図４ｉ第４図のシステムの一部の上面図、第８図は第４図のシステムを修正 したものの一部分の−上面図である。

詳細な記述 第１図て概略的に示された従来のシステムにおいて、検査すべき標準的な製品１ ０は、テーブル１２上に支持されるように示されている。テーブルＩ′ｉｘｙ駆 動装置１４に、機械的Ｋ［合される。

説明のため、第１図の製品１０はマスクでちる。マスク１０は上に光学的に不透 明な、たとえばクロムの図形を有する光学的だ透明な基板を含む。これらの図形 はマスク上の少くとも二つの同一と仮定されるパターンを規定する。

第１図のシステムにおいて、光の二つのスポットが、マスク１０の下側１でおい てテーブル１２を貫く開口を通して、一点鎖線の基準線１６及び１８に沿って向 けられる。スポットの間隔は、パターンの、間隔又はその繋故培に等しく、それ によりスポットは同一パターンの対応する同一と仮定される部分又は図形に向け られる。

光スポットは通常の源２０．２２とそれぞれに付随したレンズ構成２４．２６に より、作られる。

装置１４により、第１図のテーブル１２はマスク上のパターンの対を順次検査す るために、Ｘ及びＹ方向に指定される。

マスク１０を通して伝播される入射光の量は、・各照射領域中のパターンの透過 特性に依存する。

第１図に示された通常の込わゆる明視野照射モードにおいては、マスク１０の照 射されたパターン領域を通った光は、たとえば通常の原微鏡対物レンズから成る レンズ構成２８及び３０により、集められる。すると、この集められた光は照射 されたマスクパターンを表す電気信号を発生する標準的な光検出器７レイ３２及 び３４上に、焦点が合わされる。

アレイ３２．３４により発生した信号は、比較され、標準的なシグナルプロセッ サ及びミニコンピユータユニット３６中で処理され、ディスプレイ３８に表示さ れる。

検査システムの視察光学系は、半値福（ＦＷＨＭ）がＷのガウス形点広がり関数 を特徴とすると仮定する。（Ｗという値はまた、視察光学系のいわゆる解像要素 を構成する。）更に、検査されている空間的に分離されたパターンは、第２図と 示されるように、直径ｄの用心円状の不透明な環状欠陥４０を含むと仮定する。

マスク照射Ｏｆ１ｍ準的な明ｙ、野モードにおいて、不透明な欠陥４０（第２図 ）を含む左側のパターンを透過する光に応答する光検出器アレイは、他の光検出 器アレイより受ける光が少めことは明らかである。その結果、欠陥４０による明 視野差信号Ｂｄｅｆが、第１図のユニット３６中に発生する。ｄ／Ｗが小さい時 、Ｂｄｅｆは次式で近似さここで、Ｋｌは定数、Ｉｏは光検出器アレイにおける 点広がり関数のピーク値である。（ここで用いた定数に１、Ｋ　２　、Ｋ　３及 びに４は、はぼ同じ程度の大きさである。）上で述べたように、差信号は欠陥が 無い時ですらマスク検査システム中に発生する。従って、たとえば比較されてい るパターン中の図形間の相対的な位１不整も、差信号を発生する。実際そのよう な位置不整による信号が、検査システムによる検出できる最小寸法の欠陥の直を 決る。

第３図は空間的に分離されたパターン中に含まれた二つの同一の不透明図形４２ 及び４４の部分を表し、それぞれは直線状の端部４６及び４８を含む。位置合せ が完全であると、二つの図形の端部は同一の対応する点に、配置される。従って 、たとえば、各理想的な図形の右側の端部４６．４８は、それぞれの光のスポッ ト５４及び５６の中心５０．５２を貫いて延びるであろう。この理想的な場合、 光のスポット５４．５６のそれぞれに付随した透過光は、正確に同じになるであ ろう。従って、第１図のユニット３６によっては、差信号（欠陥検出信号）は出 ない。

しかし、先に述べたように、完全な位置合せはもしあるとしても、実際には行え ることがまれである。このことも第３図に示されており、この場合図形４２の端 部はあらかじめ指定した理想的な条件に対して、距離″ａ”だけ位置合せかずれ たため、破、線５８に沿っていると仮定する。

そのような位置不整の結果、左側のパターンを透過した明視野光に応答する光検 出器アレイは、他の光検出器アレイより、受ける光が少い。その結果、位置合せ 誤差″ａ”による明視野差信号Ｂ、が、発生する。ｈ／ｗが小さい時、Ｂ　は次 式で近似できる。

に２Ｉ　ａｗ　（２） ここで、Ｋ２は定数である。

大ざっばに言って、第３図中の小点をつけた位置合せ誤差による領域が、第２図 の欠陥４０の領域にほぼ等しい時、時信号Ｂ、　は差信号Ｂ。、にほぼ等しい。

このｌ　３ ことは、第（１）式及び第（２）式を考えれば明らかである。

Ｗ＝１μｍ（ガウス形照射）及びｄ＝０．５２μｍである明視野システムの一実 施例において、約Ｏ６２μｍの位置合せ誤差“　ｎに対し、Ｂ　はＢ　にほぼ等 しい。

ｍｉｓ　ｄｅｆ すなわち、そのような従来技術のシステムにおいて、約０．２μｍの位置合せ誤 差の場合、検出可能な最小欠陥は、ｄ＝０．５２μｍの１直を有する。

本発明７ζ従うと、比較されているパターンは第４図に猫かれているように、暗 視野で照射される。’ｔｉｌｌ！野”慮吋というのは垂直でない視射角での照射 と意味する。

実効的ては、暗視野照射では、マスク上の図形又は欠陥の端部のみ全描く。この ことのため、上から見た時、マスク表面（″視野”）は入射光で照射されて（Ａ るが、図形又は欠陥の端部に対応する見ることのできる明い線を除いて、暗くみ える。

第４図において、暗視野は４個の光＃、Ｇｏないし６３と付随したレンズ構吹６ ６ないし６９によって作られ、これらはともにマスク１０上の対応する二つのパ ターンの部分を照射する働きをする。

後に述べる理由のため、光源６０ないし６３による照射は、指定された波長帯内 に選択するのが有利である。

このことは、たとえば水銀アークランプ及び付随したフィルタにより、行える。

あるいは、各光源はレーザを構成しうる。

暗視野モードでマスク１０に向けられる光の角度θは、口ないし７５度の範囲が 有利である。たとえば、角度θは約５度に選択される。

後に述べる理由のため、第４図のシステムは第１図に関連して上で述べた型の明 視野照射能力を含むと有利である。

動作の暗視野モードにおいて、固形又は欠陥の端部から散乱された光のみが集め られる。図形又は欠陥の池の表面上に入射した光は、渠光光学系の入射孔内（（ スらない光路に沿って、反射又は屈折する。

これは第５図に示されている。この場合、製品１０」二のパターンの上の図形又 は欠陥７０は、中心線７２．１４に沿って向けられた光ビームにより、斜めて照 射される。たとえば、各ビームは製品表面上の直径約３００μｍの領域を照射す る。

図形又は欠陥７０の端部から散乱された光は、線７６、γ８により表されでいる 。そのような散乱光のみが、レンズ構成２８により集められる。

レンズ構成２８．３０によシ集められた散乱光は、二　。

色性鏡８０、＋３２に向けられる（第４図）。これらの鏡は暗視野照射源６０な いし６３により放出される波長の光を反射する。一方、異なる波長で光＃２０． ２２によシ行われる明視野照射は、境８０．８２を通って、光検出器アレイ３２ ．３４に直線的に伝播する。（偏光分離のような他の周知の技術も、明視野照射 と暗視野照射を分離するために使用できる。） 鏡８１１，８２によ）反射された暗視野誘導光は、光路８４．８６に沿って、各 光検出器７レイ８５．８７に伝播される。すると、アレイ８５．８７により生じ る電気信号は、ユニット３６に印加される。

たとえば、第２図に示され九二つのパターン部分の暗視野照射を考えると、不透 明欠陥４０を含む左側の部分からの光に応答する光検出器アレイ８５は、第４図 のレンズ構成の方へ光を散乱させる端部を含まない右側の部分からの光に応答す る光検出器アレイより、より多くの散乱光を受ける。その結果、欠陥４０による 暗視野差信号Ｄｄｅｆか発生する。ｄ　／　ｗが小さい時”　ｄｅｆは次式％式 ％ ここで、Ｋ３は定数、Ｊ　は散乱光の端部源の単位長さ当りの強度である。非常 江大きな同心円状に配置された欠陥（ｄ）ｗ）ｌ　）の場合、Ｄｄｅｆは小さく なる。なぜならば、欠陥端部は、光スポットの外側にあるからでろる。

第３図に表された具体的な位置合せ不整条件の場合、光スポット５４及び５６が 暗視野光源６０−６３からで、左側の部分上の光スポツト５４内にある図形端部 の長さが、右側の部分上の光スポツト５６内にある図形の長さより、小さいと仮 定する。従って、右側の部分からの散乱光に応答する光検器アレイ８７は、左側 の部分からの・散乱光に応答する光検出器アレイ８５より、多くの光を受ける。

その結果、位置合せ誤差ａに起因する暗視野差信号り、　が、第４図のユニット ３６中に生じる。ａ／ｗｍ＋３ が小さい時、Ｄ、　は（ガウス型照射の場合）次式で近Ｉ　Ｓ 似される。

Ｋ４Ｊ　ａ　（４） ここで、Ｋ４は定数である。

明らかに、与えられた位置合せ誤差に対し、欠陥信号対位置合せ誤差信号の比は 、明視野照明の場合より、暗視野照明の方が、はるかに大きい。このことは、た とえば第３図かられかる。与えられた位置合せ誤差″ａ″の場合、明視野照射に 対する位置合せ誤差信号り、　は、ｌ　Ｓ 単に直線的な位置合せ誤差の大きさ“ａ″（第（４）弐）の関数である。欠陥信 号の強度は上で述べたように、明視野照射の場合よシ、暗視野照射の場合の方が 小さいが、正味の結果としては、位置合せ誤差信号に対する欠陥信号の比は、暗 視野照射の万が、大きいということになる。

言いかえると、与えられた位置合せ不整に対し、暗視野照射を用いたマスク検査 システムは、明視野システムで横歪できる欠陥より、かなり小さい欠陥が検出で きる。

Ｗ＝１μｍ及びａ　＝　０．２μｍ（明視野照射に対し、上で述べたのと同じ位 置合せ誤差）である暗視野システムの一実施例において”　ｄｅｆは欠陥の直径 ｄがわずかに約０．１１μｍの値をもつ時のＤｄｅｆ　にほぼ等しい。従って、 この具体例において、暗視野検査モードで検出可能な最小寸法の直径は、従来の 明視野モードで検出可能な最小寸法欠陥の、４分の１以下である。明視野照射を 用いた時の感度の利得は、より小さな位置合せ誤差の場合ですら、大きい。

第４図に示された系において、マスク１ｏ上の二つの空間的に分離された領域の 培＊野照射は、マスクの表面上て配置された光源６０ないし６３を用いることシ てより、実現できる。あるいは、ａｔ視野照射は光源と付随したレンズ構成を、 マスクの下に配置することによって行える。

この別の方式を実施するシステムが、第６図に概略的に５描かれている。

第７図は第４図のシステムの一部の簡単化された上面図である。明視野光源６Ｏ −６３（光源６１及び６２は図示されていない）からのすべての光は、テーブル １２のＸ軸に沿って向けられる。第８図において、光源はＸ）軸から角θｌ　（ 厳密である必要はないが、一般的Ｋｌないし２０度）だけ、ずれている。一般に 、（製品上の図・　形の形状の関数であるが）第８図の構成は第７図の構成より 、大きな検出、感度を有する。理由は以下の通）である。

欠陥検出感度は検査している二つのパターン図形から受ける光の量の関数であり 、そのような差は欠陥（すなわち図形間の何らかの差）の存在によって生じる。

検出感度はもし欠陥の存在による光検出器が受ける全光の比率か増せば、増大す る。このことは第８図の構成で実現される。

図形又はいずれかの方向における欠陥端部から散乱された光の量は、端部に対す る光の入射角の関数である。

従って、たとえばＸ及びＹ方向に位置合せされた図形端部の場合、Ｘ−２面内で 検出器２８（Ｘ−Ｚ面中に配置される。第４図）に同って散乱される光の量は、 第８図中の構成より第７図中の嘴或の方が大きく、その理由は図形肩部に対する 照明の入射角の差による。従って、そのような図形端部の方向の場合、第７図７ ）構成より、第８図の溝戎において、検出器に到達する暗視野照射の全５量は小 さい。しかし、一般に不規則な形をもつ欠陥の場合、光検出器に向って欠陥端部 から散乱される光の全１は、角θ１にはほとんど影響されず、一般に同じ量の光 が第７図又は＠８図のいずれの構成においても、Ｘ−２面内の欠＠端部により散 乱されるであろう。従って、Ｘ−Ｙ方向の図形端部から第８図の清戎の光検出器 り方へ散乱された光は、第７図の構成におけるこれら図形端部から散乱された光 より小さいから、第８図の構成中の欠＠端部から散乱された光は、第７図Ｏ構改 中の検出器が受ける全光の比率より大きい。

実際には、はとんどのマスクの図形端部の非常に多くは、たとえば第７図及び第 ８図に示されたＸ及びＹ軸のような好ましい方向に沿って延びる。従って、その ような状況では第８図の構成は、よシ大きな欠陥検出感度をもつ。

暗視野照射は微小欠陥の検出感度を著しく増すが、暗視野システムの感度が下っ ても、ある程度の明視野の性能を保つことは一般に有利である。これは明視野シ ステムが大きな欠陥の検出て適しているためである。

検査システムは二つのパターンからの光の比較に依存する。両方のパターンは同 じ製品上にある必要はなく、パターンの一つは、どこにあっても、それに対し他 方のパターンが一つ一つ比較される標準となり得る。また、標準は単にそれに対 し検出された信号が比較される信号から成ってもよい。

国　′際　循　ｆ　鮒　牛 １町−一−Ａ鈴−−−−　？Ｃフ／ＵＳ　８５１０００８２ＡＩＮＮＥＸ　Ｔｏ 　’ｔｒｊ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＯＲＴ　ＯＮひ ご＝苅ＡτＺＯＮＡＬ　ＡＰＰＬ：ＣＡ！工ＯＮ　Ｎｏ、　：’ＣτｆσＳ　ａ ５０００８２　（ＳＡ　Ｂ５４４）ＵＳ−Ａ−４４２ユ４１０　２０／Ｌ２／Ｂ コ　ＪＰ−Ａ−５６０１６８０４１Ｂ１０２／Ｂ３−ｒＲ−Ａ−１５８８２３１ １０１０４／７０　ＮｏｎａＷＯＡ−８４０１２Ｌ２　２９１０３／８４　ＥＰ −Ａ−０１１９１９８２６１０９／８４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．加工物の第１の領域があらかじめ設計された標準に従つて、パターン形成さ れているか否かを判定するため加工物を検査する装置であつて、該装置は、前記 領域から光が透過するように、前記領域を照射する手段と、 そのような透過光を集め、前記領域のパターンを表す第１の出力信号を発生する 手段と、 前記第１の領域と同一と仮定される第２の領域から、比較信号を発生させる手段 と、 前記第１の領域が前記第２の領域、従つて前記あらかじめ決められた設計標準に 従つて、パターン形成されているか否かを示すため、前記信号を比較するための 手段とを具備し、 暗視野照射により、前記第１の領域を照射し、前記透過光が前記第１の端部（４ ６）から散乱された光から成るようにするための手段（６０、６６、６７、６１ ）を特徴とする装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載された装置において、前記第２の領域（４４）が前 記加工物上に配置され、前記比較信号は、前記第１の出力信号を発生するために 用いた手段と独立ではあるが同一である手段（６３、６９、６８、６２、３０、 ８２、８７）を用いて得られることを特徴とする装置。
3. ３．請求の範囲第１項に記載された装置において、前記第２の領域がもう一つの 加工物上に配置され、前記比較信号は前記第１の出力信号を発生するために用い た手段と独立ではあるが同一である手段（６３、６９、６８、６２、３０、８２ 、８７）を用いて得られることを特徴とする装置。
4. ４．請求の範囲第１項に記載された装置において、前記比較信号は前記第２の領 域を表す蓄積された信号であることを特徴とする装置。
5. ５．請求の範囲第１−３項に記載された装置において、更に 明視野モードで前記第１の領域を照射するための手段（２０、２４）と、 前記第１の領域から透過された明視野モードの光に応答し、前記第１領域のパタ ーンを表す第２の出力信号を発生するための手段と、 暗視野モード散乱光と明視野モード透過光を区別し、前記散乱及び透過光にそれ ぞれ応答し、第１及び第２の出力信号を発生するための手段と、 が含まれることを特徴とする装置。
6. ６．請求の範囲第１乃至４項に記載された装置において、 前記第１領域の異なる端部は、好ましい（Ｘ−Ｙ）軸に沿つて延び、暗視野照射 の入射角（θ１）は前記端部から散乱された集められた光を最小にするように選 択されることを特徴とする装置。
7. ７．加工物の第１の領域があらかじめ決められた設計に従つてパターン形成され ているか否かを判定するため加工物を検査する方法であつて、該方法は、前記第 １領域を照射し、それから透過される光を発生させる工程と、 そのような透過光を集め、前記領域のパターンを表す第１の出力信号を発生させ る工程と、 前記第１の領域と同一と仮定される第２の領域から、比較信号を発生させる工程 と、 前記第１領域が前記第２の領域に従つてすなわち前記あらかじめ決められた設計 標準に従つてパターン形成されているか否かを示すために前記信号を比較する工 程とを具備し、 前記第１領域を暗視野照射モードで照射することを特徴とする方法。
8. ８．請求の範囲第７項に記載された方法において、前記第２の領域は前記加工物 上に配置され、前記比較信号は前記第１の出力信号を発生するために用いたもの と同一の工程により、行うことを特徴とする方法。
9. ９．請求の範囲第７項に記載された方法において、前記第２の領域はもう一つの 加工物上に配置され、前記比較信号は前記第１の出力信号を発生させるのに用い たものと同一の工程を用いて行うことを特徴とする方法。
10. １０．請求の範囲第７項に記載された方法において、前記比較信号は前記第２領 域を表す蓄積信号であることを特徴とする方法。