JPS622102A - パタ−ン位置検出装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、パターン位置検出装置にかかるものであり、
特に半導体装置等の製造工程において使用されるフォト
レジストのパターンのエツジ位置や１＠などの認識に好
適なレーザ光を用いたパターン位置検出装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

ＩＣＪＰＬＳＩ等の半導体装置の製造に使われる半導体
ウェハ（以下、単に［ウェハＪという）においては、製
造プロセス中に各種処理を受けるが、特に所望の特性を
十分確保するためには、プロセス中の回路パターン等の
線幅や寸法等を正確に管埋することが重要である。この
ためには、フォトレジストなどの線幅や寸法等を自動的
に高精度に測定する装置が必要である。

このようなパターン位置検出装置としては、例えば特願
昭５９−２６１１０５７号として出願されたものがある
。この出願にかかる装置は、ウニ／Ｓ上のフォトレジス
トなどに形成されたパターンを、該パターンのエツジに
よる散乱光ト、該パターンかラノ反射光と、フォトレジ
ストによる螢光との３種の光情報を同時に°別１ｉ！に
取り出してパターン位置検出を行う構成となっている。

かかる装置において、アルミニウム（ＡＡ）や多ｕｌ１
ｇシリコン（Ｓｌ）上のフォトレジストの線幅を、反射
光と螢光とを用いて測定する場合を考えてみると、グレ
インと称される固有の材料特性のため、反射光の信号波
形に第２図（ＡＲＫ示すように、大きなノイズが含まれ
る場合がある。このため、反射光のみを利用するときは
、レジストパターンのエツジ位置の判断を誤るおそれが
ある。一方、フォトレジストの螢光は、レジスト部分し
か生じないため、同図（Ｂ）に示すように波形は単純表
彰となる。従って、まず、ｍ２図（Ｂ）に示す螢光のｌ
Ｆｔ号からパターンエツジのおおよその位置を知り、か
かる位置に基づいて同図（Ａ）に示す反射光の光信号か
ら厳田なエツジ位置を計算することができる〇 しかしながら、以上のようにして測定を行うとしても、
次のような不都合がある。

（１）パターンのエツジ位置にグレインが重なったが不
可能となる。

（２）反射光及び螢光の信号双方について、その信号強
度を最適化させるため、レーザ走査を多数回行なう場合
があるが、このときに、フォトレジストが強力な光で化
学反応を起こして変質することがあり、反射光、螢光に
よって得られる信号波形も次第に変化し、正確な測定か
不可能になることがある。

更に、フォトレジスト等のパターン寸法値は、微細化さ
れるに伴い、パターンの位置ないし場所によるわずかな
線幅の差異が太き表問題となるため、測定値としてはパ
ターンの特定位置の線幅寸法よりもパターン全体の平均
ｇ幅値の方が好まし一ゝＯ 〔発明の目的〕 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、レジ
ストパターンのエツジ位置にグレインが重なった場合で
あってもフォトレジストの変質ヲ伴うことなく、また、
パターンの微小部分のわずかなばらつき全平均化し、高
い再現精度で安定に、かつ、良好にパターン゛位置の検
出を行うことができるパターン位置検出−Ｒを提供する
ことをその目的とする◎ 〔発明の概要〕 本発明は、レーザ光と被検試料とを相対的に移動させる
走査手段の他に、該手段による走査位置をシフトさせる
シフト手段を設けるとともに、パターン位置の検出手段
による検出動作がエラーなく正常に行なわれたか否かを
検出するエラー検出手段を設け、この手段によってエラ
ーが検出されたときには、シフト手段を駆動して走査位
置を７フトさせ、正常に測定されたデータだけを平均化
した結果を寸法値とすることを技術的要点としている。

〔実施列〕

以下、本発明にかかるパターン位置検出装置の一実施例
を、ａ附図面ｔ−参照しながら詳細に説明する８ 、８１図には、本発明の一実施例のうち、光学的装置の
配ｆが示されている。この図において、螢光発生用の励
起光源としてのレーザ光源１０は短波長のレーザ光（コ
ヒーンント光）全発生する。

そのレーザ光の径はビームエキスパンダーとしてのＶン
ズ１２，１４によって拡大される。レンズ１２と１４の
間にはレーザ光を一次元に走査する　　　□ためのミラ
ー一体格ｍｇ（走査部）１６が設げられる。走査ｇ１６
はレーザ光の光路長を変えることな（、レーザ光の元軸
を平行にシフトさせる。

また、レーザ干渉計やリニアエンコーダ等でＷ成された
走査量モニター１８は、走査ｇ１６の移動ｔ１：読み取
るものである。

次に、前記ビームエキスパンダーで拡大されたはぼ平行
なレーザ光束は、バーピングガラス２０に入射するよう
になっている。このハービングガ７ラス２０は、レーザ
光束の走査位置をシフトさせル本ので、パルスモーＪ、
ＤＣモータ等の駆動ユニット２２によって入射レーザ光
束九対する角度が変化するようになっている。なお、こ
の変化の程度すなわちレーザ光束のシフト量は、ポテン
ショメータ２４によって検出し得るようＫＷ成されてい
る。

バーピングガラス２０全通過し念レーザ光束は、ハーフ
ミラ−（ハーフプリズム）２６ｔ−透過した後、像回転
プリズム２８を経て、ダイクロイックミラー３０で反射
されて、対物レンズ３２に入射する。ダイクロイックミ
ラー３０はレーザ光を反射し、それよりも長波長の光を
透過するような分光特性を有する。対物レンズ３２に入
射したレーザ光束は集光されて、試料台６４に載置され
たウェハ（被検試料）Ｗ上に（＠小な）スポット光とし
て結像される。このンーザスポット元は走ｆｇ１６の移
動と共にウェハＷ上を一次元的に走査し、またその走ｉ
位置がバーピングガラス２０の駆動によってシフ１．）
−する、。すなわち、走査部１６及びバーピングガラス
２０により、レーザスポット光Ｆ１６エハＷ上を２次元
的に走査することとなる。

ウェハＷ上に微小な凹凸の段差、所謂パターンのエツジ
が形５！されていて、スポット光がそのエツジを横切る
と、エツ°ジからは散乱光（あるいは段差による回折光
）が生じる。その散乱光の大部分は対物レンズ３２の開
口数（ＮＡ）で決まる立体角以上の角度で発生するので
、対物レンズ３２にはほとんど戻らない。そこでそれら
散乱光は対物レンズ５２の周囲に環状に設けられた球面
ミラー３６で集ｆｔ、され、対物レンズ６２のノＳ＠を
丸軸に沿って戻り、ダイクロイックミラー６０に至る。

このダイクロイックミラー３０で反射された散乱光は、
さらに環状（ドーナツ状）のミラー３８で反射された後
、レンズ４０によってフォトマルチプライヤ等の光゛成
検出器４２に集光される。以上のような球面ミラー３６
、ドーナツミラー６８、レンズ４０の構成は、顕微鏡の
暗視野光学系に相当する。尚、パターンからの散乱光強
度が十分に大きい場合は、対物レンズ５２の周囲に環状
に固体センサーを設けて検出するようにすれば、暗視野
光学系は不要となる。またウェハＷからの反射光は対物
レンズ３２、ダイクロイックミラー３０、像回転プリズ
ム２８を通り、ハーフミラ−２６で反射された後、ミラ
ー４４で直角に反射され、レンズ４６で扁光される。レ
ンズ４６による反射光の集光（＠儂）位置には、開口４
８を有する絞り５０が配置され、開口４８の後にはシリ
コンフォトダイオード（ＳＰＤ）等の検出器５２が配置
される。この光電検出５１０は反射光の量に応じた光電
１８号を出力する。

さて、ウェハＷ上にフォトレジスト層のパターンが形成
されていると、短波長の７−ザ光に励起されて、そのパ
ターンから螢光（あるいはリン光）が発生する。その螢
光は通常、波長５００〜７００ｎｍの可視光であり、レ
ーザ光の波長よりも長い。その比ぬパターンからの螢光
は対物レンズ３２を通った後、ダイクロイックミラー３
０を透過して、レンズ５４、ハーフミラ−（ハーフプリ
ズム）５６、切替ミラー５８、及びミラー６０を経て、
レーザ光の波長域の光をカットするフィルター６２ｔ−
透過してフォトマルチプライヤ−等の光電検出器６４に
至る。尚、切替ミラー５８は螢光の検出時にハーフミラ
−５６とミラー６０の間の光路中から退避するように構
成される。そして、切替ミラー５８が第１図のようにそ
の光路中に４５°の角度で介挿されると、照明系６６か
らの可視照明光が切替ミラー５８、ハーフミラ−５６で
反射され、レンズ５４、ダイクロイックミラー３０ｔ−
介して対物レンズ３２に入射し、ウェハＷ上の観察領域
を落射照明する。この状態の場合、照明系６６からの光
は、直接光電検出器６４に入射しないように切替ミラー
５８によって阻止される。また、ウェハＷから戻って来
た可視光は対物レンズ３２、ダイクロイックミラー３０
、レンズ５４、及びハーフミラ−３６ｔ−介してファイ
ンダーとして用いる観察光学系６８に至り、ウェハＷ上
の観察領域が目視される。

以上のように、本実施例ではウェハＷ上に形成された種
々のパターンを、レーザーにヨルパターンのエツジから
の散乱光とレーザーによるパターンからの反射光と、パ
ターンからの螢光（リン光）との６種の光情報を同時に
別個に取り出して、検出するような構成となっている。

このため、それら３種の光情報とスポット光の走査量（
位置）情報とによりフォトレジストのパターン、ポリシ
リコンのパターン等の種々のパターンのエツジ検出、パ
ターン位置検出、線幅や寸法の計測が多角的に行なわれ
ることになる。尚、螢光を検出するためのレーザ光源と
しては、波長３２５ｎｍ又は４４２ｎｍのｆ（ｅ　−Ｃ
ｄ　レーザや、波長４８８ｎｍＯＡｒレーザ等が利用で
きる。この様なレーザ光の照射によって螢光性金示すも
のば、ウェハプロセスの中テＨフォトレジスト以外にも
ＰＥＧ（リンガラス）やボ１１イミド等があるが、本実
施例ではフォトレジストによるパターンの計測を扱うも
のとする。

もちろん、計測対象が螢光性を持たない場合は、螢光検
出系は不要となり、反射光又は散乱光の検出系で計測す
ることになる。

次に、上記実施例の信号処理回路について説明する。Ｗ
Ｘ３図には、かかる回路の一例が示されている。なお、
第１図に示した装置と同一の摺電部分については同一の
符号を用いることとする。

第３図において、装置全体の動作や信号処理は、マイク
ロコンピュータやミニコンピユータ等の演算処理装置Ｃ
以下ＣＰＵとする）７０によって統括制御される。３つ
の光電検出器４２．５２．６４からの光電信号は、ＣＰ
Ｕ７００指令に応答して、そのうち２つの信号を任意に
選択するようなアナログマルチプレクサＣ以下ｒＭＰＸ
Ｊと呼ぶ）回路７２に入力される。選択された２つの光
電信号は、夫々割算器ｃ以下「０１　ＶＪとする）７４
゜７６に分子として入力される。ＤＩＶ７４．７６の各
分母としてｉ、ＣＰＵ７０からのデジタル的々指令値を
アナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換器Ｃ以
下ｒＤＡｃＪとする）７８．８０の出力信号が印加され
る。このため、２つの光電信号の夫々は処理に最適なノ
ベルになるようにゲインコントロールされる。さて、Ｄ
ＩＶ７４．７６からの光電信号は夫々・サンプルホール
ド回Ｗ＆（以下ｒｓＨｃＪと呼ぶ）８２．８４に入力サ
レｇｅ、更にアナログ−デジタル変換器ｃ以下ｒＡＤＣ
Ｊと呼ぶ）８＜Ｓ、８８に入力される。これら５ＨＣ８
２，８４のサンプリング動作とＡＤＣ８６，８８の変換
動作は、走査量モニター１８から単位走査量毎に出力さ
れる時系列的なパルス信号ＳＰに応答して行なわれる◎
すなわち、クエハＷ上のスポット光の単位移ｆｌｈ＊（
例えば０．０１μ溝）毎に光電信号の大きさをサンプリ
ングして、それをデジタル値に変換する。尚、パルス信
号８Ｐｔ！、ＣＰＵ７０からの指令に応答して開閉する
ゲート回路９０を介して５ｕｃ８２，８４、ＡＤＣ８６
，８８に印加される。ＡＤＣ８６，８８で変換された光
゛成信号のデジタル値は、それぞれランダムｅアクセス
・メモＩＪ（ＲＡＭ）９２．９４に番地順に記憶される
。ＲＡＭ９２．９４のアクセス番地はパルス信号ＳＰに
応答して頃次更新されるような構成になっており、ＲＡ
Ｍ９２．９４には、例えば特開昭５９−１８７２０８号
公報に開示されているように、元ｔｌＬ信号の走査位置
に対応した波形が記憶される。

こうしてＲＡＭ９２．９４に記憶された光電信号の波形
データは、ＣＰＵ７０に読み込まれて各種処理を経て、
パターンの位置やエツジの位置等が検出される。その検
出の１つの手法は特開昭５９−１８７２０８号公報に詳
しく開示されているので、ここでは説明全省略する。ま
たＣＰＵ７０には、走査部１６、バーピングガラス２０
の駆動ユニット２２、及びボテンショメー４２４が各々
接続されており、走査ｇ１６及び駆＠１ニット２２の駆
動制御が行なわれるとともに、ボテン７ヨメータ２４に
よってレーザ光束のシフト童が検出し得るようになって
いる。

次に、上記実施例の全体的動作について説明する。まず
、ウェハＷ上のＶシストの反射光強度が第２図（Ａ）に
示したような場合について説明する。

なお、第４図ＩＣは、検出アルゴリズムの一例がフロー
チャートとして示されており、第５図には、エツジが正
常に検出されたか否かｔ−判断するためのアルゴリズム
の一例がフローチャートとして示されている。

まずミラー５８を観察用の位置に切替え、ウェハＷ上の
所望のパターン、例えば配線用の線状パターン（凸状）
が対物レンズ３２による視察視野の中央に位置するよう
に、試料台６４の位置を調整する。そして、スポット光
の走査軌道がその線状パターンと直交するように１家回
転プリズム２８の回転位置ｔ−調整する０次に走査ｆ［
ｓｌ　６を移動させて、スポット光が線状パターンの横
に整列するように位置決めする。このとき、ＣＰＵ７０
は走査量モニター１８からスポット光のウェハＷ上での
位置に対応した情報全走査開始点として読み取り記憶す
る０次にＣＰＵ７０は測定するパターンの形状、材質に
応じて、との光電信号を使うかを選択する几めのＪ￥ｊ
　’ｉ￥　ｔ’　Ｍ　Ｐ　Ｘ回路７２に出力する。

このため、ＣＰＵ７０には外部（オペレータ）から材質
等の情報を入力するための噸能が備えられている。例え
ばパターンの材質が金属（アルミニウム等）の場合に、
散乱光又は正反射光を用いて測定するのが−１１ましく
、フォトレジストの場合はいずれを用いても測定できる
が、特に螢光とその他の１つ（散乱光と正反射光のいず
れか一方）と全周いて測定すると、計測精度が著しく向
上する。

そこで以下の説明では、正反射光と螢光とを用いてフォ
トレジストによる線状パターンの幅を測定するものとす
る。従ってＣＰＵ７０は光電検出器５２と６４の各光電
信号がＤＩＶ７４．７６に入力するようにＭＰＸ回路７
２を制御する。そしてＣＰＵ７０はゲート回路９０を開
き、スポット光が走査開始点から線状パターンを横切る
まで走査部１６ｔ−駆動させる。なお、バーピングガラ
ス２０は、適当な位置に保持される。これによって、Ｒ
ＡＭ９２．９４の夫々には第６図（Ａ）、（Ｂ）のよう
な波形データが記憶される。この場合、スポット光の走
査軌道上には、第７図に示すように測定すベキ線状フォ
トレジストパターンＰＰ以外にポリシリコン、又は金属
によるパターンＰＭが形成されていたものとする。この
場合ウェハＷ上のパターンで螢光を発生するものはフォ
トレジスト（有機物）層だけであり、螢光による波形デ
ータ中で装置の大きい部分を調べることにより、線状パ
ターンＰＰを識別することができる。ｆｌＥｂ図ｒＡ）
に示すように、スポット光ＬＳがパターンＰＭ％ＰＰを
Ｘ方向に走査する（第７図ｒＡ）参照）と、ＲＡＭ９２
に記憶された正反射光による光電信号の波形中には、パ
ターンＰＭ、ＰＰの夫々のエツジでの変化に応じてピー
クとボトムとが現われる。一方、第６図（Ｂ）に示すよ
うに、１’ＬＡＭ９４に記憶された螢光による光電イ１
１号の波形中には、フォトレジストのパターンＰＰのみ
による単純な立上り、立下リヲ伴ったレベル変化が現わ
れる。フォトレジストのパターンの場合、パターンのす
そ野（底部）付近の線幅を計測することが重要であるが
、ｆｉ元による信号波形は、＠７図（Ｂ）に示したフォ
トレジストのパターンｐ　ｐ　１２）ＷｒｍＨ４造を忠
実に反映したものとなり、第６図（Ｂ）のように、その
信号波形のバックグランドノイズよりもわずかに高く、
最大値よりも十分に低いところに、スライスレベルＶ＋
ｓを設定すれば、パターンＰＰの両端の段差エツジにお
けるすそ野部分の位置”ｉｓ　Ｘ！　　が正確に求まる
、。

そこでＣＰＵ７０ｔｆ、以上のような光電信号の選択、
レーザ光束の走査の開始、パラメー４（例えばレーザ光
束の走査回数Ｎ）の初期化を行った後（第４図ステップ
８１）、ＲＡＭ９４から第６図（Ｂ）に示したような信
号波形デー４を読み込み（同図ステップＳ２）、スライ
スレベルＶｓトの比較を行なって、位置Ｘｌｓ　”！　
　を検出する（同図ステップ８３）。この位置”Ｉｓ　
Ｘ２　　け、走査開始点の位ＷｘｎＫ対応するＲＡＭ９
４の番地Ａ００から、位置！Ｉｓ　１Ｎ　　の夫々に対
応する番地ＡＤＨ，ＡＤ２までの番地数と単位走査量（
例えば０．０１μｍ）とから算出される。ただし螢光の
みによる線１嬬計測だけでよい場合は、位置ＸＩ、　Ｘ
２　　を求めることなく、番地ＡＤ、とＡＤ、との間の
番地数と単位走査量との積を求めるだけでよい。

さて、位置！１ｍＸ４　　が検出されると、ＣＰＵ７０
σ読み込んだＲＡＭ９２に記憶された正反射光による波
形データ中で位置［１とｘ３に対応した区間Ｌ０ｔ−選
び出し、その区間Ｌｏ（又はその両脇近傍）の波形から
、パターンＰの段差エツジの位置又はエツジとエツジの
間隔Ｃ線＠）を検出する（同図ステップＳ４参照）。

次に、以上の検出が正常に行なわれたか否かについて第
５図に示すフローチャートに基づいて判断される（第４
図ステップ８５）。

ｉｆ、ＲＡＭ９２に格納されているデータｔＸ次処理し
、立ち上がり開始位置Ｘａｉ求める（ステップ５５１）
。例えば、Ｘｉ＋１−ｘｔ＞α（αは十分大きな値）な
る点Ｘ１ｔ−Ｘ＆とする。

次に、立ち上がり終ｒ位置Ｘｂｔ−求める（ステップ５
５２）。例えば、Ｘｉ＋１−Ｘｌく０かつＩＸｔ　−Ｘ
ｓ＋ｎｌ＜β（ｎｉｌｔ５以上、βｕ十＋小さいｉ）な
る点Ｘｔをｘｂとする。

次に、該ｘｂの直前のピーク点Ｘｐｔ求める（ステップ
８５３参照）。例えば、Ｘｉ　−Ｘｌ−１＞　０．　Ｘ
　ｔ＋１−ｘｔ＜０なる点Ｘｉ　ｔ−Ｘｐとする。これ
ら＞（ａ、　Ｘｂ。

Ｘｐ　　の例を示すと、第８図の如くである。

次ｒｃ、（Ｘａ、　Ｘｐ　）　　ｆ処理区間として、こ
の区間内の全データを数値微分する（ステップ５５４）
。

具体的にＦｉ、Ｘｉ　　Ｘｌ−１を求める。そして、こ
の微分デー４が全て正か否かを判断することにより（ス
テップ８５５）、エツジ検出にエラーがあったか否かを
判定する。例えば、グレインの影響がない場合には、反
射光の信号波形が第２図に基づいて説明したように、第
９図（Ａ）に示すようになる。

従って微分デー４汀同図（Ｂ）に示すように正となり、
エツジ検出は正常に行なわれることとなる（ステップ５
５６）。他方、グレインの影響があって、反射光の信号
波形が第１０図（Ａ）に示すような場合ＩＩｃは、微分
データが同図（Ｂ）に示すように全て正とならず、エツ
ジ検出にエラーが生ずることとなるＣステップ５５７）
。

上記例では、１ｇ２図（Ａ）の反射光波形の場合である
から、エツジ検出は止材に行なわれ、エツジ位置Ｐ１．
Ｐ２が計算される（第４図ステップ８６）。

そして、正常に測定された走査回数かに＝に＋１として
カウントされるとともに、所定の係数ＣＫ対しＣ（Ｐ２
−ＰＩ）が算出され、巌幅炸が計：Ｊｌ：される（同図
ステップ８７）。

反射光にグレインの影響があり、信号波形が第２図（Ｃ
）に示すような場合には、第５図士説明したように、ス
テップＳ５でエツジが正常に検出されていないものと判
断され（第５図ステップＳ５５゜８５７）、上述のステ
ップＳ６、ｓ７の処理が飛ばされる。

次にＣＰＵ７０によって駆動ユニット２２が駆動され、
バーピングガラス２０が所定量回転する。

このため、第１１図の矢印で示すように、レーザ光束の
スポットが走査方向と垂直の方向にシフトし、異なる位
置でそのスポットの走ｇが行なわれることとなる（４４
図ステップ８８）。このとき、ＲＡＭ９２ｔ！クリアさ
れ、シフトとした走査によって反射光による信号データ
が新たに書込まれる。

そして再びエツジ検出を行ない、線・１４ヲ算出し、バ
ーピングガラス２０の駆動を行って、走査位置ヲシフト
させるという逃埋（同図ステップｓ２ないしＳ８）がｎ
ＩｊｉＵ繰り返される。ｎ回の走査を終了したら（同図
ステップＳ９）、正常に測定されして、これを、線幅寸
法値とする。この上“うにしてＡ　ｐ−ン上のグレイン
の影響を排除し、別言すれば反射光の信号波形がｔａ２
図（Ａ）に示すような状態のみでエツジ検出を行ない、
かつ、エツジ位置の細かいばらつきを平均化させて測定
が実行される。

このようにすれば、グレインによる影響も回遊し得るし
、また、同じ部分を２回以上走査しないので、フォトフ
シストの変質も防止することができ、かつ、エツジ位置
の微細なばらつきがある場合には、これを平均化し安定
した高い再現性をもつ線幅測定を行うことができる。

なお、反射光のかわり和、散乱光を使用する場合ＩＩＣ
は、ＭＰＸ回路７２により光電検出器４２からの光電信
号の波形？ＲＡＭ９２に記憶すればよい、−１また、第
５図では、信号波形の立ち上り部分についてエラー検出
する場合を示したが、立ち下がりの場合についても同様
である。

次に本発明のｆｆＫ２の＊施例を第１２図、第１３図に
より説明する。８１２図は螢光検出系の光学系の配置図
であり、第１３図はその第１２図の光学系に対応した信
号処理系の回路ブロック図である。８１図に示したミラ
ー６０からの螢光は、ノ為−フミラー１００によ、つて
２分割され、透過した螢光は光学的なバンドパスフィル
４−１０２によって分光された後、フォトマルチプライ
ヤＣ以下、フォトマルと呼ぶ）１０４＆Ｃ受光される。

一方、ハーフミラ−１００で反射された螢光は、次の７
１−フミラー１０６によって２分割され、ここで反射し
た螢光はバンドパスフィルター１０８によって分光され
た後、フォトマル１１０に受光される。

ハーフミラ−１Ｏ６ｔ−透過した螢光は、ミラー１１２
で反射された後、バンドパスフィルター１１４で分光さ
れてフォトマル１１６に受光される０尚、ミラー１１２
、バンドパスフィルター１１４、フォトマル１１６Ｆｉ
、場合によりては不要である。ここでバンドパスフィル
ター１０２゜１０８．１１４は互いに異なる波長帯域を
有し、螢光ｔ−２つあるいは３つの帯域に分光するもの
である。これは、ウェハＷ上で発生する螢光をフォトレ
ジストからの螢光と、その他の物質、例えばゴミや欠陥
からの螢光とに分離して別々に検出するためである。例
えば波長３２５ｎｍのＨ・−Ｃｄ　　Ｌ’−ザを用いた
場合フォトレジストによる螢光は５５０〜６５０ｎｍの
バンドパスフィルター１０２で検出し、ゴミによる螢光
は４００〜５００ｎｍのバンドパスフィルター１０８で
検出することができる。またあらゆる螢光を検出すると
きは、バンドパスフィルター１１４を波長域４００〜７
５０ｎｍ　にする。ｆｉＫ別の螢光物質がある場合はそ
の波長に合わせて分光すればよい。このようにすると、
フォトレジストからの螢光のみ全確実に検出することが
でき、敵乱光や正反射光で測定を行なう場合、ゴミによ
って散乱光強度や、正反射光強度が変化しても、測定す
べきパターンとゴミとを弁別して検出することが可能と
なる。そのため測定の際、ゴミからの螢光を検出した場
合は、その測定を無効とし、試料台３４を移動させたり
、レーザ光のスポラトラ走査線と交わる方向にシフトさ
せたりして、ゴミのない所で再度測定を実行するという
ようなことができる。

さて、第１３図に示すように、光電検出器５２゜４２．
１０４，１１０．１１＜Ｓからの各光電信号は、第３図
中のＭＰＸ、回路７２と同様のアナログφマルチプレク
サ（ＭＰＸ）回路１２０に入力する。ＭＰＸ回路１２０
けそれら５つの光電信号から任意の３つの光電信号を選
び出し、それぞれ割算器、サンプルホールド回路、アナ
ログデジタル変換器及びＲＡＭを有する信号波形検出ユ
ニットＣＨＩ、　ＣＨ，、ｃ）１３に出力するｎＭＰＸ
回路１２０は、ＣＰＵ７０からの指令でどの光電信号を
選択するか全決定する。例えばユニットｃｕｌに正反射
光による信号波形を記憶し、ユニットＣＨ，に敏乱元に
よる信号波形を記憶し、そしてユニットＣＨ３にフォト
レジストからの螢光（５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ　　）に
よる信号波形を記憶する。そしてユニツ）ＣＨ３の信号
波形を基準にユニットＣＨ１、ＣＨｔの信号波形ヲ調べ
ることによって、より多角的にパターンエツジの位置や
線幅、寸法等が検出できる。

ｔたユニットＣＨｌ、ＣＨｌ　、ＣＨ２の夫々に分光さ
れた螢光による信号波形を記憶すれば、フォトレジスト
によるパターンの検出、ゴミ等の付着の有無の検出、及
びそれ以外の有機物質の存在等の検出が可能となる。尚
、ウニ／”ＩＷ上で発生する螢光は、６つく分光する以
外罠、必要に応じて１つ又は４つに増域させてもよい。

また信号波形検出ユニットも３つである必要Ｆｉ＆＜、
２つであってもよい。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明は螢光を発す
る物質で形成されたパターンの位置検出を必要とする装
置であれば、どんなものにでも利用できる。例えば半導
体素子製造用の露光装置におけるアライメントマークの
検出等に応用できる。さらに本実施例のようにスポット
光全走査する代りに、試料台３４ｔ−移動させるような
構成とし、走査量モニター１８の代りに試料台３４の位
置、あるいは移動量を検出する光波干渉測長器を設けて
も全く同様の効果が得られる０またレーザのスポット光
は円形である以外に、段差エツジと平行に細長く伸びた
帯状スポット光としてもよい。

この場合、エツジの不整に対する平滑化効果が期待でき
る〇 尚、上記実施例では、エツジが正常に検出できた時も、
ダレイン等の影響で検出できなかった時も、ノーザーの
走査位置のシフトｉ行なったが、同−置所を繰り返し走
査しても測定結果に悪影響が出ない場合は、エツジが正
常に検出できなかった時のみシフｈ２行ない、正常に検
出できたらシフトを中止し、その場で複数回の走査を行
なって測定データを得るようにしても良い。この場合は
、シフトラ行なわなくなった分だけ測定に要する時間が
短縮できる。

また測定対象が螢光性をもたないため螢光信号を利用で
きない場合、又は利用しなくても所望の８１度の測定デ
ータが得られる場合は、螢光検出系は不要となり、反射
光若（、＜は散乱光の検出系で測定を行なうことになる
が、この場合でも、上記ダレイン等の影響でエツジの正
常な検出ができなかったときに行なうシフトは有効とな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、レーザ光束の走
査位置をシフトさせることとしたので、正確なパターン
検出を行うことができるようになるとともに、フォトレ
ジストの変質も防止されるという効果がある。

また、上記実施例によれば、パターンのエツジ位置にダ
レインが重なってエツジ検出にエラーが生じる場合であ
っても、ダレインの影響のない状態で正確なパターン検
出ができると同時に、パターンの場所によるエツジ位置
のばらつきがある場合には、これを平均化させることで
再現性のよい安定した位置検出を実行できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるパターン位置検出装置の一実施
例のうち、光学的部分を示す配置構成図、第２図は反射
光及び螢光の信号波形例を示す線図、第３図は上記実施
例の電気的構成部分を示す回路ブロック図、第４図はパ
ターン検出のアルゴリズムの一例を示すフローチャート
、第５図はエツジ検出のエラーを判断するアルゴリズム
の−ｎｔ−示すフローチャート、第６図は反射光及び螢
光によるエツジ検出を示す線図、第７図はパターンの一
例を示す説明図、第８図はエラー検出の手順の説明図、
第９図及び第１０図はエラー判断の例を示す線図、第１
１図はバーピングガラスの作用を示す説明図、第１２図
及びｆｊｌｃ１３図は本発明の他の実施例の主要部分を
示すブロック図である。 主要部分の符号の説明 １０・・・レーザ光源、１６・・・走査部、１８・・・
走査量モニ４−１２０・・・バーピングガラス、２２・
・・駆動ユニット、２４・・・ポテンショメータ、３４
・・・試料台、４２．５２．６４・・・充電検出器、７
０・・・ｃｐｕ、７２・・・マルチプレクサ回路、Ｗ・
・・ウェハ。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第２図 第５図 第Ｓ図 第９図　　　　第１０図 Ｗ 第１１図 第１２図 １０４−！ １ｆθ− Ｉｆ６−。 笛／Ｊ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の幾何学的なパターンを有する被検試料上にレーザ
   光を集光して照射する光学系と、 前記被検試料とレーザ光とを相対的に移動させてパター
   ンのレーザ光による走査を行う走査手段と、 該走査手段による走査位置を該走査方向と直交する成分
   を持つ方向へシフトさせるシフト手段と、前記レーザ光
   の照射により前記パターンから生じる反射光と該パター
   ンの境界部で生じる散乱光のうち少なくとも一方を受光
   し電気信号に変換して出力する第１光電検出手段と、 前記レーザ光の照射により前記パターンから生じる螢光
   を受光し電気信号に変換して出力する第２光電検出手段
   と、 前記第１光電検出手段の出力、第２光電検出手段の出力
   及びレーザ光の走査位置に関するデータから前記パター
   ンの位置を検出する検出手段とを具備することを特徴と
   するパターン位置検出装置。