図面 (/)

技術 検査装置及び検査方法

出願人 ソニー株式会社
発明者 菅沼洋
出願日 1999年10月19日 (21年2ヶ月経過) 出願番号 1999-297298
公開日 2001年4月27日 (19年8ヶ月経過) 公開番号 2001-116532
状態 拒絶査定
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード mライン パターン変動 検査能力 検査用ステージ サンプル測定 回転拡散板 基本周期 直進運動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年4月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

半導体ウエハ等の微細構造パターンの変動を適切且つ効果的に検出する。

解決手段

半導体ウエハ30に照射される照明光光路中に配設されたグレーティング5を、移動機構6によってその光軸方向に移動操作できるようにする。これにより、グレーティング5によって回折された照明光の半導体ウエハ30への入射角を任意に変更することができる。

概要

背景

近年、電気産業分野におけるデジタル化が進む中で、半導体集積回路集積度の向上が盛んに行われている。そして、このように高度に集積された半導体集積回路を如何に効率良く低コストで提供できるかが、今後のデジタル電気産業発展を左右する重要な課題となっている。

半導体集積回路を低コストで効率良く生産するためには、製造プロセス中に発生する問題を迅速に且つ正確に検出することが重要である。このため、微細パターンを精度良く検査できる検査装置に対する需要が高まっている。

また、半導体集積回路以外でも、例えばハードディスクドライブに用いられる磁気ヘッド等、微細加工が要求されるデバイスを低コストで効率良く生産するためには、このような検査装置が非常に重要である。

高い解像度を有する検査装置としては、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)や原子間力顕微鏡AFM:Atomic Force Microscope)等を用いたものが知られている。しかしながら、これら走査電子顕微鏡や原子間力顕微鏡は、検査に真空を必要とするので取り扱いが不便であると共に、デバイス全体を検査するのに時間がかかるという問題がある。

これに対して、光学顕微鏡を用いる検査装置では、非破壊で真空を必要とせず、非接触で検査ができるという利点がある。近年、非線形光学結晶を用いてYAGレーザ等の波長変換により紫外光出射する固体レーザが開発されており、この固体レーザを照明光源として用い、高NAの対物レンズを用いて照明光学系を構成すれば、光学顕微鏡においても、走査電子顕微鏡等に肉薄する解像度が得られることから、大きな期待が寄せられている。

概要

半導体ウエハ等の微細構造のパターンの変動を適切且つ効果的に検出する。

半導体ウエハ30に照射される照明光光路中に配設されたグレーティング5を、移動機構6によってその光軸方向に移動操作できるようにする。これにより、グレーティング5によって回折された照明光の半導体ウエハ30への入射角を任意に変更することができる。

目的

本発明は、以上のような実情に鑑みて創案されたものであって、微細構造のパターンの変動を適切に検出することができる検査装置並びに検査方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

検査対象照明する照明光出射する照明光源と、上記照明光源から出射された照明光の上記検査対象への入射角可変にする入射角可変手段と、上記照明光により照明された上記検査対象からの反射光又は透過光を検出する検出手段とを備える検査装置

請求項2

上記検出手段は、上記検査対象の回折効率に依存する上記検査対象物からの反射光又は透過光の強度分布を検出し、上記検出手段により検出された上記検査対象からの反射光又は透過光の強度分布に基づいて、上記検査対象の状態を検査することを特徴とする請求項1記載の検査装置。

請求項3

記入射角可変手段は、上記照明光源から出射された照明光を回折する光回折素子と、この光回折素子を上記照明光の光軸方向へ移動させる移動手段とを備え、この移動手段により上記光回折素子を上記照明光の光軸方向へ移動することによって、上記光回折素子により回折された照明光の上記検査対象への入射角を変化させることを特徴とする請求項1記載の検査装置。

請求項4

上記入射角可変手段は、互いに回折角の異なる複数の光回折素子と、これら複数の光回折素子をそのうちの任意の1つが上記照明光の光軸上に位置するように一体に保持する保持手段とを備え、上記照明光の光軸上に位置する光回折素子を切り替えることによって、上記光回折素子により回折された照明光の上記検査対象への入射角を変化させることを特徴とする請求項1記載の検査装置。

請求項5

上記照明光源としてレーザ光源を備え、上記照明光の光軸上にスペックル打ち消すためのスペックル平均化手段が配設されていることを特徴とする請求項1記載の検査装置。

請求項6

上記レーザ光源は、紫外線レーザを出射することを特徴とする請求項5記載の検査装置。

請求項7

上記検査対象からの反射光又は透過光を偏光分離する偏光分離手段を備え、上記検出手段は、上記偏光分離手段により偏光分離された上記検査対象からの反射光又は透過光の偏光成分を各々個別に検出することを特徴とする請求項1記載の検査装置。

請求項8

検査対象を照明光により照明し、上記照明光により照明された検査対象からの反射光又は透過光を検出して、上記検査対象の状態を検査するに際し、上記照明光の上記検査対象への入射角を上記検査対象に応じて最適な値に設定しながら上記検査対象を照明することを特徴とする検査方法

請求項9

上記検査対象の回折効率に依存する上記検査対象物からの反射光又は透過光の強度分布を検出し、この検査対象物からの反射光又は透過光の強度分布に基づいて、上記検査対象の状態を検査することを特徴とする請求項8記載の検査方法。

請求項10

検査対象を照明光により照明し、上記照明光により照明された検査対象からの反射光又は透過光を検出して、上記検査対象の状態を検査するに際し、上記照明光の上記検査対象への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された上記検査対象からの反射光又は透過光をそれぞれ検出し、検出された複数の検出結果に基づいて上記検査対象の状態を検査することを特徴とする検査方法。

請求項11

上記照明光の上記検査対象への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された上記検査対象からの反射光又は透過光の上記検査対象の回折効率に依存する強度分布をそれぞれ検出し、検出された複数の強度分布に基づいて上記検査対象の状態を検査することを特徴とする請求項10記載の検査方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体集積回路等の微細パターンを有するデバイス検査に用いられる検査装置及び微細パターンを有するデバイスを検査する検査方法に関する。

背景技術

0002

近年、電気産業分野におけるデジタル化が進む中で、半導体集積回路の集積度の向上が盛んに行われている。そして、このように高度に集積された半導体集積回路を如何に効率良く低コストで提供できるかが、今後のデジタル電気産業発展を左右する重要な課題となっている。

0003

半導体集積回路を低コストで効率良く生産するためには、製造プロセス中に発生する問題を迅速に且つ正確に検出することが重要である。このため、微細パターンを精度良く検査できる検査装置に対する需要が高まっている。

0004

また、半導体集積回路以外でも、例えばハードディスクドライブに用いられる磁気ヘッド等、微細加工が要求されるデバイスを低コストで効率良く生産するためには、このような検査装置が非常に重要である。

0005

高い解像度を有する検査装置としては、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)や原子間力顕微鏡AFM:Atomic Force Microscope)等を用いたものが知られている。しかしながら、これら走査電子顕微鏡や原子間力顕微鏡は、検査に真空を必要とするので取り扱いが不便であると共に、デバイス全体を検査するのに時間がかかるという問題がある。

0006

これに対して、光学顕微鏡を用いる検査装置では、非破壊で真空を必要とせず、非接触で検査ができるという利点がある。近年、非線形光学結晶を用いてYAGレーザ等の波長変換により紫外光出射する固体レーザが開発されており、この固体レーザを照明光源として用い、高NAの対物レンズを用いて照明光学系を構成すれば、光学顕微鏡においても、走査電子顕微鏡等に肉薄する解像度が得られることから、大きな期待が寄せられている。

発明が解決しようとする課題

0007

ところで、検査対象となる半導体集積回路等のパターンは近年益々微細化してきており、微細構造の寸法が照明光波長と同程度にまで達するようになってきている。

0008

このような微細構造に照明光を照射すると、照明光に回折が生じることになる。そして、この回折が生じた光を像面にて観察すると、その回折の度合い、すなわち、微細構造の照明光に対する回折効率に応じて所定のパターンの強度分布が得られる。

0009

検査対象となる微細構造の回折効率は、微細構造のパターンの変動に応じて変わってくる。具体的には、例えば、その微細構造が所定の周期で凹部と凸部が並ぶ凹凸パターンである場合、凸部の幅の変動や凹部の深さの変動等に応じて微細構造の回折効率が変わる。そして、微細構造の回折効率に変化が生じると、像面にて観察されるパターンの強度分布に変化が生じる。したがって、この像面にて観察されるパターンの強度分布の変化から、微細構造のパターンの変動を検出することが可能である。

0010

このように、回折が生じた光の像面にて観察されるパターンの強度分布の変化から微細構造のパターンの変動を検出するようにすれば、光学顕微鏡の分解能を超えた非常に微細なパターン変動も検出することができるので、検査装置として非常に有用である。

0011

しかしながら、このような微細構造の回折効率の変化は、1つの変動要因にのみ起因するものではなく、複数の変動要因に起因して生じるものである。例えば、上述した凹凸パターンの微細構造においては、凸部の幅の変動のみならず凹部の深さの変動によっても回折効率に変化が生じる。また、照明光の偏光状態や照明光の入射角等の測定条件の違い等によっても回折効率に変化が生じる。

0012

したがって、例えば、凸部の幅の変動を検出する場合、凹部の深さが一定であるならば、照明光の偏光状態や照明光の入射角等の測定条件を一定にした上で、微細構造の回折効率に応じて変化する像面のパターンの強度分布を観察すれば、凸部の幅の変動を適切に検出することができるが、実際には、凹部の深さにも変動が生じる場合が多く、凸部の幅の変動のみを適切に検出することは困難である。

0013

このような場合には、例えば、照明光の入射角を変化させる等によって測定条件を変化させ、異なる測定条件で複数回検査を行って、これらの検査結果補正するようにすれば、特定の要因の変動のみを検出することが可能となる。

0014

また、照明光の入射角を変化させていくと、特定の要因の変動を最も効果的に検出できる最適な入射角が求められる。この照明光の最適な入射角は、検査する微細構造のパターンに応じてそれぞれ異なった値となる。

0015

本発明は、以上のような実情に鑑みて創案されたものであって、微細構造のパターンの変動を適切に検出することができる検査装置並びに検査方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0016

本発明に係る検査装置は、検査対象を照明する照明光を出射する照明光源と、この照明光源から出射された照明光の検査対象への入射角を可変にする入射角可変手段と、照明光により照明された検査対象からの反射光又は透過光を検出する検出手段とを備えている。

0017

この検査装置によれば、入射角可変手段により照明光源から出射された照明光の検査対象への入射角を変えることができるので、検査対象に応じた最適な入射角を設定し、検査対象の検査を効果的に行うことができる。

0018

また、この検査装置によれば、入射角可変手段により照明光の入射角を変えることができるので、照明光の入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された検査対象からの反射光又は透過光を検出手段によりそれぞれ検出して、検出された複数の検出結果に基づいて検査対象の検査をより適切に行うことができる。

0019

また、本発明に係る検査方法は、検査対象を照明光により照明し、この照明光により照明された検査対象からの反射光又は透過光を検出して、検査対象の状態を検査するに際し、照明光の検査対象への入射角を検査対象に応じて最適な値に設定しながら検査対象を照明するようにしている。

0020

この検査方法によれば、照明光の検査対象への入射角が検査対象に応じた最適な値に設定されるので、検査対象の検査を効果的に行うことができる。

0021

また、本発明に係る他の検査方法は、検査対象を照明光により照明し、この照明光により照明された検査対象からの反射光又は透過光を検出して、検査対象の状態を検査するに際し、照明光の検査対象への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された検査対象からの反射光又は透過光をそれぞれ検出し、検出された複数の検出結果に基づいて検査対象の状態を検査するようにしている。

0022

この検査方法によれば、異なる入射角で照明された検査対象からの反射光又は透過光がそれぞれ検出され、検出された複数の検出結果に基づいて検査対象の状態が検査されるので、検査対象の検査をより適切に行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

0024

ここでは、所定のパターンが形成された半導体ウエハの検査を行うための検査装置に本発明を適用した例について説明する。本発明を適用した検査装置は、検査対象である半導体ウエハを照明する照明光の半導体ウエハへの入射角を可変にし、微細なパターンに生じた欠陥の検出を適切且つ効果的に行うようにしている点に特徴を有している。

0025

本発明を適用した検査装置の具体的な説明に先立って、先ず、この検査装置により半導体ウエハのパターンを検査する原理について説明する。

0026

先ず、最初に、コヒーレントな照明光を照射したときのパターンのような格子形状物体結像について考える。アッベの結像理論によれば、図1に示すように、2つのレンズ101,102を介して像面103に結像する格子形状物体100の光学結像を、格子形状物体100にて回折された照明光の0次光と+1次光、−1次光の三光束の干渉から解析することができる。

0027

格子形状物体100にて回折された照明光の0次光の振幅をa0Exp[−ikz]とし、格子形状物体100にて回折された照明光の+1次光の振幅をa+1Exp[−i(kxx+kzz)]とし、格子形状物体100にて回折された照明光の−1次光の振幅をa-1Exp[−i(−kxx+kzz)]とすれば、像面103における格子形状物体100の像の強度分布Iは、Z=0のとき、下記式(1)で求められる。

0028

0029

ここで、格子形状物体100にて回折された照明光の+1次光の振幅a+1と、格子形状物体100にて回折された照明光の−1次光の振幅a-1とが等しいとすれば、この振幅をa1としたときに、像面103における格子形状物体100の像の強度分布Iは、下記式(2)で求められる。

0030

I=a02+4a0a1cos(kxx)+4a12cos2(kxx)={a0+2a
1cos(kxx)}2 ・・・(2)
格子形状物体100にて回折された照明光の+1次光と−1次光の方向は、格子形状物体100の凹部111と凸部112の周期によって決定される。格子形状物体100の凹部111と凸部112の周期が変化しなければ、例えば、凹部111の深さdが変化したり、凸部112の幅wが変化しても、格子形状物体100にて回折された照明光の+1次光や−1次光の方向は変化しない。しかしながら、格子形状物体100の凹部111の深さdや凸部112の幅wが変化すると、0次光に対する+1次光と−1次光の割合、すなわち、格子形状物体100の回折効率が変化する。そして、格子形状物体100の回折効率が変化すると、像面103における格子形状物体100の像の強度分布が変化することになる。格子形状物体100の回折効率が変化したときの像の強度分布の変化の様子を図2及び図3に示す。

0031

図2及び図3において、横軸は像面103における位置(図1中矢印Xで示す方向の位置)を示し、縦軸はその位置における像の強度を示している。また、図2において、曲線aは、0次光と±1次光との比率が0.9:0.1の場合の像の強度分布を示し、曲線bは、0次光と±1次光との比率が0.8:0.2の場合の像の強度分布を示し、曲線cは、0次光と±1次光との比率が0.7:0.3の場合の像の強度分布を示し、曲線dは、0次光と±1次光との比率が0.6:0.4の場合の像の強度分布を示し、曲線eは、0次光と±1次光との比率が0.5:0.5の場合の像の強度分布を示している。

0032

また、図3において、曲線fは、0次光と±1次光との比率が0.5:0.5の場合の像の強度分布を示し、曲線gは、0次光と±1次光との比率が0.4:0.6の場合の像の強度分布を示し、曲線hは、0次光と±1次光との比率が0.3:0.7の場合の像の強度分布を示し、曲線iは、0次光と±1次光との比率が0.2:0.8の場合の像の強度分布を示し、曲線jは、0次光と±1次光との比率が0.1:0.9の場合の像の強度分布を示している。

0033

図2に示すように、0次光に対する±1次光の割合が小さい場合には、像面103における像は、結像倍率を1とすれば、格子形状物体100の凹部111と凸部112の周期と同じ基本周期をもつ。そして、0次光に対する±1次光の割合が大きくなってくると、図3に示すように、像面103における像には、格子形状物体100の凹部111と凸部112の周期の2倍の周期が現れてくる。

0034

したがって、像面103における像の周期から、格子形状物体100の周期を知ることができる。また、像面103における像の強度分布から格子形状物体100の回折効率の変化を調べることで、格子形状物体100の凹部111の深さdの変化や凸部112の幅wの変化等の形状変化についての情報を得ることができる。

0035

例えば、半導体ウエハのパターンを検査する場合、最初に良品の基準となるサンプルについて像面103における像の強度分布を測定しておき、検査対象となるパターンの像の強度分布が、このサンプルの強度分布と大きく異なる場合に、これを不良品として判別することができる。このように、回折効率に応じて変化する像の強度分布からパターンの形状変化を求めるようにすれば、光学顕微鏡の分解能を超えた非常に微細な形状変化も検出することができる。したがって、このような方法は、近年益々微細化されつつある半導体ウエハのパターンを検査する上で、非常に有益である。

0036

ここで、格子形状物体100の形状変化とその回折効率の変化との関係を、具体的な例を挙げて説明する。ここでは、図4に示すような格子形状物体100に形状変化が生じた場合について考察する。

0037

図4に示す格子形状物体100は、屈折率が1.52の石英にSiO2膜がストライプ状に成膜されて凹凸パターンが形成され、透過型回折格子として構成されている。この格子形状物体100の凹部111と凸部112の1周期の長さLは約0.36μmであり、0.18μmラインアンドスペースと呼ばれる構造のものである。

0038

この格子形状物体100に波長が266nmの紫外光を照明光として入射し、この格子形状物体100を透過する照明光の0次光に対する±1次光の割合、すなわち、この格子形状物体100の透過光に対する回折効率を計算により求めた。

0039

この格子形状物体100の透過光に対する回折効率を、凹部111と凸部112の1周期の長さLに対する凸部112の幅wの割合(デューティ比)fの関数として、RCW法により計算した結果を図5に示す。なお、ここで、照明光は円偏光とし、格子形状物体100に対して垂直に入射させるものとする。また、凹部の深さdは、0.4μmで変動しないものとする。

0040

この図5から、凸部112の幅wが変動してデューティ比fが変化すると、格子形状物体100の透過光に対する回折効率が変化することが分かる。なお、ここでは透過型の回折格子として構成された格子形状物体100の透過光に対する回折効率の変化を調べたが、格子形状物体100が反射型の場合、この格子形状物体100の反射光に対する回折効率も、デューティ比fの変化に応じて変化する。

0041

また、この格子形状物体100の透過光に対する回折効率を、凹部111の深さdの関数として、RCW法により計算した結果を図6に示す。なお、ここで、照明光は円偏光とし、格子形状物体100に対して垂直に入射させるものとする。また、デューティ比fは、0.56で変動しないものとする。

0042

この図6から、凹部111の深さdが変動すると、格子形状物体100の透過光に対する回折効率が変化することが分かる。なお、ここでは透過型の回折格子として構成された格子形状物体100の透過光に対する回折効率の変化を調べたが、格子形状物体100が反射型の場合、この格子形状物体100の反射光に対する回折効率も、凹部111の深さdの変動に応じて変化する。

0043

図5及び図6に示したように、格子形状物体100の凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動等、格子形状物体100に形状変化が生じると、格子形状物体100の回折効率が変化する。そして、格子形状物体100の回折効率が変化すると、上述したように、像面103における格子形状物体100の像の強度分布が変化することになる。

0044

具体的には、上述した例において、格子形状物体100の凸部112の幅wが変動してデューティ比fが変化すると、像面103における像の強度分布は、図7及び図8に示すように変化する。この図7及び図8において、曲線A1はデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示し、曲線A2はデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線A3はデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示している。なお、図8図7における小さなピークの近傍を拡大して示した図である。

0045

この図7及び図8から、格子形状物体100の凸部112の幅wが変動してデューティ比fが変化すると、結果的に像面103における像の強度分布の変化として現れることが分かる。したがって、この強度分布の変化を調べることで、格子形状物体100の凸部112の幅wの変動を検出することができる。

0046

例えば、図9に示すように、強度分布の小さなピークの近傍で所定の強度にしきい値を設定し、強度分布の小さなピークのしきい値を超える部分の幅α1,α2,α3をそれぞれ測定し、予めサンプル測定により作製した図10に示すような変換表を用いてこれらの幅α1,α2,α3を凸部112の幅w1,w2,w3に変換するようにすれば、凸部112の幅wの変動を検出することができる。

0047

また、上述した例において、格子形状物体100の凹部111の深さdが変動すると、像面103における像の強度分布は、図11及び図12に示すように変化する。この図11及び図12において、曲線B1は凹部111の深さdが390nmの場合の強度分布を示し、曲線B2は凹部111の深さdが400nmの場合の強度分布を示し、曲線B3は凹部111の深さdが410nmの場合の強度分布を示している。なお、図12図11における小さなピークの近傍を拡大して示した図である。

0048

この図11及び図12から、格子形状物体100の凹部111の深さdが変動すると、結果的に像面103における像の強度分布の変化として現れることが分かる。したがって、例えば、図9に示したように、強度分布の小さなピークの近傍で所定の強度にしきい値を設定し、強度分布の小さなピークのしきい値を超える部分の幅α1,α2,α3をそれぞれ測定し、予めサンプル測定により作製した図13に示すような変換表を用いてこれらの幅α1,α2,α3を凹部111の深さd11,d2,d3に変換するようにすれば、凹部111の深さdの変動を検出することができる。

0049

ところで、以上は、凹部111の深さdが変動しないことを前提にして凸部112の幅wの変動を求め、また、凸部112の幅wが変動しないことを前提にして凹部111の深さdを求める場合について説明したが、実際には、凸部112の幅wと凹部111の深さdとの双方に変動が生じている場合がある。

0050

このような場合には、図14及び図15に示すように、凸部112の幅wの変動と凹部111の深さdの変動の双方に応じて強度分布に変化が生じてしまうので、この強度分布の変化から凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を一意的に検出することは困難である。なお、この図14及び図15において、曲線C1は凹部111の深さdが390nmでデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示し、曲線C2は凹部111の深さdが390nmでデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線C3は凹部111の深さdが390nmでデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示している。また、曲線C4は凹部111の深さdが400nmでデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示し、曲線C5は凹部111の深さdが400nmでデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線C6は凹部111の深さdが400nmでデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示している。また、曲線C7は凹部111の深さdが410nmでデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示し、曲線C8は凹部111の深さdが410nmでデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線C9は凹部111の深さdが410nmでデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示している。なお、図15図14における小さなピークの近傍を拡大して示した図である。

0051

この図14及び図15において、曲線C4と曲線C9は、小さなピークの近傍で非常に近似した曲線となっている。これら曲線C4と曲線C9は、凹部111の深さdもデューティ比fも互いに異なっている場合の強度分布を示しているにも拘わらず、小さなピークの近傍で近似した曲線となっているため、これらの小さなピークの近傍での振る舞いから、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を検出することは困難である。

0052

このような場合には、格子形状物体100に対する照明光の入射角を変化させながら異なる入射角で複数回検査を行って、得られた検査結果を補正することが有効である。これにより、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を個別に検出することが可能となる。

0053

格子形状物体100に入射する照明光の入射角が変化すると、図16に示すように、格子形状物体100の回折効率が変化することになる。なお、この図16は、図4に示した格子形状物体100に波長が266nmの紫外光を照明光として入射したときの格子形状物体100の透過光に対する回折効率を、照明光の格子形状物体100に対する入射角の関数として、RCW法により計算した結果を示している。ここで、照明光は円偏光とし、デューティ比fが0.56、凹部の深さdが0.4μmで変動しないものとする。

0054

以上のように、格子形状物体100の回折効率が変化すると、上述した像面103における格子形状物体100の像の強度分布が変化することになる。

0055

具体的には、以上の例において、照明光の格子形状物体100に対する入射角が変化すると、像面103における像の強度分布は、図17及び図18に示すように変化する。この図17及び図18において、曲線D1は照明光を格子形状物体100に対して垂直に入射した場合の強度分布を示し、曲線D2は照明光の格子形状物体100に対する入射角が15度の場合の強度分布を示し、曲線D3は照明光の格子形状物体100に対する入射角が30度の場合の強度分布を示している。なお、図18図17における小さなピークの近傍を拡大して示した図である。

0056

以上のように、照明光の格子形状物体100に対する入射角が変化すると、凸部112の幅wや凹部111の深さdに変動が生じていない場合でも、像面103における格子形状物体100の像の強度分布が変化することになる。したがって、照明光の格子形状物体100に対する入射角を変えながら複数回検査を行えば、複数の異なる強度分布が得られ、これら複数の強度分布をもとに検査結果を補正することにより、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を個別に検出することが可能となる。

0057

また、照明光の入射角を、検査対象である格子形状物体100のパターンに応じた最適な入射角に設定した場合、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を個別に検出することができる場合がある。

0058

例えば、図4に示した格子形状物体100に対する照明光の入射角を30度に設定した場合には、図19及び図20に示すような強度分布が得られる。なお、この図19及び図20において、曲線E1は凹部111の深さdが390nmでデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示し、曲線E2は凹部111の深さdが390nmでデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線E3は凹部111の深さdが390nmでデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示している。また、曲線E4は凹部111の深さdが400nmでデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示し、曲線E5は凹部111の深さdが400nmでデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線E6は凹部111の深さdが400nmでデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示している。また、曲線E7は凹部111の深さdが410nmでデューティ比fが0.54の場合の強度分布を示し、曲線E8は凹部111の深さdが410nmでデューティ比fが0.56の場合の強度分布を示し、曲線E9は凹部111の深さdが410nmでデューティ比fが0.58の場合の強度分布を示している。なお、図20図19における小さなピークの近傍を拡大して示した図である。

0059

この図19及び図20に示すように、図4に示した格子形状物体100を検査する場合には、この格子形状物体100に対する照明光の入射角を30度に設定すると、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動が生じた場合の強度分布を示す各曲線が近似することがなく、それぞれが明確に分離される。したがって、これらの強度分布をもとにして、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を個別に検出することができる。

0060

また、この場合には、凹部111の深さdが変化しても凸部112の幅wが同じであれば同じ強度となる点が、小さなピークの半値付近に現れる。したがって、この点をしきい値として設定して凸部112の幅wの変動を検出するようにすれば、凹部111の深さdの変動の影響を受けずに、凸部112の幅wの変動のみを適切に検出することができる。さらに、この場合には、凸部112の幅wの変動に対する強度分布の変動が非常に大きいので、凸部112の幅wの変動を極めて精度良く検出することができる。

0061

以上のように、照明光の入射角を、検査対象である格子形状物体100のパターンに応じた最適な入射角に設定すると、凸部112の幅wの変動や凹部111の深さdの変動を個別に検出することができるが、この照明光の最適な入射角は、検査する格子形状物体100のパターンに応じてそれぞれ異なった値となるので、検査するパターンに応じて照明光の入射角を変えながら、適切な入射角を設定することが望ましい。

0062

以上説明したように、検査対象の形状変化を適切且つ効果的に検出するには、照明光の入射角を変えながら複数回検査を行って検査結果を補正する方法や、照明光の入射角を検査対象のパターンに応じて最適な値に設定して検査を行う方法が有効である。すなわち、検査装置が、照明光の検査対象への入射角を任意に変更できるようになされていれば、検査対象の形状変化を適切且つ効果的に検出することができる。

0063

照明光の検査対象への入射角を任意に変更する方法の一例を図21及び図22を参照して説明する。光源130から出射された光をグレーティング131により回折し、コンデンサレンズ132及び対物レンズ133を介して検査対象134に照射する照明光学系を考える。このとき、例えば、グレーティング131により回折された+1次光或いは−1次光をフィルタリングして検査対象134に照射させるようにすれば、検査対象134に対して照明光を斜めに入射させる、いわゆる斜入射照明が可能である。

0064

そして、グレーティング131を図中矢印Zで示す光軸方向に沿って、例えば図21に示す第1の位置p1から図22に示す第2の位置p2へと移動させると、光源130の虚像130a,130bが光源130から離間する方向に移動することになり、照明光として用いられる+1次光或いは−1次光の検査対象134への入射角が大きくなる。

0065

このように、以上の照明光学系においては、グレーティング131を光軸方向へと移動操作することにより、照明光の検査対象への入射角を任意に変更することが可能である。

0066

以上の原理を用いて、検査対象となる半導体ウエハへの照明光の入射角を任意に変更できるようにした本発明に係る検査装置の一例を図23に示す。

0067

この図23に示す検査装置1は、照明光の光源として紫外線固体レーザ2を用いている。この紫外線固体レーザ2は、YAGレーザ等の固体レーザを非線形光学結晶を用いて波長変換し、例えば、波長が266nm程度のレーザ光を出射するようにしたものである。

0068

検査装置の検査能力は、検査対象に照射する照明光の波長に依存し、照明光の波長が短波長である方がより微細な構造の検査が可能となる。検査装置1は、照明光の光源として紫外線固体レーザ2が用いられ、短波長の照明光で検査対象を照明するようになされているので、微細な構造の検査が可能である。また、紫外線固体レーザ2は、装置自体が小型であり、水冷が不要である等、取り扱い上でも優れており、検査装置1における光源として最適である。

0069

この検査装置1においては、紫外線固体レーザ2から出射された照明光が、レンズ3及び紫外線用光ファイバ4により導かれ、グレーティング5に入射するようになされている。

0070

グレーティング5は、入射した照明光を回折する光回折素子である。検査装置1は、このグレーティング5により回折された照明光を検査対象である半導体ウエハ30に照射することにより、半導体ウエハ30をいわゆる斜入射照明により照明することができるようになされている。なお、照明光を回折する光回折素子としては、グレーティング5以外にホログラムを用いるようにしてもよい。また、コンタクトホールのような2次元の形状を検査する場合には、互いに直交する2方向に格子を有する二重グレーティング等を用いるようにしてもよい。

0071

グレーティング5は、移動機構6により図中矢印Zで示す光軸方向に移動可能に支持されている。移動機構6は、例えば、図24に示すように、グレーティング5を保持するホルダ7と、互いに平行に配置され、ホルダ7の左右両端部に連結された駆動軸8及びガイド軸9と、駆動軸8に接続されたモータ10とを備えている。そして、この移動機構6は、モータ10の動力をホルダ7の直進運動に変換し、ホルダ7に保持されたグレーティング5を矢印Zで示す光軸方向に移動させるようになされている。

0072

検査装置1は、以上のように、移動機構6がグレーティング5を光軸方向に移動させることにより、グレーティング5により回折された照明光の半導体ウエハ30への入射角を変更することができるようになされている。なお、移動機構6は、図24に示す例に限定されるものではなく、グレーティング5を光軸方向に移動可能なものであればどのような構成のものであってもよい。但し、グレーティング5の移動操作を正確に行って半導体ウエハ30の検査を効率よく行うためには、移動機構6は、外部からの電気信号によって制御可能なように構成されていることが望ましい。

0073

検査装置1において、グレーティング5を通過した照明光は、レンズ11、回転拡散板12、レンズ13を順次通過してビームスプリッタ14に入射するようになされている。

0074

検査装置1は、干渉性の良いレーザ光を照明光として用いているのでスペックルが生じてしまい、このスペックルを打ち消さないと、半導体ウエハ30を適切に観察することができない。そこで、この検査装置1においては、照明光の光路中に回転拡散板12を配設し、このスペックルを打ち消すようにしている。

0075

ビームスプリッタ14は、検査対象である半導体ウエハ30に照射する照明光の光路と、半導体ウエハ30にて反射された反射光の光路とを分離する為のものである。そして、この検査装置1においては、ビームスプリッタ14により反射された照明光が、レンズ15及び対物レンズ16を介して、検査対象である半導体ウエハ30に照射されるようになされている。

0076

検査対象である半導体ウエハ30は、検査用ステージ17上に載置されている。検査用ステージ17は、半導体ウエハ30を支持すると共に、この半導体ウエハ30を水平方向や垂直方向に移動させ、所定の検査位置位置決めする。そして、所定の検査位置に位置決めされた半導体ウエハ30に、照明光が照射されることになる。

0077

ここで、照明光は、グレーティング5により回折された光(例えば、+1次光や−1次光)であり、半導体ウエハ30に対して所定の入射角で斜めに入射する。そして、この照明光の入射角は、移動機構6によりグレーティング5を光軸方向に移動させることによって、任意に変更することが可能である。したがって、この検査装置1においては、照明光の入射角を、検査する半導体ウエハ30のパターンに応じて最適な値に設定したり、照明光の入射角を変えながら半導体ウエハ30を繰り返し検査するといったことが可能であり、半導体ウエハ30のパターンの形状変化を適切且つ効果的に検出することができる。

0078

半導体ウエハ30にて反射した反射光は、対物レンズ16及びレンズ15を通過して、ビームスプリッタ14に再び入射する。そして、この検査装置1においては、ビームスプリッタ14を透過した反射光が、偏光ビームスプリッタ18に入射するようになされている。

0079

偏光ビームスプリッタ18は、入射した光の一方の偏光成分を透過すると共に、他方の偏光成分を反射することによって、入射した光を偏光分離するようになされている。そして、この検査装置1においては、半導体ウエハ30にて反射された反射光のうち偏光ビームスプリッタ18を透過する一方の偏光成分が、第1の接眼レンズ19を介して、CCD等よりなる第1の受光素子20により検出され、半導体ウエハ30にて反射された反射光のうち偏光ビームスプリッタ18により反射された偏光成分が、第2の接眼レンズ21を介して、CCD等よりなる第2の受光素子22により検出されるようになされている。

0080

検査装置1は、以上のように、偏光ビームスプリッタ18により偏光分離した各偏光成分を、第1の受光素子20と第2の受光素子22とにより個別に検出し、コンピュータ等の処理装置23で画像処理することによって、例えば、検査対象である半導体ウエハ30の反射率偏光依存性を有する場合や、半導体ウエハ30のパターンの構造が非常に微細である場合に、その構造や材料についての情報を得ることが可能となる。

0081

以上説明したように、本発明を適用した検査装置1は、検査対象である半導体ウエハ30への照明光の入射角を任意に変更できるようになされているので、照明光の入射角を半導体ウエハ30のパターンの変動に対して最も敏感な最適な入射角に設定して、半導体ウエハ30のパターンの形状変化等をより効果的に検出することができる。

0082

また、この検査装置1は、検査対象である半導体ウエハ30への照明光の入射角を任意に変更できるようになされているので、照明光の入射角を変えながら半導体ウエハ30の検査を繰り返し行うことができる。そして、この検査装置1においては、得られた検査結果をコンピュータ等の処理装置23を用いて補正することにより、半導体ウエハ30のパターンの形状変化等をより適切に且つ精度良く検出することができる。

0083

なお、以上は、移動機構6によりグレーティング5を光軸方向に移動させることによって、このグレーティング5により回折された照明光の半導体ウエハ30への入射角を任意に変更できるようにした例について説明したが、半導体ウエハ30への照明光の入射角を可変にする方法は、以上の例に限定されるものではなく、例えば、図25に示すように、互いに回折角の異なる複数のグレーティングやホログラム等の光回折素子を用い、これらを切り替えて使用するようにしてもよい。

0084

この例では、互いに回折角の異なる複数の光回折素子40a,40b,40c,40d,40eが、ホルダ41によって一体に保持されている。ホルダ41は、これら複数の光回折素子のうちの1つが紫外線用光ファイバ4の先端から出射される照明光の光軸上に位置するように配設される。そして、ホルダ41が軸部42を中心として回転操作されることにより、照明光の光軸上に位置する光回折素子が切り替えられる。これにより、光回折素子により回折される照明光の半導体ウエハ30への入射角が、使用する光回折素子に応じて変わることになる。

0085

また、図26に示すように、1枚の円盤状の光学素子50に、互いに回折角の異なる光回折素子として機能する複数の領域50a,50b,50c,50d,50eを形成し、光学素子50を軸部51を中心として回転操作することによって、使用する領域を切り替えるようにしてもよい。この場合も、光学素子50により回折される照明光の半導体ウエハ30への入射角が、使用する光学素子50の領域に応じて変わることになる。

発明の効果

0086

本発明に係る検査装置は、検査対象への照明光の入射角が可変とされるので、例えば、照明光の入射角を検査対象に応じて最適な値に設定したり、照明光の入射角を変えながら検査対象を繰り返し検査するといったことが可能であり、検査対象の形状変化等を適切且つ効果的に検出することができる。

0087

また、本発明に係る検査方法は、照明光の検査対象への入射角を検査対象に応じた最適な値に設定するようにしているので、検査対象の検査を効果的に行うことができる。

0088

また、本発明に係る他の検査方法は、照明光の検査対象への入射角を変えながら、それぞれの入射角で照明された検査対象からの反射光又は透過光をそれぞれ検出し、検出された複数の検出結果に基づいて検査対象の状態を検査するようにしているので、検査対象の検査をより適切に行うことができる。

図面の簡単な説明

0089

図1光の干渉による像の強度分布を利用して検査対象を検査する原理を説明する図である。
図2回折効率の違いによる像の強度分布のばらつきを示す図である。
図3回折効率の違いによる像の強度分布のばらつきを示す図である。
図4検査対象となる格子形状物体の一例を示す斜視図である。
図5図4に示す格子形状物体の透過光に対する回折効率をデューティ比の関数として計算した結果を示す図である。
図6図4に示す格子形状物体の透過光に対する回折効率を凹部の深さの関数として計算した結果を示す図である。
図7デューティ比が変化した場合のそれぞれの像の強度分布を計算により求めた結果を示す図である。
図8図7における小さなピークの近傍を拡大して示す図である。
図9像の強度分布から凸部の幅の変化を検出する方法を説明する図である。
図10像の強度分布から凸部の幅の変化を検出するための変換表の一例を示す図である。
図11凹部の深さが変化した場合のそれぞれの像の強度分布を計算により求めた結果を示す図である。
図12図11における小さなピークの近傍を拡大して示す図である。
図13像の強度分布から凹部の深さの変化を検出するための変換表の一例を示す図である。
図14デューティ比及び凹部の深さが変化した場合のそれぞれの像の強度分布を計算により求めた結果を示す図である。
図15図14における小さなピークの近傍を拡大して示す図である。
図16図4に示す格子形状物体の透過光に対する回折効率を照明光の入射角の関数として計算した結果を示す図である。
図17照明光の入射角が変化した場合のそれぞれの像の強度分布を計算により求めた結果を示す図である。
図18図17における小さなピークの近傍を拡大して示す図である。
図19照明光の入射角を30度に設定した場合において、デューティ比及び凹部の深さが変化した場合のそれぞれの像の強度分布を計算により求めた結果を示す図である。
図20図19における小さなピークの近傍を拡大して示す図である。
図21照明光の入射角を任意に変更する方法の一例を示す図であり、グレーティングが第1の位置にある状態を示す図である。
図22照明光の入射角を任意に変更する方法の一例を示す図であり、グレーティングが第2の位置にある状態を示す図である。
図23本発明を適用した検査装置の一構成例を模式的に示す図である。
図24上記検査装置が備える移動機構の一例を模式的に示す図である。
図25照明光の入射角を任意に変更する方法の他の例を示す図である。
図26照明光の入射角を任意に変更する更に他の例を示す図である。

--

0090

1検査装置、2紫外線固体レーザ、5グレーティング、6移動機構、12回転拡散板、14ビームスプリッタ、16対物レンズ、17移動ステージ、18偏光ビームスプリッタ、19 第1の接眼レンズ、20 第1の受光素子、21 第2の接眼レンズ、22 第2の受光素子、23処理装置、30 半導体ウエハ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ