JP2001304818A

JP2001304818A - 検査装置及び検査方法

Info

Publication number: JP2001304818A
Application number: JP2000129001A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tamada; 仁志玉田; Yutaka Imai; 裕今井; Ayumi Taguchi; 歩田口; Hiroyuki Wada; 裕之和田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】収縮閾値の小さなレジストパターンに対して
も、レジストパターンの検査を精度良く且つ適切に行
う。【解決手段】検査対象は、所定のパターンを形成する
ためのパターン形成用レジストパターン１０１とパター
ン形成用レジストパターン１０１と同一材料よりなる測
長専用レジストパターン１０２とを備え、照明手段は、
測長専用レジストパターン１０２に対して、レジストの
収縮が飽和する照射光量で照射光を照射し、画像撮像手
段は、収縮が飽和した測長専用レジストパターン１０２
を撮像し、検査手段により、画像処理手段により撮像さ
れた測長専用レジストパターン１０２の画像をもとに、
パターン形成用レジストパターン１０１を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスの
リソグラフィ工程において、半導体ウェハ上に形成され
るレジストパターンの状態を検査するのに好適な検査装
置及び検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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の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
なパターン、特にレジスト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】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 Microscop
e）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microsco
pe）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。

【０００５】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レーザ等を波長変換し紫外域の波長を有するレー
ザ光を出射する紫外線固体レーザ装置が開発されてお
り、この紫外線固体レーザ装置を照明光源として用い、
高ＮＡの対物レンズを用いて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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した需要に対処す
べく、本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、レーザ光を
照明光源とした顕微鏡を用いた場合、フォーカスの合っ
た状態では高い精度での線幅の測長はできないが、レー
ザ光を照明光源とした顕微鏡を用いて、オフフォーカス
のエッジコントラスト最大条件で測長することにより、
極めて再現性良く線幅測長をすることができることを見
いだし、先に提案している。しかしながら、レジストパ
ターンの線幅測長を行う場合、レジストに照射する光量
が多くなるとレジストが収縮してしまい、精度良く検査
することができない。したがって、精度良く検査を行う
ためには、レジストに照射する光量をレジストの収縮が
始まる収縮閾値よりも少なくすることが必要となる。

【０００７】一方、レジストに照射する光量が少なすぎ
ると、ＣＣＤカメラ等からの信号の対雑音により高い精
度での検査ができなくなる。例えば、照射光量が０．５
ｍＪ／ｃｍ²より少なくなると、１ｎｍ程度の精度で検
査することができない。そのため、１ｎｍ程度の精度で
検査するためには、０．５ｍＪ／ｃｍ²以上の照射光量
が必要となるが、レジストの種類によっては、収縮閾値
が０．５ｍＪ／ｃｍ²より少ないものも有り、この種の
レジストを使用した場合には、１ｎｍ程度の精度の精度
で検査することができなかった。

【０００８】したがって、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、収縮閾値の小さなレ
ジストパターンに対しても、レジストパターンの検査を
精度良く且つ適切に行うようにした検査装置及び検査方
法を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る検査装置
は、検査対象に対して、紫外域の波長を有する照射光を
照射して上記検査対象を照射する照明手段と、照明手段
により照明された検査対象の画像を撮像する画像撮像手
段と、照明手段により照明された検査対象からの反射光
又は透過光を画像撮像手段に導く検出光学系と、画像撮
像手段により撮像された検査対象の画像を処理、解析す
ることにより検査対象の状態を検査する検査手段とを備
え、検査対象は、所定のパターンを形成するためのパタ
ーン形成用レジストパターンと、パターン形成用レジス
トパターンと同一材料よりなる測長専用レジストパター
ンとを備え、照明手段は、測長専用レジストパターンに
対して、レジストの収縮が飽和する照射光量で照射光を
照射し、画像撮像手段は、収縮が飽和した測長専用レジ
ストパターンを撮像し、検査手段は、画像処理手段によ
り撮像された測長専用レジストパターンの画像をもと
に、パターン形成用レジストパターンを検査することを
特徴とするものである。

【００１０】この検査装置によれば、検査対象に設けら
れた測長専用レジストパターンが照明手段により紫外域
の波長を有する照明光で照明される。そして、紫外域の
波長を有する照明光で照明された測長専用レジストパタ
ーンの画像が、結像光学系により画像撮像手段に導か
れ、画像撮像手段により撮像される。撮像手段により撮
像された測長専用レジストパターンの画像は、検査手段
に取り込まれ、処理、解析される。この検査手段により
処理、解析される測長専用レジストパターンは、非常に
短波長の光である紫外域の波長を有する照明光で照明さ
れた測長専用レジストパターンの画像である。したがっ
て、この画像処理手段により処理された測長専用レジス
トパターンの画像を解析することで測長専用レジストパ
ターンの状態を非常に精度良く測長することができる。
そして、測長専用レジストパターンの測定値と、所定の
パターンを形成するためのパターン形成用レジストパタ
ーンとの相関関係を予め調べておき、この相関関係によ
り測長専用レジストパターンの測定値を補正することに
よりパターン形成用レジストパターンの検査を精度良
く、且つ適切に行うことができる。

【００１１】また、本発明に係る検査方法は、検査対象
に対して照射光を照射してこの検査対象を照射し、照射
された検査対象の画像を撮像手段により撮像し、撮像手
段により撮像された検査対象の画像を処理し解析するこ
とで検査対象の状態を検査する検査方法であって、紫外
域の波長を有する照射光を、検査対象の所定の位置に設
けられた測長専用レジストパターンに対してレジストの
収縮が飽和する照射光量で照射し、照射光により照明さ
れ、収縮が飽和した測長専用レジストパターンの画像を
上記撮像手段により撮像し、画像処理手段により撮像さ
れた測長専用レジストパターンの画像を処理、解析する
ことにより検査対象の所定の位置に設けられた所定のパ
ターンを形成するためのパターン形成用レジストパター
ンを検査することを特徴とするものである。

【００１２】この検査方法によれば、検査対象に設けら
れた測長専用レジストパターンを照明手段により紫外域
の波長を有する照明光で照明する。そして、紫外域の波
長を有する照明光で照明された測長専用レジストパター
ンの画像を、結像光学系により画像撮像手段に導き、画
像撮像手段により撮像する。そして、撮像手段により撮
像した測長専用レジストパターンの画像を、検査手段に
取り込み、検査手段により処理、解析する。この検査手
段により処理、解析する測長専用レジストパターンは、
非常に短波長の光である紫外域の波長を有する照明光で
照明された測長専用レジストパターンの画像である。し
たがって、この測長専用レジストパターンの画像を処
理、解析することで測長専用レジストパターンの状態を
非常に精度良く測長することができる。そして、測長専
用レジストパターンの測定値と、所定のパターンを形成
するためのパターン形成用レジストパターンとの相関関
係を予め調べておき、この相関関係により測長専用レジ
ストパターンの測定値を補正することにより所定のパタ
ーンを形成するためのパターン形成用レジストパターン
の検査を精度良く、且つ適切に行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】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。

【００１４】本発明は、紫外域の波長を有する照明光を
用いて半導体ウエハ等に形成されたレジストパターンを
照明し、撮像した画像を処理し解析することによって、
例えばレジストパターンのエッジ位置を検出して線幅の
管理等を行うようにしたものである。

【００１５】このように、紫外域の波長を有する光を照
明光として用いてレジストパターンを照明する場合、そ
の照射光量が多いと、レジストパターンが照明光に反応
して収縮してしまうという問題がある。

【００１６】例えば、波長２６６ｎｍの深紫外（Deep U
ltra Violet、以下、ＤＵＶと呼ぶ。）レーザ光をレジ
ストパターンに照射し、ＤＵＶレーザ光照射前後のレジ
ストパターンの線幅変化とＤＵＶレーザ光照射光量との
関係を調べると、図１及び図２のようになる。

【００１７】線幅変化は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
で測定した。レジストは、２種類のレジスト、第１のレ
ジストと第２のレジストとを用いた。図１は、第１のレ
ジストに波長２６６ｎｍのＤＵＶレーザ光を照射したと
きのＤＵＶレーザ光の照射エネルギーと第１のレジスト
の変形率との関係を示した特性図である。また、図２
は、第２のレジストに波長２６６ｎｍのＤＵＶレーザ光
を照射したときのＤＵＶレーザ光の照射エネルギーと第
２のレジストの変形率との関係を示した特性図である。

【００１８】図１及び図２からわかるように、第１のレ
ジストでは、１０００ｍＪ／ｃｍ２程度のＤＵＶレーザ
光照射光量でも有意な収縮は生じていないのに対して、
第２のレジストは、０．１ｍＪ／ｃｍ２程度以上のＤＵ
Ｖレーザ光照射光量で収縮が始まり、１０ｍＪ／ｃｍ２
のＤＵＶレーザ光照射光量においては、５％程度の収縮
が生じている。即ち、第２のレジストでは、０．１ｍＪ
／ｃｍ２以上の光量のＤＵＶレーザ光を照射した場合、
レジストパターンが変形してしまう。

【００１９】一方、レジストパターンを照明し、撮像す
る際の照明光の照射光量を小さくして微弱光でレジスト
パターンの検査を行う（以下、微弱光検査という。）場
合、画像を撮像するＣＣＤカメラ等の画像撮像素子の雑
音が問題となってくる。即ち、微弱光検査では、ＣＣＤ
カメラに入射する光量が小さいために、信号成分に対す
る雑音成分の割合が相対的に大きくなり、この雑音成分
が検査精度を劣化させる要因となる場合がある。例え
ば、照射光量が、０．５ｍＪ／ｃｍ²より少ない場合に
は、信号成分に対する雑音成分の割合が相対的に大きく
なり１ｎｍ程度の精度で検査することができない。

【００２０】したがって、ＣＣＤカメラ等を検査装置に
用いる場合には、１ｎｍ程度の精度の測長精度を得るた
めには、少なくとも０．５ｍＪ／ｃｍ２程度のＤＵＶレ
ーザ光射光量が必要となる。このことを考慮すると、第
１のレジストの場合には問題はないが、第２のレジスト
の場合には、レジストを収縮させない条件を満たす照射
光量では、１ｎｍ程度の測長精度は得ることができない
ことになる。

【００２１】ところで、図３からわかるように第２のレ
ジストの場合には、１０ｍＪ／ｃｍ２〜１０００ｍＪ／
ｃｍ２のＤＵＶレーザ光照射光量ではレジストの収縮量
は、約５％で一旦飽和状態となる。しかしながら、ＤＵ
Ｖレーザ光照射光量が１０００ｍＪ／ｃｍ２よりも多く
なると、図３に示すように収縮の飽和状態がくずれ、再
びレジストの収縮が急速に進む。したがって、ＤＵＶレ
ーザ光照射光量が１０ｍＪ／ｃｍ２〜１０００ｍＪ／ｃ
ｍ２の範囲である収縮飽和領域（以下、プラトー条件と
呼ぶ。）では、収縮量が一定に維持されるため、破壊検
査を行うことにより１ｎｍ程度の高い精度で線幅測長を
行うことが可能となる。

【００２２】そこで、本発明においては、上述したプラ
トー条件で測長することによりレジストパターンの線幅
測長を行う。即ち、レジストパターンに所定の光量のＤ
ＵＶレーザ光を照射することにより、レジストを強制的
に収縮させて収縮量が飽和した状態とする。そして、収
縮量が飽和状態にあるレジストパターンの線幅を測長
し、更にその測定値に所定の補正を施すことにより、レ
ジストパターンの線幅を求める。ここで、本発明におい
ては、レジストを収縮させるため、回路パターンを形成
する部分となる部分のレジストパターンにＤＵＶレーザ
光を照射することができない。そこで、本発明において
は、実用される部分のレジストパターンの近傍に、線幅
測長を測定するための測長専用レジストパターンを設け
る。そして、当該測長専用レジストパターンに所定の光
量のＤＵＶレーザ光を照射することにより、レジストを
強制的に収縮させて収縮量が飽和した状態とする。そし
て、収縮量が飽和状態にあるレジストパターンの線幅を
測長し、更にその測定値に所定の補正を施すことにより
回路パターンを形成する部分のレジストパターンの線幅
を求める。

【００２３】以下、本発明を適用した検査装置について
説明する。本発明を適用した検査装置の一構成例を図４
に示す。この図４に示す検査装置１は、半導体ウエハ上
に形成された半導体集積回路の配線パターンの線幅測定
を行うことができるように構成されたものである。

【００２４】検査装置１は、図４に示すように、半導体
ウエハ２を移動可能に支持する可動ステージ３と、可動
ステージ３上に設置された半導体ウエハ２を照明する照
明光を出射する光源４と、照明光により照明された半導
体ウエハ２の画像を撮像する撮像素子５と、光源４から
出射された照明光を可動ステージ３上に設置された半導
体ウエハ２に導くとともに、照明光により照明された半
導体ウエハ２からの反射光を撮像素子５に導く光学系６
と、撮像素子５により撮像された画像を処理する画像処
理用コンピュータ７と、検査装置１全体の動作を制御す
る制御用コンピュータ８とを備えている。

【００２５】半導体ウエハ２は、検査対象となるもので
あり、当該半導体ウエハ２上には、例えばゲート配線に
対応したレジストパターン９が図５に示すように形成さ
れている。そして、図５に示すように、実用される部分
のレジストパターン９から外れた位置でありレジストが
収縮しても後工程に影響のない位置、且つ、レジストパ
ターン９の近傍の所定の位置には、測長専用レジストパ
ターン１０が形成されている。測長専用レジストパター
ン１０は、線幅を測長するために設けられるものであ
り、本発明においては、この測長専用レジストパターン
１０における線幅を測長する。

【００２６】可動ステージ３は、例えば、当該可動ステ
ージ３上に設置された半導体ウエハ２を水平方向に移動
させるためのＸステージ及びＹステージと、半導体ウエ
ハ２を垂直方向に移動させるためのＺステージと、半導
体ウエハ２を回転させるためのθステージと、半導体ウ
エハ２を吸着して当該可動ステージ３上に固定させるた
めの吸着プレートとを備える。そして、可動ステージ３
は、制御用コンピュータ８の制御のもと、以上の各ステ
ージを動作させることで、吸着プレートにより吸着され
た半導体ウエハ２の検査する箇所を所定の検査位置へと
移動させる。

【００２７】光源４としては、例えば、紫外線固体レー
ザが用いられる。この紫外線固体レーザは、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ＤＵＶレーザ光を
出射するようになされている。

【００２８】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
方がより微細なパターンの検査が可能となる。検査装置
１では、照明光の光源４として紫外線固体レーザが用い
られ、短波長の深紫外レーザ光で半導体ウエハ２を照明
するようになされているので、微細なパターンの検査が
可能である。また、紫外線固体レーザは、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における照明光の光源４として最適で
ある。

【００２９】また、撮像素子５としては、例えば、深紫
外レーザ光に対して高い感度が得られるように構成され
た紫外光用のＣＣＤ（charge-coupled device)カメラが
用いられる。この紫外光用ＣＣＤカメラは、そのピクセ
ルサイズが、例えば、１２ｎｍの光学像に対応してい
る。この紫外光用ＣＣＤカメラよりなる撮像素子５は、
画像処理用コンピュータ７に接続されている。そして、
この検査装置１においては、撮像素子５により撮像され
た半導体ウエハ２の画像が、画像処理用コンピュータ７
に取り込まれるようになされている。

【００３０】また、検査装置１においては、制御用コン
ピュータ８の制御のもと、光源４から照明光（深紫外レ
ーザ光）が出射され、この光源４から出射された照明光
が、光ファイバ１１により光学系６に導かれるようにな
されている。

【００３１】光学系６は、２つのレンズ１２、１３によ
り構成された照明用光学系１４を備えており、光ファイ
バ１１により光学系６に導かれた照明光は、先ず、この
照明用光学系１４に入射することになる。そして、照明
用光学系１４を透過した照明光がビームスプリッタ１５
に入射し、このビームスプリッタ１５にて反射された照
明光が、紫外光用対物レンズ１６を介して、可動ステー
ジ３上に設置された半導体ウエハ２に照射されるように
なされている。これにより、可動ステージ３上に設置さ
れた半導体ウエハ２が、深紫外レーザ光である照明光に
より照明されることになる。

【００３２】また、この検査装置１では、照明光により
照明された半導体ウエハ２からの反射光が、紫外光用対
物レンズ１６を透過して、ビームスプリッタ１５に入射
するようになされている。ここで、紫外光用対物レンズ
１６としては、例えば、開口数ＮＡが０．９程度の高開
口数のレンズが用いられる。この検査装置１では、照明
光として短波長の深紫外レーザ光を用いるとともに、紫
外光用対物レンズ１６として高開口数のレンズを用いる
ことで、より微細なパターンの検査を行うことが可能と
なる。

【００３３】また、紫外光用対物レンズ１６は、対物レ
ンズ移動機構１７により保持された状態で照明光の光路
上に配設されている。対物レンズ移動機構１７は、紫外
光用対物レンズ１６をその光軸に沿った方向に移動可能
に保持するものであり、紫外光用対物レンズ１６と半導
体ウエハ２との間の距離が紫外光用対物レンズ１６の焦
点距離から若干ずれた状態（オフフォーカスの状態）と
なるように、紫外光用対物レンズ１６を保持している。

【００３４】また、検査装置１では、ビームスプリッタ
１５を透過した半導体ウエハ２からの反射光が、結像レ
ンズ１８を介して撮像素子５に入射するようになされて
いる。これにより、照明光により照明された半導体ウエ
ハ２の画像が、紫外光用対物レンズ１６により拡大され
て、撮像素子５により撮像されることになる。

【００３５】ここで、以上のように構成された検査装置
１を用いて、半導体ウエハ２上に形成された半導体集積
回路のゲート配線のパターン幅を測定する方法について
説明する。なお、ここでは、ゲート配線のパターン幅の
測定を、半導体ウエハ２上にゲート配線に対応したレジ
ストパターン９が形成された段階で行う場合を例に挙げ
て説明する。

【００３６】先ず、図５示すように、ゲート配線に対応
したレジストパターン９及び測長専用レジストパターン
１０が形成された半導体ウエハ２が、可動テーブル２上
に設置される。そして、可動テーブル２が制御用コンピ
ュータ８の制御のもとで駆動され、半導体ウエハ２が移
動操作されることによって、検査する箇所のレジストパ
ターン１０が所定の検査位置に位置決めされる。

【００３７】次に、制御用コンピュータ８の制御のもと
で光源４が駆動され、光源４から照明光となる深紫外レ
ーザ光が出射される。光源４から出射された照明光は、
光ファイバ１１により光学系６に導かれる。光学系６に
導かれた照明光は、先ず、照明用光学系１４を透過して
ビームスプリッタ１５に入射する。そして、ビームスプ
リッタ１５により反射された照明光が、紫外光用対物レ
ンズ１６を介して、可動テーブル２上に設置された半導
体ウエハ２に照射される。ここで、照明光は、半導体ウ
エハ２上に形成された測長専用レジストパターン１０に
照射される。そして、照明光は、測長専用レジストパタ
ーン１０のレジストが収縮飽和状態、即ちプラトー条件
に達するまで照射される。これにより、測長専用レジス
トパターン１０のレジストは、収縮飽和状態とされ、収
縮量が一定とされた状態となる。

【００３８】ここで、例えば上述した第２のレジストの
場合を例にとると、１０ｍＪ／ｃｍ２以上のＤＵＶレー
ザ光照射光量でレジストの収縮量が飽和するが、線幅測
長は、極力プラトー条件の小さなＤＵＶレーザ光光量条
件で行うことが好ましい。これは、１ｎｍ程度の測長精
度を得るためのＤＵＶレーザ光照射光量は、１ｍＪ／ｃ
ｍ２程度で十分であり、それ以上の光量は不要であるか
らである。また、過度のＤＵＶレーザ光照射によるリア
クティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等の後工程への影
響や、レジストの下地として使用されるレジスト露光時
の無反射膜であるBack anti reflection coat膜（ＢＡ
ＲＣ膜）の特性変化等、レジストの収縮以外の変動要因
を極力抑えることができるからである。また、ＤＵＶレ
ーザ光照射をプラトー条件の小さなＤＵＶレーザ光光量
条件で行うことにより、ＤＵＶレーザ光照射時間を短縮
することができ、検査自体の高速化が図れるため、効率
良く検査を行うことが可能となる。

【００３９】照明光により照明された半導体ウエハ２上
の収縮が飽和した状態の測長専用レジストパターン１０
からの反射光は、紫外光用対物レンズ１６を透過して、
ビームスプリッタ１５に入射する。そして、ビームスプ
リッタ１５を透過した半導体ウエハ２上の測長専用レジ
ストパターン１０からの反射光が、結像レンズ１８を介
して撮像素子５に入射する。これにより、紫外光用対物
レンズ１６により拡大された、例えば図６に示すような
半導体ウエハ２上の測長専用レジストパターン１０の画
像が、撮像素子５により撮像される。

【００４０】ここで、紫外光用対物レンズ１６は、制御
用コンピュータ８の制御のもとで駆動される対物レンズ
移動機構１７により、オフフォーカスの状態で保持され
ている。したがって、撮像素子５は、測長専用レジスト
パターン１０の画像をオフフォーカスの状態で撮像する
ことになる。

【００４１】撮像素子５によりオフフォーカスの状態で
撮像された測長専用レジストパターン１０の画像は、画
像処理用コンピュータ７に取り込まれる。そして、画像
処理用コンピュータ７が、この取り込んだレジストパタ
ーン９の画像を処理することによって、図７に示すよう
な光の強度プロファイルが作成される。

【００４２】この図７に示す強度プロファイルは、凹凸
パターンである測長専用レジストパターン１０により回
折された照明光が、その段差近辺で干渉することによっ
て得られるものであり、測長専用レジストパターン１０
の凹凸に対応したものとなっている。即ち、この強度プ
ロファイルに現れる大きな山の部分（図７におけるａの
部分）は、測長専用レジストパターン１０の凹部に対応
しており、２つの大きな山の間の部分（図７におけるｂ
の部分）が、測長専用レジストパターン１０の凸部に対
応している。そして、この強度プロファイルには、２つ
の大きな山の間にそれぞれ小さな山が現れており、この
小さな山と大きな山との間に谷となるピークが現れてい
る。この谷となるピークは、測長専用レジストパターン
１０の凹部と凸部との境界部分（以下、パターンエッジ
という。）に対応している。

【００４３】本発明を適用した検査装置１では、以上の
ように、測長専用レジストパターン１０のパターンエッ
ジに対応して谷となるピークが現れる強度プロファイル
が得られるので、この強度プロファイルから測長専用レ
ジストパターン１０の凸部の幅（以下、この凸部の幅を
線幅という。）を測定することが可能である。即ち、検
査装置１により得られる強度プロファイルにおいては、
２つの谷となるピークの間が凸部の幅に対応しているの
で、これら２つの谷となるピーク間の距離を求めれば、
測長専用レジストパターン１０の線幅を測定することが
できる。このようにして線幅を測定することにより、例
えば、線幅が、０．１８μｍ以下の非常に微細なレジス
トパターンの検査も１ｎｍ程度の高い精度で行うことが
できる。

【００４４】以上説明したように、本発明を適用した検
査装置１では、回路パターンを形成する部分のレジスト
パターンの線幅を測長する代わりに、半導体ウエハ２上
の実用される部分のレジストパターン９の近傍に設けら
れた測長専用レジストパターン１０の線幅を測長する。
即ち、本発明を適用した検査装置１では、半導体ウエハ
２上に設けられた測長専用レジストパターン１０に照射
光を照射し、この測長専用レジストパターン１０のレジ
ストを収縮飽和状態にして測長専用レジストパターン１
０の線幅を測定するようにしているので、実用される部
分のレジストパターン９に照射光を照射する必要がな
く、実用される部分のレジストの収縮を防止することが
できる。即ち、検査時におけるレジストパターン９の変
形を防止することができる。そして、測長専用レジスト
パターン１０の線幅の測定値に所定の補正を施すことに
よりレジストパターン９の線幅を求めるため、レジスト
パターン９を変形させることなく、レジストパターン９
の線幅を測長することが可能となる。

【００４５】また、本発明を適用した検査装置１では、
半導体ウエハ２上に設けられた測長専用レジストパター
ン１０に照射光を照射し、この測長専用レジストパター
ンのレジストを収縮飽和状態にして測長専用レジストパ
ターン１０の線幅を測定するようにしているので、実用
される部分のレジストパターン９に照射光を照射する必
要がなく、収縮閾値が０．５ｍＪ／ｃｍ２未満のレジス
トにおいても、１ｎｍ程度の高い精度で線幅を測長する
ことが可能となる。そして、レジストは、それぞれ固有
のプラトー条件を有するため、それぞれのレジストのプ
ラトー条件を予め調べておき、使用するレジスト毎に照
射光量を調整することにより、適切且つ高い精度で線幅
を測長することが可能となる。

【００４６】また、本発明を適用した検査装置１では、
測長専用レジストパターン１０の線幅を測定する場合
に、半導体ウエハ２上に設けられた測長専用レジストパ
ターン１０の画像をオフフォーカスの状態で撮像素子５
により撮像し、この画像を画像処理用コンピュータ７に
取り込んで測長専用レジストパターン１０に対応した強
度プロファイルを作成し、この強度プロファイルをもと
に測長専用レジストパターン１０の線幅を測定するよう
にしているので、微細なレジストパターン９の線幅の測
定を精度良く行うことができる。

【００４７】特に、半導体集積回路のパターンは近年益
々微細化してきており、線幅が０．１８μｍ以下にまで
なってきている。本発明に係る検査装置１では、線幅が
０．１８μｍ以下の非常に微細なレジストパターン９を
検査する場合でも、測長専用レジストパターン１０を撮
像する際のオフフォーカス量を最適な値に設定すれば、
パターンエッジに対応したピークを有する強度プロファ
イルが得られるので、この強度プロファイルをもとにし
て、線幅が０．１８μｍ以下の非常に微細なレジストパ
ターン９の検査を１ｎｍ程度の高い精度で行うことがで
きる。したがって、この検査装置１は、微細化されつつ
ある半導体集積回路のパターンの検査を行う上で非常に
有用である。

【００４８】また、この検査装置１は、測長専用レジス
トパターン１０の画像を光学的に撮像してこの測長専用
レジストパターン１０の検査を行うようにしているの
で、走査電子顕微鏡や原子間力顕微鏡のように真空を必
要とせず、大気中での検査が可能である。したがって、
この検査装置１によれば、レジストパターン９の検査を
簡便且つ迅速に行うことができる。

【００４９】なお、この検査装置１により作成される強
度プロファイルから求められる測長専用レジストパター
ン１０の線幅の測定値は、上述したように、レジストパ
ターン９の線幅の実際の値である絶対値とは異なる値で
ある。

【００５０】ここで、レジストパターン９の線幅の絶対
値と測長専用レジストパターン１０の測定値とは、使用
するレジストの種類により所定の関係を有する。したが
って、検査対象となるレジストの種類毎に予め、レジス
トパターン９の絶対値と、測長専用レジストパターン１
０の測定値との関係を求めておき、これを用いて測長専
用レジストパターン１０の測定値を補正することによ
り、レジストパターン９の絶対値を簡便且つ迅速に求め
ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、波長の短い紫外域の光を照明光として用い、その
照明光を測長専用レジストパターンに照射してレジスト
の収縮を飽和させた状態で測長専用レジストパターンの
線幅を測長することにより検査を行うようにしているの
で、微細な構造のレジストパターンを、レジストパター
ンの変形を生じさせることなく、適切に且つ精度良く検
査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１のレジストに波長２６６ｎｍのＤＵＶレー
ザ光を照射したときのＤＵＶレーザ光の照射エネルギー
と第１のレジストの変形率との関係を示した特性図であ
る。

【図２】第２のレジストに波長２６６ｎｍのＤＵＶレー
ザ光を照射したときのＤＵＶレーザ光の照射エネルギー
と第２のレジストの変形率との関係を示した特性図であ
る。

【図３】第２のレジストに波長２６６ｎｍのＤＵＶレー
ザ光を照射したときのＤＵＶレーザ光の照射エネルギー
と第２のレジストの変形率との関係を示した特性図であ
る。

【図４】本発明を適用した検査装置の一構成例を示す図
である。

【図５】レジストパターンが形成された半導体ウェハが
可動テーブル上に設置された状態を拡大して示す図であ
る。

【図６】撮像素子により撮像されたレジストパターンの
画像を示す図である。

【図７】画像処理用コンピュータにより作成される強度
プロファイルの一例を示す図である。

【符号の説明】

１検査装置、２半導体ウエハ、３可動テーブル、
４光源、５撮像素子、６光学系、７画像処理用
コンピュータ、８制御用コンピュータ、９レジストパ
ターン、１０測長専用レジストパターン、１６紫外
光用対物レンズ、１７対物レンズ移動機構

フロントページの続き (72)発明者田口歩東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者和田裕之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA22 BB02 CC19 FF04 FF61 GG06 GG12 GG22 HH04 JJ03 JJ26 LL02 LL04 MM03 QQ31 RR06 UU07 2G051 AA56 AA90 AB20 AC21 BA05 BA10 CB01 4M106 AA01 AA20 BA05 BA07 CA39 DB04 DB07 DB12 DB13 DB19 DH01 DJ04 DJ20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象に対して、紫外域の波長を有す
る照射光を照射して上記検査対象を照射する照明手段
と、上記照明手段により照明された検査対象の画像を撮像す
る画像撮像手段と、上記照明手段により照明された検査対象からの反射光又
は透過光を上記画像撮像手段に導く検出光学系と、上記画像撮像手段により撮像された検査対象の画像を処
理、解析することにより上記検査対象の状態を検査する
検査手段とを備え、上記検査対象は、所定のパターンを形成するためのパタ
ーン形成用レジストパターンと、上記パターン形成用レ
ジストパターンと同一材料よりなる測長専用レジストパ
ターンとを備え、上記照明手段は、上記測長専用レジストパターンに対し
て、レジストの収縮が飽和する照射光量で上記照射光を
照射し、上記画像撮像手段は、上記収縮が飽和した測長専用レジ
ストパターンを撮像し、上記検査手段は、上記画像処
理手段により撮像された測長専用レジストパターンの画
像をもとに、上記パターン形成用レジストパターンを検
査することを特徴とする検査装置。
【請求項２】上記検査手段は、上記収縮が飽和した測
長専用レジストパターンの線幅と、上記パターン形成用
レジストパターンとの相関関係を用いてパターン形成用
レジストパターンの線幅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】上記照明手段は、上記光源として波長が
約２６６ｎｍの照明光を出射する紫外線固体レーザ装置
を備えることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項４】検査対象に対して照射光を照射してこの
検査対象を照射し、照射された検査対象の画像を撮像手
段により撮像し、上記撮像手段により撮像された検査対
象の画像を処理し解析することで上記検査対象の状態を
検査する検査方法であって、紫外域の波長を有する照射光を、上記検査対象の所定の
位置に設けられた測長専用レジストパターンに対してレ
ジストの収縮が飽和する照射光量で照射し、上記照射光により照明され、収縮が飽和した上記測長専
用レジストパターンの画像を上記撮像手段により撮像
し、上記画像処理手段により撮像された測長専用レジストパ
ターンの画像を処理、解析することにより上記検査対象
の所定の位置に設けられた所定のパターンを形成するた
めのパターン形成用レジストパターンを検査することを
特徴とする検査方法。
【請求項５】上記照明手段の光源として、波長が約２
６６ｎｍの照明光を出射する紫外線固体レーザ装置を用
いることを特徴とする請求項４記載の検査方法。