JPH0212002A - パターン検査方法およびパターン検査装置 - 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】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 第１の発明の一実施例 第２の発明の一実施例 第３の発明の一実施例 （第２６図） （第１〜１３図） （第１４図） （第１５図） 第４の発明の一実施例　　　（第１６〜１８図）第４の
発明の他の実施例　　（第１９〜２１図）第５の発明の
一実施例　　　（第２２〜２５図）発明の効果 〔概要〕 パターン検査方法およびパターン検査装置に関し、 真空雰囲気の条件を用いないで製品を破壊することなく
検査することができ、プロセスへの即時的なフィードバ
ックを行うことができるパターン検査方法を提供するこ
とを目的とし、 ウェハ上に形成されたパターン形状をレーデを用いるこ
とにより非接触、非破壊で計測し、その良否を検査する
パターン検査方法であって、偏光された光を前記パター
ンのテーパ部の斜め方向から該テーパ部に照射し、その
反射光を対物レンズを用いて測定し、反射光の偏光角度
を求めることによりテーパ角度を検知するように構成し
、レーザ光源と、第１の偏光板と、該第１の偏光板を回
転させる第１のモータと、該第１のモータを駆動させる
第１のモータドライバ及び第１のモータコントローラと
、前記第１の偏光板の角度を検出する第１の角度検出器
と、試料用のステージと、該ステーシラコントロールす
るステージコントローラと、反射光を収集する対物レン
ズと、前記反射光の偏光角度を検知するための第２の偏
光板と、該第２の偏光板を回転させる第２のモータと、
該第２のモータを駆動させる第２のモータドライバ及び
第２のモータコントローラと、前記第２の偏光板の偏光
角度を検出する第２の角度検出器と、前記第２の偏光板
の透過光を検出する光検出器と、該光検出器の信号をデ
ィジタル化するＡＤコンバータと、前記第１、第２の偏
光板の角度検出信号と前記光検出器からの光強度信号と
を用いてテーパ角度を検出するとともに、パターンエツ
ジが類テーパであるか逆テーパであるかを判定する演算
処理部と、該演算処理部の演算処理によりテーパ角度の
結果を表示するとともに順テーパであるか逆テーパであ
るかの判定結果を出力する出力部と、前記演算処理部の
演算処理の際に用いる参照データを記憶するデータ記憶
部と、試料の光学定数を入力する入力部とを少なくとも
備えるように構成し、又は、反射光強度の最大値を検出
し、該反射光強度の最大値をトリガとして検出した時の
偏光角度を反射側角度検出器から求め、次いで該偏光角
度と入射側角度検出器より出力される予めプリセットし
た入射光偏光角度とから反射光の偏光回転角を求め、更
にデータ記憶部に記憶されたテーパ角度相関テーブルか
ら照合演算回路によりテーパ角を算出する第１の演算処
理部と、反射光強度の最大値と反射光強度の最小値との
比から楕円偏光比を求め、パターンエツジが順テーパで
あるか逆テーパであるかを判定する閾値テーブルを参照
し閾値に対して大であるか小であるかによりパターンエ
ツジが類テーパであるか逆テーパであるかを判定する第
２の演算処理部とを備えるように構成し、又は入射偏光
方向を回転させる回転手段を照明側に設け、該回転手段
により入射偏光方向を回転させ、パターンからの反射光
強度を偏光フィルタを通して検出し、テーパ反射光強度
の偏光方向に対する分布に基づいてテーパ角度を検知す
るように構成し、又は、ウェハ上に形成されたパターン
形状をレーザを用いることにより非接触、非破壊で計測
し、その良否を検査するパターン検査方法であって、シ
リコンまたは酸化シリコン上の金属パターンのエツジ面
のテーパ形状の測定を行う際、入射ビームの偏光方向を
基材部に対して水平または垂直に設定し、テーパ部と基
材部で反射した光を測定し、その偏光特性に基づいてテ
ーパの形状が類テーパであるか逆テーパであるかを判定
するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、パターン検査方法およびパターン検査装置に
係り、詳しくは、ＩＣ，ＬＳＩ等に形成される幅約１μ
ｍ程度の微細なパターン形状をレーザを用いることによ
り非接触、非破壊で計測し、その良否を検査するパター
ン検査方法に関するものである。

ＩＣ，ＬＳＩの製造工程中において、例えばＡｌからな
る配線パターンを形成する工程は不可欠であり、現在、
エツチング法がその主流である。

この工程中で形成されるパターン断面のプロファイルは
管理パラメータの変動、雰囲気の変化により変化し易い
。特に、パターンエツジ部のテーパ角度は、次層を積層
する際に積層されるパターンの品質に大きな影響を及ぼ
す。例えば、テーパ角度が鋭角の逆テーパになると次層
の積層はエツジ部で断線し易くなる。

したがって、プロセス内でパターンエツジ部の形状を監
視し、プロセスに即時的にフィードバンクすることが重
要である。現状では、このようなエツジ形状を検知する
方法としては、接触型（触針による測定法）あるいはＳ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）による観察法があるが、後者
は特に真空雰囲気の条件が必要であり、前者は製品を破
壊しなければ計測（検査）を行うことができず、プロセ
スへの即時的なフィードバックが不可能であった。

〔従来の技術〕

従来、パターンエツジ部の形状を検査する方法としては
、接触型（触針による測定法）あるいはＳＥＭによる方
法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のパターン検査方法にあ
っては、検査する際、真空雰囲気の条件が必要であった
り、製品を破壊しなければ検査することができず、プロ
セスへの即時的なフィードバックが不可能であるという
問題点があった。

そこで本発明は、真空雰囲気の条件を用いないで製品を
破壊することなく検査することができ、プロセスへの即
時的なフィードバックを行うことができるパターン検査
方法を提供することを目的としている。

また、第２６図（ｂ）に示すようなパターン３２のエツ
ジ面のテーパ形状の測定を行う際、第２６図（ｂ）に示
すように、反射光偏光角度はテーパ角度が直角の場合に
対し線対称となり、エツジ面が順テーパであるか、逆テ
ーパであるか区別できないという問題点もあった。

そこで本発明では、エツジ面が順テーパであるか逆テー
パであるかを確実に判定することができるパターン検査
方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明によるパターン検査方法は上記目的達成のた
め、基板上に形成されたパターン形状をレーザを用いる
ことにより非接触、非破壊で計測し、その良否を検査す
るパターン検査方法であって、偏光された光を前記パタ
ーンのテーパ部の斜め方向から該テーパ部に照射し、そ
の反射光を対物レンズを用いて測定し、反射光の偏光角
度を求めることによりテーパ角度を検知するものである
。

第２の発明によるパターン検査装置は上記目的達成のた
め、レーザ光源と、第１の偏光板と、該第１の偏光板を
回転させる第４のモータと、該第１のモータを駆動させ
る第１のモータドライバ及び第１のモータコントローラ
と、前記第１の偏光板の角度を検出する第１の角度検出
器と、試料用のステージと、該ステージをコントロール
するステージコンＩ・ローラと、反射光を収集する対物
レンズと、前記反射光の偏光角度を検知するための第２
の偏光板と、該第２の偏光板を回転させる第２のモータ
と、該第２のモータを駆動させる第２のモータドライバ
及び第２のモータコントローラと、前記第２の偏光板の
偏光角度を検出する第２の角度検出器と、前記第２の偏
光板の透過光を検出する光検出器と、該光検出器の信号
をディジタル化するＡＤコンバータと、前記第１、第２
の偏光板の角度検出信号と、前記光検出器からの光強度
信号を用いてテーパ角度を検出するとともにパターンエ
ツジが類テーパであるか逆テーパであるかを判定する演
算処理部と、該演算処理部の演算処理によりテーパ角度
の結果を表示するとともに類テーパであるか逆テーパで
あるかの判定結果を出力する出力部と、前記演算処理部
の演算の際に用いる参照データを記憶するデータ記ｊ１
部と、試料の光学定数を入力する入力部とを少なくとも
備えたものである。

第３の発明によるパターン検査装置は上記目的達成のた
め、反射光強度の最大値を検出し、該反射光強度の最大
値をトリガとして検出した時の偏光角度を反射側角度検
出器から求め、次いで該偏光角度と入射側角度検出器よ
り出力される予めプリセットした入射光偏光角度とから
反射光の偏光回転角を求め、更にデータ記憶部に記憶さ
れたテーパ角度相関テーブルから照合演算回路によりテ
ーパ角を算出する第１の演算処理部と、反射光強度の最
大値と反射光強度の最小値との比から楕円偏光比を求め
、パターンエツジが順テーパであるか逆テーパであるか
を判定する閾値テーブルを参照し閾値に対して大である
か小であるかによりパターンエツジが類テーパであるか
逆テーパであるかを判定する第２の演算処理部とを備え
たものである。

第４の発明によるパターン検査装置は上記目的達成のた
め、入射偏光方向を回転させる回転手段を照明側に設け
、該回転手段により入射偏光方向を回転させ、パターン
からの反射光強度を偏光フィルタを通して検出し、テー
パ反射光強度の偏光方向に対する分布に基づいてテーパ
角度を検知したものである。

第５の発明によるパターン検査方法は上記目的達成のた
め、ウェハ上に形成されたパターン形状をレーザを用い
ることにより非接触、非破壊で計測し、その良否を検査
するパターン検査方法であって、シリコン又は酸化シリ
コン上の金属パターンのエツジ面のテーパ形状測定を行
う際、入射ビームの偏光方向を基材材に対して水平また
は垂直に設定し、テーパ部及び基材部で反射した光を測
定し、その偏光特性に基づいてテーパの形状が順テーパ
であるか逆テーパであるかを判定したものである。

〔作用〕

第１の発明に係るパターン検査方法では、偏光された光
がパターンのテーパ部の斜め方向からテーパ部に照射さ
れ、その反射光が対物レンズを用いて測定される。そし
て、反射光の偏光角度を求めることによりテーパ角度が
検知される。

したがって、真空雰囲気の条件を用いないで製品を破壊
することなく検査することができるようになる。

第２の発明に係るパターン検査装置は、レーザ光源と、
第１の偏光板と、第１の偏光板を回転させる第１のモー
タと、第１のモータを駆動させる第１のモータドライバ
及び第１のモータコントローラと、第１の偏光板の角度
を検出する第１の角度検出器と、試料用のステージと、
ステージをコントロールするステージコントローラと、
反射光を収集する対物レンズと、反射光の偏光角度を検
知す蟇ための第２の偏光板と、第２の偏光板を回転させ
る第２のモータと、第２のモータを駆動させる第２のモ
ータドライバ及び第２のモータコントローラと、第２の
偏光板の偏光角度を検出する第２の角度検出器と、第２
の偏光板の透過光を検出する光検出器と、光検出器の信
号をディジタル化するＡＤコンバータと、第１、第２の
偏光板の角度検出信号と光検知器からの光強度信号を用
いてテーパ角度を検出するとともにパターンエツジが順
テーパであるか逆テーパであるかを判定する演算処理部
と、演算処理部の演算処理によりテーパ角度の結果を表
示するとともに順テーパであるか逆テーパであるかの判
定結果を出力する出力部と、演算処理の際に用いる参照
データを記憶するデータ記憶部と、試料の光学係数を入
力する入力部とが備えられる。

したがって、テーパ角度を検出することができるように
なり、パターンエツジが順テーパであるか逆テーパであ
るかを判定することができるようになる。

第３°の発明に係るパターン検査装置は、反射光強度の
最大値を検出し、該反射光強度の最大値をトリガとして
検出した時の偏光角度を反射側角度検出器から求め、次
いで該偏光角度と入射側角度検出器より出力される予め
プリセットした入射光偏光角度とから反射光の偏光回転
角を求め、更にデータ記憶部に記憶されたテーパ角度相
関テーブルから照合演算回路によりテーパ角を算出する
第１の演算処理部と、反射光強度の最大値と反射光強度
の最小値との比から楕円偏光比を求め、パターンエツジ
が順テーパであるか逆テーパであるかを判定する閾値テ
ーブルを参照し閾値に対して大であるか小であるかによ
りパターンエツジが順テーパであるか逆テーパであるか
を判定する第２の演算処理部とが備えられる。

したがって、第１の演算処理部によりテーパ角度の検出
を行うことができるようになり、第２の演算処理部によ
りパターンエツジが順テーパであるか逆テーパであるか
の判定を行うことができるようになる＝ 第４の発明に係るパターン検査装置は、入射偏光方向を
回転させる照明側に設けられた回転手段により入射偏光
方向を回転させ、パターンからの反射光強度が偏光フィ
ルタを通して検出され、テーパ反射光強度の偏光方向か
らテーパ角度が検知される。

したかって、真空雰囲気の条件を用いないで製品を破壊
することなく検査することができるようになる。

第５の発明に係るパターン検査方法は、シリコン又は酸
化シリコン上の金属パターンのエツジ面のテーパ形状の
測定を行う際、入射ビームの偏光が基材部に対して水平
または垂直に設定され、テーパ及び基材部での２度反射
光が測定され、その偏光特性に暴づいてテーパの形状が
順テーパであるか逆テーパであるかが判定される。

したがって、エツジ面のテーパ部が順テーパであるか逆
テーパであるかを確実に判定できるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図〜第１３図は第１の発明に係るパターン検査方法
の一実施例を説明する図であり、第１図は−・実施例の
金属表面での反射の状ｎζを示す図、第２図は一実施例
の金属表面での入射光の偏光角度と反射光の偏光角度と
の関係を示す図、第３図は一実施例のＩＣテーパに直線
偏光が入射した場合の状態を示す図、第４図は一実施例
のローリング連動を説明する図、第５図は一実施例のテ
ーパ角度と反射光の偏光角度との関係を示す図、第６図
は一実施例のテーパ部分での反射形態を示す図、第７図
は一実施例のテーパ角度に対する反射光の偏光角度変化
を示す図、第８図は一実施例の実験を行った際の実験系
の構成を示す囚、第９図は一実施例のテーパ角度に対す
る偏光回転角の実験結果を示す図、第１０図は一実施例
の光学構成を示す装置概略図、第１】図は一実施例の構
成を示す機能ブロツク図、第１２図は一実施例の反射光
強度分布を示す図、第１３図は一実施例のＩｎ＋ａｘ　
　（反射光強度の最大値）検出時の偏光方向を示す図で
ある。

図示例のパターン検査方法は、基板上に形成されたパタ
ーン形状をレーザを用いるごとにより非接触、非破壊で
計測し、その良否を検査するものである。

これらの図において、１は例えば基材部、２は例えばＡ
ｌからなるパターン、３は前記パターン２のテーパ部、
４はレーザ光、５はスクリーン、６は偏光子である。７
はミラー、８は対物レンズ、９は偏光フィルタ、１０は
検出器、１１は対象物、１２は例えばＨｅＮｅレーザか
らなる光源、１３はステージで、この他にθステージ、
Ｚステージが必要である。１４は偏光板、１５はステッ
ピングモータ、１６はフォトダイオード、１７はソレノ
イド、１８は位置検出センサ、１９はモータ、２０はパ
ルスモータドライバである。２１はコントローラ、２２
はＣＰＵ、２３は光学系、２４はフォトダイオード、２
５はＡ／Ｄ変換装置、２６はソレノイドである。

まず、偏光によるテーパ角度の検知方法について図面を
用いて具体的に説明する。

第】図は金属表面での反射の状態を示しており、ここで
、 ａ：入射光の方向ベクトル ｂ二反射光の方向ベクトル Ｃ：金属面の法線ベクトル Ｅａ：入射光の電界ベクトル Ｅｂ：反射光の電界バク１〜ル とする、いま、入射光が直線偏光であるとすると、入射
光の電界ベクトルＥａは、時間によらず一定方向を向い
ている。入射光の電界ベクトルＥａを金属表面に水平な
方向成分Ｅａ／／と金属表面に垂直な方向成分Ｅａ　　
とに分解すると、入射光の電界ベクトルＥａは次のよう
に表すことができる。

Ｅａ＝Ｅａ　　＋Ｅａ／／　　　”−＝−（１）金属表
面に水平な電界成分は位相が反転し、垂直な電界成分は
位相の反転が起きないので、反射光の電界ベクトルＥｂ
は、次のように表すことができる。

Ｅｂ−Ｅｂ　　−Ｅａ／／　　−−＝（２）（１１式、
（２）式から、金属表面での反射の際の入射光の偏光方
向（電界ベクトル）と反射光の偏光方向（電界ベクトル
）とは第２図に示すようにほぼ一定な比例関係となる。

すなわち、入射光の偏光に一次依存して反射光の偏光角
度も変化するのである。

次に、第３図に示すように、パターン２のテーパ部３に
直線偏光が入射した場合、レーザ光４（入射光）は基板
１とテーパ部３に複数回反射して、検知される。ここで
検知される光をｎ次反射光とする。いま、ｎ−１回目の
反射位置に視点をお（と、ｎ−１次反射光に対し、ｎ次
反射面はローリング運動を行っていることになる（第４
図）。

すなわち、ｎ−１次反射光の偏光角度の変化はｎ次反射
面のテーパ角度の変化に比例して変動する（第５図）。

したがって、第２図に示すようにテーパ角度の変化によ
り、検知すべき反射光の偏光角度が変化することが判る
。

次に、テーパ角度の変化に対する偏光特性の連続化につ
いて図面を用いて説明する。

具体的には、偏光された光の入射角度、出射角度、試料
設置角度、対物レンズの開口数を最適化することにより
検出したいテーパ角度に対する偏光角度変化を連続化し
、偏光方向から一意的にテーパ角度を検出する好ましい
態様を示すものである。

第６図において、■〜■はレーザ光が最初にテーパ部に
あたる場合を示しており、■〜■はレーザ光が最初に基
板にあたる場合を示している。

これらの反射形態により、偏光角度も変化する。

入射光角度の変化により反射形態も変化し、場合によっ
てはそれらの内の複数の反射形態が同時に起こることも
ある。このような場合に、テーパ角度による反射光の偏
光角度変化において、それらの合成偏光角度が不連続に
なるか、不変になることがある。しかしながら、このよ
うな障害は入射角度、検知角度、パターン設置角度、使
用対物レンズを最適化することにより、防ぐことができ
る。

すなわち、検知する対物レンズの制限視野内に常に一種
の反射形態の反射光のみを検知するようにすれば良いの
である。なお、テーパ角度に対して最適化した値は以下
に示す表１の通りであり、この場合のテーパ角度に対す
る反射光の偏光角度変化は第７図のようである。第７図
において、表１ 第７図に示すプロット■、■、■、■、■と第６図に示
す反射形態の■、■、■、■、■とは対応しており、例
えばテーパ角度が２７″〜５４°では第６図に示す■の
１回反射の形態であり、テーパ角度が２６″〜０°では
第６図に示ず■の２回反射の形態である。また、偏光角
度が■と■、■と■で２つ別々に分かれているが、この
場合両方のテーパ角度を確実に検知するのは困難である
ので、テーパ角度の計測可能範囲は第７図に示すように
、−点プロットの範囲になるのである。

次に、第８図に示すような実験系を用いてテーパ角度に
対する偏光回転角を求めた実験例について説明する。

第８図に示すように、対象物１１に偏光プリズム６を用
い、レーザ光４を当てる。レーザ光４は偏光プリズム６
を挿入することで直線偏光化している。ミラー７と基板
に２度反射した光を偏光フィルタ９を通して検知し、こ
の偏光フィルタ９を回転させることにより偏光回転角を
検知すると、第９図に示すような結果を得ることができ
る。なお、ここで入射角は２０″、用いたモデルのテー
パ角度は±１５″、０＠である。

そして、光学構成の具体的な一例としては第１０図に示
すような装置を用いることができる。

ここでは、レーザ光４を偏光フィルタ９を通して直線偏
光化しており、対物レンズ８を介して偏光板１４を回転
させ、反射光強度をフォトダイオード１６で検出してい
る。これにより反射光の偏光分布が求められる。

また、機能ブロック図の具体的な一例としては第１１図
に示すようなものがある。

ここでは、光をフォトダイオード２４で受光し、これを
Ａ／Ｄ変換装置２５により変換してＣＰＵ２２に入れる
。この時の偏光をモータ１９で偏光板を回してパルスモ
ータドライブ２０でＣＰＵ２２の信号に基づいて定速回
転させる。そして、位置検出センサ１８により偏光角度
を求め、これによりテーパ角度を求めるのである。

テーパ角度は具体的には次のように求める。

まず、第１２図に示すように反射光強度分布から反射光
の最大値（ピーク値）Ｉｍａｘと反射光の最小値（ボト
ム値）ｌａｉｎとを求める。次に、第１３図に示すよう
に、Ｉ　ｗａｘ検出時の偏光方向θｏｕｔを角度検出器
より求める。この時設定した入射偏光方向θｉｎとから
反射光の偏光角度変化Δθ（θｏｕｔ−θｉｎ）を求め
、データ記憶部に記憶されたテーパ角度と偏光角度変化
との相関関係（例えば、図７に示すようなもの）１ψ１
−ｆ　（Δθ）からテーパ角度１ψ１を求めることがで
きる。また、第５に係る発明のパターン検出方法を適宜
用いることにより に＝　ｌ１ｉｎ　／　Ｉｍａｘ　　Ｋ　：　　（楕円偏
光比）を演算し、１ψ１から一義的に求まる閾値ＫｙＨ
をテーブルから参照することにより、順テーパ、逆テー
パ（＋１ψ、−１ψ１）を決定することもできる。

すなわち、上記実施例では、偏光された光をパターン２
のテーパ部３の斜め方向からテーパ部３に照射し、この
反射光を対物レンズ８を用いて測定し、反射光の偏光角
度を求めることによりテーパ角度を検知するようにした
ので、真空雰囲気の条件を用いないで製品を破壊するこ
となく検査することができ、プロセスへの即時的なフィ
ードバックを行うことができる。

なお、第１の発明のパターン検査方法を好ましく実現す
るには第２、第３の発明のパターン検査装置を用いれば
よく、より、好ましくは第２、第３の発明のパターン検
査装置を適宜組み合わせて行えばよく、この場合、偏光
された光の入射角度、出射角度、パターン設置角度及び
対物レンズの開口数をテーパ角度に対する偏光角度検知
が連続となるように最適値に設定し、反射光偏光方向か
ら一意的にテーパ角度を検出するのを好ましく行うこと
ができる。

第１４図は第２の発明に係るパターン検査装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。

この図において、６１はレーザ光源、６２は第１の偏光
板、６３は第１のモータ、６４は第１のモータドライバ
、６５は第１のモータコントローラ、６６は第１の角度
検出器（位置検出器）、６７は試料用のステージ、６８
は対物レンズ、６９は第２の偏光板、７０は第２のモー
タ、７１は第２のモータドライバ、７２は第２のモータ
コントローラ、７３は第２の角度検出器（位置検出器）
、７４は光検出器、７５はＡＤコンバータ、７６は演算
処理部、７７は出力部、７８はデータ記憶部、７９は入
力部である。

次に、その動作原理について説明する。

上記装置において、第１の偏光板６２の角度が第１の角
度検出器６６により検出される。この時、第１の偏光板
６２は第１のモータ６３により回転し、第１のモータ６
３は第１のモータドライバ６４及び第１のモータコント
ローラ６５により駆動する。試料用のステージ６７はス
テージコントローラによりコントロールされる。ステー
ジ６７からの反射光は対物レンズ６７により収集され、
反射光の偏光角度検知用の第２の偏光板６９の偏光角度
が、第２の角度検出器７３により検出される。この時、
第２の偏光板６９は第２のモータ７０により回転し、第
２のモータ７０は第２のモータドライバフェ及び第２の
モータコントローラ７２により駆動する０次いで、第２
の偏光板６９の透過光が光検出器７４により検出され、
光検出器７４の信号がＡＤコンバータ７５によりディジ
タル化される。次いで、第１、第２の偏光板６２．６９
の角度検出信号と、光検出器７４からの光強度信号とを
用いてテーパ角度が演算処理部７６により検出され、演
算処理部７６の演算処理によりテーパ角度の結果が出力
部７７に表示される。また、パターンエツジが順テーパ
であるか逆テーパであるかが演算処理部７６により判定
され、順テーパであるか逆テーパの判定結果が出力部７
７に表示される。なお、演算処理部７６の演算処理の際
に用いる参照データがデータ記憶部７８に記憶され、試
料の光学定数が入力部７９に入力される。

すなわち、上記実施例では、テーパ角度を検出してパタ
ーンエツジが順テーパであるか逆テーパであるかを判定
することができる。

第１５図は第３の発明に係るパターン検査装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。なお、図示例は具体
的には演算処理部の詳細を示す図である。

次に、その動作原理について説明する。

まず、第１の演算処理部は、ＡＤコンバータによりＰ、
の反射光強度Ｉの最大値Ｉｍａｘ　　（Ｐ、１）を検出
し、この反射光強度Ｉの最大値１＋ａａｘをトリガとし
て検出した時の偏光角度Ｑｕｔ　（Ｐｌｓ）　　：Ｉ　
＝　Ｉ　ｗａｘを反射側角度検出Ｈ（反射側位置検出器
）から求め、次いで該偏光角度Ｑｏｕｔと、入射側角度
検出器（入射側位置検出器）より出力される予めプリセ
ットしたＰｌ’ｌの入射光偏光角度Ｑｉｎとから反射光
の偏光回転角Δθ（Ｑｏｕｔ　−Ｑｉｎ）を求めＣＰｌ
＆）　、更にデータ記憶部に記憶されたテーパ角度相関
テーブル（Ｐ＋ｓ）からＰ＋９の照合演算回路によりｐ
ｉｔでテーパ角を算出するものである。そして、第２の
演算処理部は、Ｐ、の反射光強度Ｉの最大値１ｍａｘ　
　（Ｐ＋３）と最小値Ｉ　ｎ１ｎ（ｐ＋□）との比から
Ｐ＋４の楕円偏光比Ｋ（Ｋ＝Ｉｍｉｎ　／　Ｉ＋ａｘ　
）を求め、ｐｚｏで順テーパであるか逆テーパであるか
を判定するしきい値テーブルを参照し、Ｐ、２で該しき
い値に対して大であるか小であるかにより順テーパであ
るか逆テーパであるかの判定を行うものである。

すなわち、上記実施例では第１の演算処理部によりテー
パ角度の検出を行うことができ、第２の演算処理部によ
りパターンエツジが順テーパであるか逆テーパであるか
の判定を行うことができる。

第１６図〜第１８図は第４の発明に係るパターン検査装
置の一実施例を説明する図であり、第１６図は一実施例
の入射光偏光角度とテーパ角度との関係を示す図、第１
７図は一実施例の原理を説明する図、第１８図は一実施
例の光学構成を示す装置概略図である。

これらの図において、５１は半波長板、５２は直線偏光
レーザからなる光源、５３は定速回転型のモータ、５４
は対物レンズ、５５は偏光板、５６はセンサである。

なお、ここでは入射偏光方向を回転させる回転手段を直
線偏光レーザからなる光源５２と定速回転型のモータ５
３とから構成している。

次に、その動作原理について説明する。

偏光によるテーパ角度の検知方法は第１の発明で説明し
た第１図〜第５図の場合と同様である。

ここでは、特にリアルタイム処理を行うために用いる直
線偏光回転装置に関するものである。具体的には、第１
６図はテーパ角度による検知偏光角度の時間変化を示し
ており、図示のとおり、テーパ角度の変化に伴い反射光
の偏光角度が変移する。

したがって、偏光角度の変移を求めることにより、テー
パ角度の検査が可能であることが判る。

第１７図に示すように、直線偏光レーザを半波長板５１
に入射させる。この時、結晶の光軸方向（主断面）と入
射光偏光軸のなす角度をθとすると、出射光の偏光は振
動方向が２θの直線偏光となる。

したがって、この半波長板５１を回転させれば、出射偏
光角度が連続的に変化することになる。また、回転動作
を用いるため、高速で偏光を変化させらる。

更に、第１８図に示す光学構成の装置を用いて具体的に
説明する。

光源５２からは直線偏光が出射している。これを回転可
能な半波長板５１に透過させ、パターン２に照射する。

半波長板５１はモータ５３により定速回転する０反射光
強度はセンサ５６により検出し、出射偏光角度に対する
反射光の偏光特性を検出することによってテーパ角度を
検知する。

すなわち、上記実施例では、入射偏光方向を回転させる
回転手段を直線偏光レーザと定速回転型の半波長板５１
で構成し照明側に設けて、これにより入射偏光方向を回
転させ、パターン２からの反射光強度を偏光板５５り偏
光フィルタ）を通して検出し、テーパ反射光強度の偏光
方向に対する分布からテーパ角度を検知したので、第１
の発明と同様な効果を得ることができる。

なお、上記実施例では、第１９図に示すように、入射偏
光方向を回転させる回転手段を直線偏光レーザと定速回
転型の半波長板５１とから構成する場合について説明し
たが、第４の発明はこれに限定されるものではなく、第
１９図に示すように、ランダム偏光レーザ５２ｂと定速
回転型の偏光フィルタ５７（偏光プリズムでもよい）と
から構成される場合であってもよい。この場合、第２０
図に示すように、ランダンダム偏光のレーザを用いてお
り、このレーザ光を偏光フィルタ５７に照射することに
よって、単一方向の直線偏光が抽出されるのである１、
そして、この偏光子を回転させることにより、出射偏光
角度を高速で連続的に変化させることができるのである
。

また、第１２図に不ずように、上記回転手段を半虐体レ
ーザ６１とビーム整形用コリメータレンズ６２、及びこ
れらを一体として回転させるモータ５３とから構成する
場合であってもよい。この場合も、半専体レーザ６１と
ビーム整形用コリメータレンズ６２を一体として、これ
を回転させることによって出射偏光角度篭高速で連続的
に変化させることができる。

第２２図〜第２５図は第５の発明に係るパターン検査方
法の一実施例を説明する図であり、第２２図（ａ）、（
ｂ）は一実施例の順テーパ部と逆テーパ部での反射形態
を示す図、第２３図は一実施例の原理を説明する図、第
２４図は一実施例の光学構成を示す″ｊ２置装略図、第
２５図ば一実施例の逆テーパの場合と順テーパの場合の
反射光強度を示す図である。

これらの図において、３３は例えばレーザからなる光源
（ランダム偏光）　、３４ａ、３４ｂ、３４ｃばミラー
、３５は偏光フィルタ、３６は対物レンズ、３７は試料
台、３８は回転ステージ、３９は偏光プリズム、４０ａ
、４０ｂはセンサ、４１はへ／Ｄ変換装置、４２はコン
ピュータである。

次に、そのパターン検査方法について説明する。

偏光による１−へ角度の検知方法は第１の発明で説明し
た第１図〜第５図の場合と同様である。

ごごでは、具体的には例えばＳｉ酸化膜などの誘電体上
に形成されたアルミ等の金属パターンのエツジにおいで
、そのエツジ面が順テーパであるか。

逆テーパであるかを検知する方法に関するものである。

第２２図（ａ）、（ｂ）において、順テーパ部と逆テー
パ部では反射経路が異へっており、この反射経路の違い
を利用しでテーパ部の形状が類テーパであるか逆テーパ
であるかを判定するのである５具体的には第２３図に示
すように、直線偏光のレーザビーム（レーザ光４）をテ
ーパの斜めから入射させる。この時、入射光の偏光を基
材部に対する入射面に対して垂直または水平に設定する
。すると１次反射光はｌ１Ｉ（テーパ部では直線偏光が
保存され、また逆テーパ部でも金属面での反射となるた
め、直線偏光が保存される。

レーザビームを斜めから入射させているため、２次入射
光は入射面に対し、水平あるいは垂直となる場合は１度
した無く、したがって、逆テーパ部の場合、妓終的な反
射光は偏光成分が乱れ楕円偏光になる。順テーパの場合
は金属反射となるため直線偏光が保存される。

更に、第２４図に示す光学構成の装置を用いて具体的に
説明する。

テーパ斜め方向から基材部に対する入射面に水平または
垂直に偏光されたビームを照射する。これを対物レンズ
３６で検知し、その偏光特性が直線であるか、楕円であ
るか検知して、直線ならば類テーパ、楕円であれば逆テ
ーパとして判定する。

光源３３から出射したビームは２枚のミラー３４ａ、３
４ｂ、３４ｅを経て、偏光フィルタ３５を透過させる偏
光フィルタにより入射面に対し垂直（水平）成分のみと
なったビームをパターン２にあてる。反射光を対物レン
ズ３６により収集し、回転ステージ３日上にのった偏光
プリズム３９に検知光を入射させ０、偏光プリズム３Ｌ
、ｌから出た光はセンサ４０ａ、４０ｂによって検知さ
れ、Ａ／Ｄコンバータ４１を通してコンピュータ４２に
入射される。

センサ４０ａとセンサ４０ｂの信号強度変化を測定する
と、第１５図に示すように検出光が直線偏光ならセンサ
を回転させると、あるところでどちらかの２ンジの信号
がＯとなる。検出光が楕円光ならセンサを回転させると
、センサの信号はＯとならない。このとき、２つのセン
サ４０ａ、４０ｂの信号強度比から、楕円偏光の傾きも
検出でき、これからテーパ角度の検出もできる。

すなわち、上記実施例では、誘電体３１上の金属パター
ン３２のエツジ面のテーパ形状の測定を行う際、入射ビ
ームの偏光を誘電体３１の基材部に対して水平または垂
直に設定し、テーパ部での２度反射光を測定し、その偏
光特性ニ基づいてチー・パ形状が順テーパであるか逆テ
ーパであるかを判定するので、エツジ面が順テーパであ
るか逆テーパであるかが確実に判定することができる。

更に、真空雰囲気の条件を用いないで製品を破壊するこ
となく検査することができ、プロセス−・の即時的なフ
ィードバック（リアルタイムがｌＱｍ　ｓ程度）を行う
ことができる。

〔効果〕

本発明によれば、真空雰囲気の条件を用いないで、製品
を破壊することな（検査することができ、プｌコセスへ
の即時的な）よ・−ドパツクを行うことができるという
効果がある。また、エツジ面が順テーパであるか逆テー
パであるかを確実に判別することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１３図は第１の発明に係るパターン検査方法
の一実施例を説明する図であり、第１図は第１の発明の
一実施例の金属表面での反射の状態を示す図、 第２図は第１の発明の一実施例の金属表面での入射光の
偏光角度と反射光の偏光角度たの関係を示す図、 第３図は第１の発明の一実施例のＩＣテーパに直線偏光
が入射、た場合の状態を示す図、第４図は第１の発明の
一実施例のローリング運動を説明する図、 第５図は第１の発明の一実施例のテーパ角度と反射光の
偏光角度との関係を示す図、 第６図は第１の発明の一実施例のテーパ部分での反射形
態を示す図、 第７図は第１の発明の一実施例のテーパ角度！二対する
反射光の偏光角度変化を示す図、第８図は第１の発明の
一実施例の実験を行っノ′−際の実験系の構成を示す図
、 第９図は第１の発明の一実施例のテ・・−バ角度に対す
る偏光回転角の実験結果を示す図、第１０図は第１の発
明の一実施例の光学構成を示す装置概略図、 第１１図は第１の発明の一実施例の構成を示す機能ブロ
ック図、 第１２図は第１の発明の一実施例の反射光強度分布を示
す図、 第１３図は第１の発明の一実施例の■。、Ｘ検出時の偏
光方向を示す図、 第１４図は第２の発明に係るパターン検査装置の一実施
例の構成を示すブロック図、 第１５図は第３の発明？こ係るパターン検査装置の一実
施例の構成を示すブロック図−１ 第１６図〜第１８図は第４の発明（、コニ係るパターン
検査装置の一実施例を説明する図でおり、第１６図１：
を第４の発明の一実施例の入射光偏光角度上テーパ角度
との関係を示す図 第１７図は第４の発明の一実施例の原理を説明する図２
、 第ｉ８図は第４の発明の一実施例の光学構成を示す装置
概略図、 第１９図〜第２１図は第４の発明に係るバタ・−ン検査
装置の他の実施例を説明する図であり、第１９図は第４
の発明の他の実施例の光学構成を示す装置概略図、 第２０図は第４の発明の他の実施例の原理を説明ｒる図
、 第２１図は第４の発明の他の実施例の光学Ｆｉｔ愼を示
す装置概略図、 第２２図〜第２５図：４ま第５の発明ぺ、こ係ろパター
ン検査方法の一実施例を説明する図であり、第２２図は
第５の発明の−・４シ施例の順ｆ・−バ部と逆テーパ部
での反射形態を示を図、 第２３図は第５の発明の一実施例の原理を説明する図、 第２４図は第５の発明の一実施例の光学構成を示す装置
概略図、 第２５図は第５の発明の一実施例の逆テーパの場合と類
テーパの場合の反射光強度を示す図、第２６図は従来例
の課題を説明する図である。 ｌ・・・・・・基板、 ２・・・・・・パターン、 ３・・・・・・テーパ部、 ４・・・・・・レーザ光、 ５・・・・・・スクリーン、 ６・・・・・・偏光プリズム、 ７・・・・・・ミラー ８・・・・・・対物レンズ、 ９・・・・・・偏光フィルタ、 ｌＯ・・・・・・検出器、 １１・・・・・・対象物、 １２・・・・・・光源、 １３・・・・・・ステージ、 １４・・・・・・偏光板、 １５・・・・・・ステッピングモータ、１６・・・・・
・フォトダイオード、 １７・・・・・・ソレノイド、 １８・・・・・・位置検出センサ、 １９・・・・・・モータ、 ２０・・・・・・パルスモータドライバ、２１・・・・
・・コントローラ、 ２２・・・・・・ＣＰＵ。 ２３・・・・・・光学系、 ２４・・・・・・フォトダイオード、 ２５・・・・・−Ａ／Ｄ変換装置、 ２６・・・・・・ソレノイド。 区 叶 へ 只唄 炊 Ｆ′ｌ″ 才１の冬明■、−炙謎剖の失瞼り行７ＦＳ遥炎欣１Ｑ講
戎重亦Ｔ因 第 ６　　　偏尤ｙＱＪ／ズン、 ７　　；う・− １９対物レンズ′” 対象宿 才１の発明■−炙」５四のテーノ＼°負度１；叫τるイ
扁克回転角の叉〃１幅千と、示゛ぐ図／３ 才　１　　ｃｈ兇ｐ月Ｇ　−ｊζ〉ぐ−例ａ少と３イイ
リ１峡べ１づ頂′４裟１贋９冬！ 第 図 右 才１゜諮朗にカ幀■繍υ蚊怖ε１叫 第 図 し Ａ月ｏ　ｉｐｈ　”ニブ畷ミじさ（＝−７タラリと）工
ｒｒ＋ａｙ＜　−羊享１ミー１ｌ−ｐｆａ　イ＠　儒Ｅ
　−１１７１ｊ１ヌ１１第 図 第１グシ阿５日司ρ７二１で方ヒｊグ°ｊ０不を’＜＄
’Ｅ、ｒぐ１”ｆ野り竹巨７゛ロン７Ｂつ２２：ｃｐｖ ２３、丸ケ臥 第２の４こ明の一買）芒、１列の挾゛爪ゝλψＩフ”ロ
１Ｖ７図第　１４　　図 入Ｍ光弗光角度 湘１巻絹の一声」ｑ入射光術１駿と テーノＳ角力【とのｂ加イれ“小′すび４第 図 第 図 ＋＋の部間の一見是例の 光ぎ購入［弁１長１廠」ト図 儂杖垣釉 升ヰＯ定明の色のＩＤＢ７’５’ＪＱ鐵理と自乞ＭＶや
図第２０図 オ＋○発ｆｆＪｌａ他の炎施列の 火ｊ攪戊ε形ＶｌｉＪ免椿目 第 図 反射＠迄＝を作１図 第 第 図 図 ↑ （逆、デー八〇の舶） （Ａ１＠テーパの４＠−） ｈ） 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成されたパターン形状をレーザを用い
   ることにより非接触、非破壊で計測し、その良否を検査
   するパターン検査方法であって、偏光された光を前記パ
   ターンのテーパ部の斜め方向から該テーパ部に照射し、
   その反射光を対物レンズを用いて測定し、反射光の偏光
   角度を求めることによりテーパ角度を検知することを特
   徴とするパターン検査方法。
2. （２）偏光された光の入射角度、出射角度、パターン設
   置角度及び対物レンズの開口数を、テーパ角度に対する
   偏光角度変化が連続となるように最適値に設定し、反射
   光偏光方向から一意的にテーパ角度を検出できるように
   したことを特徴とする、請求項（１）記載のパターン検
   査方法。
3. （３）レーザ光源と、第１の偏光板と、該第１の偏光板
   を回転させる第１のモータと、該第１のモータを駆動さ
   せる第１のモータドライバ及び第１のモータコントロー
   ラと、前記第１の偏光板の角度を検出する第１の角度検
   出器と、試料用のステージと、該ステージをコントロー
   ルするステージコントローラと、反射光を収集する対物
   レンズと、前記反射光の偏光角度を検知するための第２
   の偏光板と、該第２の偏光板を回転させる第２のモータ
   と、該第２のモータを駆動させる第２のモータドライバ
   及び第２のモータコントローラと、前記第２の偏光板の
   偏光角度を検出する第２の角度検出器と、前記第２の偏
   光板の透過光を検出する光検出器と、該光検出器の信号
   をディジタル化するＡＤコンバータと、前記第１、第２
   の偏光板の角度検出信号と前記光検出器からの光強度信
   号とを用いてテーパ角度を検出するとともに、パターン
   エッジが順テーパであるか逆テーパであるかを判定する
   演算処理部と、該演算処理部の演算処理によりテーパ角
   度の結果を表示するとともに、順テーパであるか逆テー
   パであるかの判定結果を出力する出力部と、前記演算処
   理部の演算処理の際に用いる参照データを記憶するデー
   タ記憶部と、試料の光学定数を入力する入力部とを少な
   くとも備えたことを特徴とするパターン検査装置。
4. （４）反射光強度の最大値を検出し、該反射光強度の最
   大値をトリガとして検出した時の偏光角度を反射側角度
   検出器から求め、次いで該偏光角度と入射側角度検出器
   より出力される予めプリセットした入射光偏光角度とか
   ら反射光の偏光回転角を求め、更にデータ記憶部に記憶
   されたテーパ角度相関テーブルから照合演算回路により
   テーパ角を算出する第１の演算処理部と、反射光強度の
   最大値と反射光強度の最小値との比から楕円偏光比を求
   め、パターンエッジが順テーパであるか逆テーパである
   かを判定する閾値テーブルを参照し閾値に対して大であ
   るか小であるかによりパターンエッジが順テーパである
   か逆テーパであるかを判定する第２の演算処理部とを備
   えたことを特徴とするパターン検査装置。
5. （５）入射偏光方向を回転させる回転手段を照明側に設
   け、該回転手段により入射偏光方向を回転させ、パター
   ンからの反射光強度を偏光フィルタを通して検出し、テ
   ーパ反射光強度の偏光方向に対する分布に基づいてテー
   パ角度を検知するように構成したことを特徴とするパタ
   ーン検査装置。
6. （６）ウェハ上に形成されたパターン形状をレーザを用
   いることにより非接触、非破壊で計測し、その良否を検
   査するパターン検査方法であって、シリコン又は酸化シ
   リコン上の金属パターンのエッジ面のテーパ形状測定を
   行う際、入射ビームの偏光方向を基材部に対して水平ま
   たは垂直に設定し、テーパ部及び基材部で反射した光を
   測定し、その偏光特性に基づいてテーパの形状が順テー
   パであるか逆テーパであるかを判定したことを特徴とす
   るパターン検査方法。
7. （７）偏光プリズムと定速回転機構とを具備し、偏光プ
   リズムを検知光軸に対して回転させ、反射光の水平成分
   、垂直成分に基づいて楕円偏光、直線偏光を計測し、そ
   の偏光特性に基づいてテーパの形状が順テーパであるか
   逆テーパであるかを判定したことを特徴とする請求項（
   ６）記載のパターン検査方法。