JPH0560533A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査物上のパターンを充分な分解能を以て
観察することと、設計データに基づく正確なパターン等
の情報を重畳して表示することとを両立できるようにす
る。 【構成】 設計データに基づいて被検査物２上に形成さ
れたパターンの拡大像を形成する拡大光学系３と、その
設計データに基づいて形成された参照用パターンを表示
する表示装置１４と、その被検査物２上のパターンの拡
大像とその参照用パターンの像とを重ね合わせるビーム
スプリッター１３と、その重ね合わせられた２つの像を
観察するための観察系１５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＩＣの製造工程
において使用されるマスク又はレチクルに形成されたパ
ターンが設計通り正確に描かれているかどうかを検査す
る場合に適用して卓効あるパターン検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣの製造工程においては、ウェハ上に
回路パターン等を順次転写するためのマスク又はレチク
ルが多数使用されている。そして、例えばマスク自体の
製造時には、そのマスクに形成されている転写用のパタ
ーンが設計データに基づいて形成された正確なパターン
と所定の許容誤差範囲内で合致しているかどうかを検査
して、そのパターンの欠陥の有無を検査するためのパタ
ーン検査装置が使用されている。

【０００３】従来のパターン検査装置におけるパターン
を観察して欠陥を確認する手段としては、ＣＲＴディス
プレイ等の表示装置と顕微鏡の接眼レンズとがある。Ｃ
ＲＴディスプレイ等の表示装置を用いる検査装置では、
その表示装置に撮像装置で撮像したパターンの画像と設
計データに基づいて作成された正確なパターン及び欠陥
を表すマーク等とが重ね合わせて表示される。一方、顕
微鏡の接眼レンズを用いる検査装置では、オペレータが
接眼レンズを用いてマスクに形成されたパターンの拡大
像を観察することにより、欠陥の有無が調べられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表示装
置を用いる検査装置では、マスク上のパターンの画像に
対して多様な情報を重畳して表示できる反面で、撮像装
置で撮像して得られた画像データの分解能は接眼レンズ
で観察する場合に比べて数倍粗くなっているため、その
マスク上のパターンの微小な欠陥及び半透明の欠陥（ハ
ーフトーン）等が判別しにくい不都合があった。一方、
接眼レンズを用いる検査装置では、充分な分解能を以て
パターンを観察できる反面で、設計データに基づいた正
確なパターン等を重畳して表示することができず、パタ
ーンの欠落等の確認が容易でないという不都合があっ
た。

【０００５】また、表示装置に設計データに基づいた正
確なパターン等を表示して、接眼レンズでマスク上のパ
ターンの拡大像を観察するようにした併用的な検査装置
も知られているが、オペレータは表示装置と接眼レンズ
との間で視線を頻繁に移さなければならず、作業効率が
きわめて悪いという不都合がある。上述の不都合は、従
来の技術では充分な分解能を以てパターンを観察するこ
とと設計データに基づく正確なパターン等の情報を重畳
して表示することとが両立しないことに起因する。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、被検査物上のパ
ターンを充分な分解能を以て観察することと、設計デー
タに基づく正確なパターン等の情報を重畳して表示する
こととを両立できるパターン検査装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるパターン検
査装置は、例えば図１に示す如く、設計データに基づい
て被検査物（２）上に形成された実パターンの拡大像を
生成する拡大光学系（３）と、その設計データに基づい
て形成された参照用パターンを表示する画像表示手段
（１４）と、その実パターンの拡大像とその参照用パタ
ーンの像とを重ね合わせる合成用光学系（１３）と、そ
の重ね合わせられた２つの像を観察するための観察用光
学系（１５）とを有し、その参照用パターンの像を用い
てその実パターンを検査するようにしたものである。

【０００８】更に、本発明は、その画像表示手段（１
４）に表示される参照用パターンとして、その設計デー
タに基づいて形成された正確なパターン、その実パター
ンの欠陥を表すマーク（例えば図５の欠陥の位置を表す
マーク４７Ａ、欠陥の分類を表すマーク４７Ｂ、欠陥の
程度を表すマーク４７Ｃ）又はその実パターンの位置合
わせに用いるマーク（例えば図７のカーソル５０）の内
の少なくとも１つを選択するようにしたものである。

【０００９】

【作用】斯かる本発明によれば、その観察用光学系（１
５）の視野内に、被検査物（２）上に形成された実パタ
ーンの拡大像とその設計データに基づいて形成された参
照用パターンとが重畳して表示される。この場合、その
実パターンの拡大像を充分に細かい分解能で観察できる
ので、その実パターンの微小な欠陥、半透明の欠陥及び
パターンの欠落等を見落とすことなく効率良く確認する
ことができる。一方、その設計データに基づいて形成さ
れた参照用パターンの分解能はそれ程細かくはないが、
一般に参照用データはピンスポット等の細かい情報を持
っていないので、問題はない。

【００１０】また、その参照用パターンとして、その設
計データに基づいて形成された正確なパターンを用いた
ときには、実パターンの拡大像との比較を容易に行うこ
とができ、その実パターンの欠陥を表すマークを用いた
ときには、欠陥の種類等をその場で知ることができ、そ
の実パターンの位置合わせに用いるマークを用いたとき
には、実パターンの寸法の測定等を行うことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明によるパターン検査装置の一実
施例につき図面を参照して説明しよう。図１は本例のパ
ターン検査装置の全体の構成を示し、この図１におい
て、１は移動ステージであり、この移動ステージ１上に
マスク又はレチクル等の被検査物２を載置する。この被
検査物２には、設計データに基づいて所定のパターンが
形成されている。３は拡大光学系、４は電荷結合素子
（ＣＣＤ）型のラインセンサ等より構成した撮像装置、
１２はその被検査物２を照明する照明系を示し、その拡
大光学系３を介してその被検査物２に形成されたパター
ンの拡大像をその撮像装置４の撮像面に形成する。この
撮像装置４は、その拡大像の所定領域のパターンを走査
して読み取ることによりその所定領域に対応する画像デ
ータを得て、この画像データを比較判定部５の比較デー
タ入力部に供給する。なお、その被検査物２のパターン
は一般にガラス基板上にクロム蒸着等により描画される
ので、その撮像装置４が出力する画像データは白レベ
ル、黒レベル又はその中間のレベルに対応した信号の時
系列信号となる。

【００１２】８は中央処理装置とメモリとインターフェ
ース等とより構成され装置全体の動作を制御する演算処
理部、９は磁気テープ装置等の外部記憶装置を示し、こ
の外部記憶装置９には被検査物２のパターンの設計デー
タが保存されている。また、１０及び１１は移動ステー
ジ１用の駆動部を示し、その演算処理部８はそれら駆動
部１０及び１１を介してその移動ステージ１に２次元平
面内での平行移動及び回転をさせることにより、その移
動ステージ１上の被検査物２の検査対象領域を任意に設
定する。

【００１３】パターン検査を行うときには、その演算処
理部８はその外部記憶装置９から被検査物２のパターン
の設計データを読み込み、その被検査物２の所定の領域
に対応するパターンの設計データを設計データ記憶部６
に一時的に記憶させる。この設計データ記憶部６から読
み出した設計データをその比較判定部５の基準データ入
力部に供給する。この比較判定部５では、撮像装置４か
ら供給される画像データとその設計データとを比較し
て、検査対象のパターンが欠陥か否かの判定を行い、こ
の判定結果を欠陥記憶部７に書き込む。演算処理部８
は、その欠陥記憶部７に記憶されている判定結果を随時
読み出して、欠陥情報を設計データ記憶部６に書き込
む。更に、演算処理部８は、オペレータからの指示によ
りパターンの線幅の測定等に用いるカーソルの画像デー
タ等をも随時その設計データ記憶部６に書き込む。この
ようにして被検査物２上に形成されたパターンと設計デ
ータとの比較検査が行われる。

【００１４】図１例の光学系の概略の構成につき説明す
るに、１３はビームスプリッター（ＢＳ）を示し、拡大
光学系３中の光束の一部を別のビームスプリッター（図
２参照）で分割して取り出してそのビームスプリッター
１３に照射する。１４は表示装置を示し、この表示装置
１４はＣＲＴディスプレイ又は液晶ディスプレイ等のデ
ィスプレイと投影レンズとより構成する。そのディスプ
レイには設計データ記憶部６より設計データに基づいた
正確なパターンの画像データ、欠陥を表す画像データ又
はパターンの線幅の計測等に使用するためのカーソルの
画像データ等を供給し、そのディスプレイに表示された
画像をその投影レンズを介してそのビームスプリッター
１３の方向に投影する。

【００１５】そのビームスプリッター１３は、拡大光学
系３から射出される光束と表示装置１４から射出される
光束とを合成して同一面で結像させる。１５は接眼レン
ズを含む観察系を示し、オペレータはそのビームスプリ
ッター１３で重畳された実像をその観察系１５で観察す
る。その観察系１５と拡大光学系３とより顕微鏡が構成
される。また、１６はカラーフィルター、１７はシャッ
ターを示し、その拡大光学系３とビームスプリッター１
３との間にそのカラーフィルター１６を必要に応じて挿
入し、その表示装置１４とビームスプリッター１３との
間にそのシャッター１７を必要に応じて挿入する。

【００１６】図２を参照して本例の光学系につき詳細に
説明する。この図２において、１８は対物レンズを示
し、この対物レンズ１８と撮像装置４との間にその対物
レンズ１８の光軸に対して４５゜程度傾けてビームスプ
リッター（ＢＳ）１９を斜設する。更に、このビームス
プリッター１９に平行になるように画像合成用のビーム
スプリッター１３を固定する。本例の被検査物２のパタ
ーン形成面Ｐ１のパターンは照明系１２によって照明さ
れ、そのパターンから出る光束は対物レンズ１８により
ビームスプリッター１９の方向に投影され、このビーム
スプリッター１９を透過した光束により撮像装置４の撮
像面Ｐ２にそのパターンの拡大像が結像される。また、
そのビームスプリッター１９での反射により分割された
光束はビームスプリッター１３に向い、このビームスプ
リッター１３で再度反射された光束により第１の結像面
Ｐ３上でもそのパターン形成面Ｐ１上のパターンの拡大
像が結像される。

【００１７】その第１の結像面Ｐ３の上方に、瞳をリレ
ーするためのフィールドレンズ２０を配置し、このフィ
ールドレンズ２０の上方に像の向きを変えるためのペン
タプリズム２１を配置し、このペンタプリズム２１の光
の射出面の前方にリレーレンズ２２を配置し、そのリレ
ーレンズ２２の光軸の延長上に接眼レンズ２３を固定す
る。２５は表示装置の内部のディスプレイ、２６は同じ
く表示装置の内部の投影レンズを示し、そのディスプレ
イ２５とビームスプリッター１３との間にその投影レン
ズ２６を配置する。また、そのディスプレイ２５の表示
面Ｐ５から射出された光をその投影レンズ２６を介して
そのビームスプリッター１３側に投影し、このビームス
プリッター１３を透過した光束により上記の第１の結像
面Ｐ３上にその表示面Ｐ５の像が結像されるようにす
る。

【００１８】即ち、本例ではその第１の結像面Ｐ３上
に、被検査物２のパターン形成面Ｐ１上のパターンの拡
大像とディスプレイ２５の表示面Ｐ５の像とが重畳して
形成される。これは、その第１の結像面Ｐ３と被検査物
２のパターン形成面Ｐ１とが共役で、且つ、その第１の
結像面Ｐ３とディスプレイ２５の表示面Ｐ５とが共役で
あることを意味する。この場合、その第１の結像面Ｐ３
上に形成される被検査物２上の或る検査対象パターンの
拡大像と、そのディスプレイ２５の表示面Ｐ５上のその
或る検査対象パターンに対応する画像のその第１の結像
面Ｐ３上への像とは同じ程度の大きさである必要があ
る。従って、対物レンズ１８の倍率が変更される毎に、
投影レンズ２６の倍率又は縮小率も変更されることにな
る。ただし、この投影レンズ２６の倍率又は縮小率を変
更する代わりに、ディスプレイ２５上で表示画像を伸縮
してもよい。

【００１９】更に、対物レンズ１８の射出瞳を２７、投
影レンズ２６の射出瞳を２８とした場合、その対物レン
ズ１８の射出瞳２７とその投影レンズ２６の射出瞳２８
とを揃えることが望ましい。射出瞳を「揃える」とは、
具体的には、その第１の結像面Ｐ３から射出瞳２７まで
の光軸上の長さとその第１の結像面Ｐ３から射出瞳２８
までの光軸上の長さとを等しく設定することを意味す
る。このように射出瞳を揃えることにより、被検査物２
のパターンの拡大像とディスプレイ２５の表示面の像と
が、同じアイポイントで全視野けられなく見ることが出
来るので、重畳された２つの像を観察し易くなる。

【００２０】この第１の結像面Ｐ３上で重ね合わせられ
た２つの像から出た光は、フィールドレンズ２０で瞳が
リレーされ、ペンタプリズム２１によって方向が変えら
れ、リレーレンズ２２によって第２の結像面Ｐ４に結像
される。従って、この第２の結像面Ｐ４上にも、被検査
物２のパターン形成面Ｐ１上のパターンの拡大像とディ
スプレイ２５の表示面Ｐ５の像とが重畳して形成され
る。２４はアイポイントを示し、オペレータはこのアイ
ポイント２４でその接眼レンズ２３を介して、その第２
の結像面Ｐ４に重畳して形成された２つの像を観察する
ことができる。この場合、ビームスプリッター１９とビ
ームスプリッター１３との間に所定の波長帯の光のみを
通過させるカラーフィルター１６を挿入すると共に、デ
ィスプレイ２５の表示色を所定の色に設定することによ
り、その被検査物２のパターンの拡大像とそのディスプ
レイ２５の表示面Ｐ５の像とを所望の色で色分けするこ
とができる。ただし、ビームスプリッター１３又はビー
ムスプリッター１９として波長選択性のあるダイクロイ
ックミラーを使用することにより、カラーフィルター１
６を用いるのと同じ効果を得ることができる。

【００２１】また、例えば投影レンズ２６とビームスプ
リッター１３との間にシャッター１７を挿入することに
より、そのディスプレイ２５の表示面Ｐ５の像を接眼レ
ンズ２３の視野から消すことができる。ただし、ディス
プレイ２５の輝度を低下させることにより、シャッター
１７を挿入するのと同じ効果を得ることができる。

【００２２】本例で被検査物２上のパターンの検査を行
う場合の動作につき説明するに、本例で検査対象とする
パターンの欠陥は図３に示すようなものである。この図
３において、２９及び３０は隣り合う略矩形の遮光パタ
ーンを示し、３１はブリッジ、３２はブレイク、３３は
ピンスポット、３４はピンホール、３５は突起、３６は
凹みである。また、３７は本来パターンが存在しない領
域に形成されたハーフトーン（半透明のパターン）、３
８は遮光パターン３０中に形成されたハーフトーンであ
る。これら以外の欠陥としては、本来パターンが形成さ
れるべき領域３９でパターンが欠落しているパターン欠
落、本来の領域４０からずれた位置にパターン４１が形
成されているパターン移動、本来のパターン４２に対し
て大きさが異なるパターン４３が形成されているミスサ
イズ等がある。

【００２３】これらの欠陥の内、パターン欠落、パター
ン移動、ミスサイズ等の欠陥は、パターンの拡大像のみ
を目視で観察したのでは発見することができず、その欠
陥の程度も分からない。そのような欠陥に対しては、本
例では、その被検査物上のパターンの拡大像に設計デー
タに基づいた正確なパターンの像を重ね合わせて観察す
ることにより、それぞれの欠陥の種類及び欠陥の程度を
確認することができる。更に、このような比較的大きな
欠陥は、図１の比較判定部５で容易に定量的に検出する
ことができる。一方、図１の撮像装置４で取り込んだ画
像データの分解能は、観察系１５を介して目視で観察す
る場合に比べて悪いため、ピンスポット３３、ピンホー
ル３４並びにハーフトーン３７及び３８の内で微小なも
のについては、それが欠陥であることは検出できても、
その欠陥の程度は比較判定部５では正確には検出するこ
とが困難である。この場合の「正確に」とは、ＩＣの製
造工程に与える影響を考察するのに充分なという程の意
味である。

【００２４】次に、本例の被検査物２上の検査対象とす
るパターンの拡大像は、図４の視野４４Ａの内部の斜線
を施した拡大像４５であり、設計データに基づいた正確
なパターンの像は、視野４４Ｂの内部の斜線を施した像
４６であるとする。そして、その検査対象とするパター
ンには拡大像４５の突起４５ａに対応する欠陥があると
共に、その検査対象とするパターンには像４６の突起４
６ａに対応する部分が欠落している欠陥もあるものとす
る。この場合、図２の接眼レンズ２３で観察される画像
は、図４の視野４４Ｃに示すように、その拡大像４５に
像４６を重ね合わせた像となる。例えば、その拡大像４
５と像４６とを色分けしておくことにより、オペレータ
はその拡大像４５と像４６とを比較することにより、容
易に検査対象とするパターンの欠陥を発見することがで
きると共に、その欠陥の程度をも認識することができ
る。

【００２５】また、本例では図１に示すように比較判定
部５が設けられているので、その拡大像４５と像４６と
を比較して自動的に欠陥の種類及び欠陥の程度を識別す
ることができ、この識別された欠陥の種類及び程度の情
報は図１の演算処理部８に供給される。この演算処理部
８は、その欠陥の種類及び程度を画像化して、この画像
データをも設計データ記憶部６を介して表示装置１４に
供給する。これにより、図２の接眼レンズ２３の視野に
は、図５に示すようにパターンの欠陥を表すマークも重
畳して表示される。この図５において、突起４５ａの周
囲には欠陥の位置を表す矩形の輪郭よりなる位置マーク
４７Ａが表示され、この位置マーク４７Ａの近傍には、
その欠陥が突起であることを示す記号「ＥＸＴ」よりな
る分類マーク４７Ｂ及びその欠陥の程度が「３」程度あ
ることを示す程度マーク４７Ｃが表示される。

【００２６】一方、突起４６ａの部分はパターンが足り
ない欠陥であるため、その突起４６ａの周囲には位置マ
ーク４８Ａが表示され、この位置マーク４８Ａの近傍に
は欠陥が凹みであることを示す分類マーク４８Ｂ及び欠
陥が「７」程度であることを示す程度マーク４８Ｃが表
示される。このように欠陥の種類及び程度を表すマーク
が重畳して表示されるので、オペレータはパターンの欠
陥を見落とすことがない利点がある。

【００２７】また、図２に戻り、本例ではカラーフィル
ター１６の色及びディスプレイ２５の表示色を所望の色
に設定することができるが、そのカラーフィルター１６
で透過する光の色とそのディスプレイ２５の表示色とを
補色の関係に設定することもできる。具体的に例えば、
そのカラーフィルター１６を黄色とすれば、そのディス
プレイ２５の表示色は青色になる。このように補色の関
係に設定すると、図６に示すように、被検査物のパター
ンの拡大像４５と正確なパターンの像４６とが重ね合わ
せられた領域は白色領域４９となり、オペレータは被検
査物のパターンの欠陥を更に容易に検出することができ
る利点がある。

【００２８】更に、図２のディスプレイ２５の表示面Ｐ
５には、正確なパターンの代わりにカーソル等を表示す
るようにしてもよい。この場合には、接眼レンズ２３の
視野には、図７に示すように、その拡大像４５と重畳し
て例えばカーソルの像５０が表示される。そこで、図１
の移動ステージ１を移動させてその拡大像４５をそのカ
ーソルの像５０に対して相対的に移動させることによ
り、そのカーソルの像５０がその拡大像４５の一方のエ
ッジ４５ｂに達した所で、その移動ステージ１の移動量
を記憶する。次に、更にその移動ステージ１を移動させ
てそのカーソルの像５０がその拡大像４５の他方のエッ
ジ４５ｃに達した所で、再びその移動ステージ１の移動
量を記憶する。このようにして記憶した２つの移動量の
差分を取ることにより、元の検査対象とするパターンの
線幅を正確に測定することができる。

【００２９】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、合成用光学系で重ね合
わせた被検査物上のパターンの拡大像と参照用パターン
の像とを観察用光学系で同時に観察することができるの
で、被検査物上のパターンを充分な分解能を以て観察す
ることと、設計データに基づく正確なパターン等の情報
を重畳して表示することとを両立できる利点がある。

【００３１】更に、参照用パターンとして、設計データ
に基づいて形成された正確なパターン、被検査物上のパ
ターンの欠陥を表すマーク又はこのパターンの位置合わ
せに用いるマークの内の少なくとも１つを用いる場合に
は、その被検査物上のパターンの線幅の測定をも行える
など、用途を種々に拡大できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパターン検査装置の一実施例の全
体の構成を示す一部斜視図を含むブロック図である。

【図２】その実施例の光学系を示す構成図である。

【図３】その実施例で検査対象とするパターンの欠陥の
例を示す拡大平面図である。

【図４】その実施例で観察される画像の一例を示す線図
である。

【図５】欠陥を表すマークの一例を示す線図である。

【図６】補色を用いた場合に観察される画像の一例を示
す線図である。

【図７】パターンの拡大像に対してカーソルの像を重畳
して表示した場合の画像の一例を示す線図である。

【符号の説明】

２ 被検査物 ３ 拡大光学系 ４ 撮像装置 ５ 比較判定部 ８ 演算処理部 １２ 照明系 １３ ビームスプリッター １４ 表示装置 １５ 観察系 １６ カラーフィルター １７ シャッター １８ 対物レンズ １９ ビームスプリッター ２３ 接眼レンズ ２５ ディスプレイ ２６ 投影レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｆ 15/70 ４５５ Ｚ 9071−5Ｌ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 7013−4Ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設計データに基づいて被検査物上に形成
   された実パターンの拡大像を生成する拡大光学系と、 前記設計データに基づいて形成された参照用パターンを
   表示する画像表示手段と、 前記実パターンの拡大像と前記参照用パターンの像とを
   重ね合わせる合成用光学系と、 前記重ね合わせられた２つの像を観察するための観察用
   光学系とを有し、 前記参照用パターンの像を用いて前記実パターンを検査
   するようにした事を特徴とするパターン検査装置。
2. 【請求項２】 前記画像表示手段に表示される参照用パ
   ターンは、前記設計データに基づいて形成された正確な
   パターン、前記実パターンの欠陥を表すマーク又は前記
   実パターンの位置合わせに用いるマークの内の少なくと
   も１つであることを特徴とする請求項１記載のパターン
   検査装置。