JPS6220313A - パタ−ン検出方法及びその装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はパターンの検出方法に係り、特にコ。

ントラストの低いパターン、もしくはパターンコントラ
ストが低い被検物を含む種々のパターンを高精度に検出
するパターン検出方法及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

半導体露光装置や半導体パターン測定及び検査装置では
被検物の微小な段差を精密に検出す、　５　。

る必要がある。近年、半導体の微細化が進むに・つれ、
二次元的な寸法の微細化とともに深さ方・向の段差も益
々小さくなっている。これに伴な・い、パターンエツジ
の検出信号のコントラスト。

は非常に小さく、通常の落射照明では検出が困。

難である。このような低コントラスト像の高コ。

ントラスト化の方法としては通常、透過形で平。

粗度の比較的良好な被検物に対しては位相差顕。

微鏡を、又不透明な被検物に対しては暗視野照。

明などが用いられている。しかしこのような方１゜法は
被検物に対する制約や、結像系及び照明系。

に対する制約を与えるものである。

縮小露光装置の縮小レンズを通し、ウエハバ。

ターンを検出しアライメントを行なう場合（Ｔ。

ＴＬアライメント）にも、ウェハのアライメン７．。

ト用ターゲットパターンのエツジ部分の段差が極めて小
さく、通常の照明、検出法では、高いコントラスト信号
を検出できず、従ってアライメント精度が低下すると云
う問題があった。

なお、この従来技術に関連するものとしては・　４　・ 特開昭４９−２８５６５号、特開昭５９−７２７２８号
等が・挙げられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術に鑑みて、非。

常に微小な段差から成る被検物等で一般に検肝。

される低コントラスト像を、光学的手段により。

高コントラスト化し、高精度のパターン検出を。

行なうことができるパターン検出方法及びその。

装置を提供するにある。

〔発明の概要〕１０ 上記目的を達成するために、本発明において。

は指向性の高い、即ち空間的にほぼコヒーレン。

トな光をパターン検出レンズを通し、被測定物。

に照射して得られる被検物からの光のフラウくホーファ
領域に於ける光分布の所望の限られた一部分に、偏光状
態を変化せしめるもの、もしくは偏光板を配置し、被検
物からの回折光の所望の空間周波領域のみを選択的に取
り出すことにより、被検物の所望の空間周波数領域のみ
を強調した像を形成させることにある。特にこの検出に
ｊ、ミいて、照明光を１．−・−ザ等指向件の高い空、
量的フヒーｌメンスの高い光どし、これに伴ない、発生
樗イ）スペックル、２ノイズを除去゛するプ、−め照明
。

光の被検物への照射位置はほぼ固定で、入射角度を変化
させ揺動落射照明することがよい。こ。

のようにすることにより、各入射角度でのスペ。

ソクルノイズはランダムになり、その和を取ることによ
り上記スペックルノイズの除去も可能、とｔ（る。本発
明の目的を達成する方法と１．て、別途照明用の光学系
を用い被検物への照明を検、、、出光学系を通さずに行
ｆ、　５ことも可能である。

（−の方法では照明用の光学系を別途設ける必要がある
。それは設けない場合、被検出物が微小。

７、［寸法の際に、照射効率が悪くなるためである。

また特に被検物に揺動落射照明する際に、揺動照明に用
いるガルバノミラ−を被検物と像位置関係に配置する必
要があて）。この点から照明系と検し１に系の共用化、
を図れば構成子簡素化され有利となる。

〔発明の実施例〕

ｐＪ、下本発明を図に示す実施例１１こもとづい”Ｃ１
ｊｔｌ明する。

′ｐ１１図は坏発明の一実施例′であり、本発明を。

縮小露光装置に適用したものである。第１図で５は１／
チクルでｔ、す、この上にウェハに焼伺゛ける回路パタ
ーンの５倍又は１０倍のパターン５１がある。パターン
の焼付けは露光照明系（図示せず）より出射ｔ２Ｊこ露
光尤をレザクル士方ｊ゛り照射し、透過光を縮小投影１
／ンズ５によりウエノ＼。

４０上のチップ４１に縮小露光して行ｌ、ｒう。このｂ
１光は多数の種類のレチクルを用いて重ね焼きされるゾ
］−この重ね焼きの際に、既に焼か＋＋たパ。

り・−ンの上の正しい位置に次のパターンを焼伺け２）
必要がある。これを実現するために、本発明では既に焼
かれているウェハパターンの一部であるターゲットパタ
ーン４１を被検物とし、この位置を正確に読みＪ＆る方
法を提供吋る。以下本実施例にお（・）−石検出方法な
説明する３、レーザ光２９をガルバノミラ−２９で反射
させ、偏光ビ・−ムスブリッタ２Ａ、結像レンズ２５、
偏光板２０、−′・　７　・ 波長板２１、リレーレンズ２２を通し２、ミラー２Ｂで
・反射させ、レチクルの回路パターンに隣接ｔ２て・設
けられたミラーバタ・−ン５０で反射さぜ、縮小。

レンズ５を通■２てウェハ４−１１の被検物である夕。

−ゲットパターン４２を照明する。反射光は照射、光の
光路を逆にたどり、偏光ビームスプリッタ。

２４で反射させ、シリンドリカルレンズ２６で検ＬＬ方
向と直角な方向（ターゲットパターンの長手。

方向）を圧縮し、撮像手段であるリニアセンサ６（チャ
ージドカップルテバイス）２７上に結像さ１゜せる。ガ
ルバノミラ−２５のミラー面は結像１／ン。

ズ２５、リレーレンズ２１及び縮小レンズ５により。

ウェハ面上に結像される位置関係にある。従ってガルバ
ノミラ−を用いて光を偏向すると揺動落射照明が実現す
る。レーザ照明光２９は偏光ビームスプリッタに対しＰ
偏光Ｐで入射する。偏光板２０はＰ偏光Ｐを通過させる
ので、Ｐ偏光Ｐ・１ か４波長板２１に入射し、透過した光は円偏光となる。

円偏光でウェハのターゲットマーク４２ヲ照射し、反射
した光は円偏光で再び４波長板２１、　ε３　。

に戻り、４波長板透過後Ｓ偏光Ｓとなる。第２゜図（α
）は第１図のウェハターゲットマーク４２の立。

体図であり、第２図（ｈ）は段差ｄが小さい場合の。

従来の検出波形である。ここで従来の検出波形、とは偏
光板２０がブＺい場合のものであり、段差が、小さいた
め、第２図（Ｃ）の段差の大きいパターン７に比ベエッ
ジ部分のコントラストが極端に小さ。

くなっている。このような波形の場合ノイズに。

埋れたエツジを検出することは困難であり、誤検出が頻
発する。しかるに、ＬＳ　Ｉの実装密度１゜が高くなる
と、このような低段差パターンが多くなるとともに、検
出精度の向上本更に要求され・て来る。本実施例では偏
光板２０を設け、ウェハターゲットマークからの反射光
の高い空間周波数領域のみを取り出１７、エツジ部分の
情報を選択的に取り出し、エツジ信号のコントラストを
向上させている。以下この高コントラスト化を第５図を
用いて更に詳細に説明する。第５図（σ）は第１図の照
明及び検出系２０部分を示したものであり、第１図と同
一番号は同一物を表わしている。レチクルのミラーパタ
ーン近くに形。

成されたウェハターゲットマークの像（図示せ。

ず）はリレーレンズ２２によりＡ点に再結像する。。

リレーレンズの直後又は直前に（直前は図示せ。

ず）−波長板を設けることにより、前述したご。

とく検出光はＳ偏光Ｓとなる。また再結像点Ａ。

から偏光板２０までの距離ｆがＡ点に形成される。

ターゲットマークの像寸法（第２図のパターン。

の幅）Ｗに比べ次式で示されるフラウンホーフ。

ア領域では、偏光板位置でのターゲットマーク、。

の回折パターンはほぼＡ点における再結像光分。

布のフーリエ変換になっている。

ｆλ）Ｗ２ ここでλは光の波長であり、１ｖ−数μｍとするとｆが
数胴以上でフラウンホーファ領域と云える。

偏光板２０の詳細構造は第５図（ｈ）に示すようになっ
ており、ターゲットマーク照明光２９が通過する光軸に
近い部分２００は偏光板になっており、ターゲットマー
クから反射して戻って来たＳ偏光の回折光２９′は第５
図（ｃｌに示すように高周波成分を有しているが、これ
に対しては所望の空間。

周波数領域のみを通過させ、領域２００では光を、遮光
させる。従って２０を通過し１こ光は第５図の。

実施例の場合には、高周波成分のみが検出器２７゜で検
出されることにより、低周波成分、即ち第２図（ｈ）に
示すバイアス成分が除去され第４図（Ｃ）。

に示すようなエツジ情報が強調されたコントラ。

ストの高い検出波形が得られることになる。第。

４図、第５図、及び第６図は夫々偏光板２０の詳３細構
造各図（６）により、従来の波形各図（ａ）（側木。

板がない場合の波形）に比べ、検出容易な波形。

（各図（Ｃ））に変化する状況を示した図である。。

原波形（偏光板のない場合の波形）に応じて、。

最適な形状を有する偏光板を例えば機緘的に挿。

人、取り出しを行ない、入れ替えることにより、パター
ン検出アルゴリズムに適した波形を検出することが可能
となる。第５図、第６図、及び第７図の夫々（α）に示
す種々の検出原波形に対し、一定空間周波数領域（各図
（ｂ）に示す。）のみを選択的に取り出した結果の検出
波形（各図（Ｃ））、１１　。

である。このような波形の整形は完全に光学的。

に処理されるため、電気的な処理に比べ、高速。

瞬時に実現でき、しかも簡単な構成で実現可能である。

第８図は第１図の実施例の偏光板による空間。

周波数フィルタと同一の機能を実現する他の実。

流側な示すものである。第１図と同一番号は同一物を表
わしている。２０″は一波長板であり結晶軸はＰ及びＳ
偏光の偏光方向と４５°の傾きに配置されている。２０
′はやはり一波長板である力１１．、電気光学結晶で構
成されており、第８図（ｈ）に示。

すような構造を有している。即ち縦方向に長０ストライ
ブ状に分割されており、各ストライ〆は２０２のスイッ
チ回路により独立に電気的に駆動可能である。それぞれ
のストライブに十又は−の電圧を印加することにより結
晶軸が逆転するため、２にのし波長板と組み合せること
によす、十の電圧印加部分は２♂と逆の結晶軸状態とな
り２ｏ’、２ｏ′を通過したＰ偏光の照明光はＰ偏見の
直線偏光を保ったままウエノ１のターゲットマ、１２゜ −クを照射し、反射して戻って来た光はＰ偏光。

を維持ｌ、ているため、偏光ビームスプリッタ２４゜を
通過Ｌ、撮像素子２７には到達しない。他方−の電圧を
印加した部分は２０′と同一の結晶軸状態で。

あるため、２０　、２０の組み合せにより４波長板とし
て働くことにより、Ｐ次光で入射した光は円、偏光とな
りウニハタ・−ゲットマークを照射ｔ１、反射し戻って
来た光は２０’、２０を通過後Ｓ偏光と。

なり、偏光ビームスプリッタ２４で反射し、撮像素子に
到達する。即ち本実施例では、光の偏光１．。

状態を変化せしめることにより、回折光の一定空間周波
数領域のみ？選択的に珈り出すことが、第１図の実施例
と同様にできろことになる。なお第８図の実施例におい
て、偏光ビームスプリッタの消光比が十分取れない場合
には偏光ビームスプリッタとシリンドリカルレンズの間
にＳ偏光のみを透過させる偏光板を置けば、−更にＳハ
の高い空間周波数フィルタ］）ングを実現することが可
能である。

第９図は本発明の他の実施例を示す図である。

卯２９図におい−じ第１図ど同〜＝−・雇杉は回−・物
を表６わし、゛（いる。２０目、第１１４の偏光板２（
］を回転円板。

、ｈｓ一種々の形状で配ば１．たもので漆）ろ。ｔ、７
．出厚。

波形１ｔ「応じて最適力゛形状の偏光板を選び光路ｗ−
１挿入する。

第１（１図は本発明の実施例でル）る１、第１０図にお
。

いて第１図と同〜番号は同　物を表わす。本実施例はウ
コ゛ハのパタ・−ン寸法、パターン間隔及。

びパターン形状測定に適用１．たもσ）である。偏光板
２（］目゛第７図（ｈ）に示すように同心円の形状を有
する。照明光２９′は指向性の高い白色光であり、（Ｍ
ｉ　丸板２４′で８偏光になり、ビ・−・ムスブリッタ
２４により反射される。リレー１／ンズ２５の内部には
第１０図（ｈ）Ｋ示すＳ偏光透過の偏光板２吐−波長板
２１が有る。照射８個光は第１０図（ｈ）の偏光板２゜
の中心の円形部を透過し、被検物に照射さり、　６゜被
検物からの反射光は対物レンズ５′及びリレ・−Ｖ　、
：／　スの−・部により偏光板’ＩＪＪの位置でフラウ
ンホーファ回折分布を生ずる。偏光板２「］の偏光子１
　　　　　がある部分２００′で、反射光は遮光され、
他の部分（白ぬき部）の回折光のみが撮像素子２７に到
り２つ丁ハパターン零・結像スるので、ウエハパタ・−
ン。

の形状、１・地等１／ｉ′応１：て所望の偏光板の形状
を選ぶ・′とＫよりエツジ部分の情報゛をＳ、４Ｎ高く
検１［旨４ることが用能とＺｆ、る。特に前記実ＭＴＩ
例にＪ：　ｆｌ−げ半導体のようしこ微細′ｆ′、１−
１１１而°Ｘ：１法と１、戎’ＡＩＩな立体入］法から
成るパタ・−・ンのオφ出には、像を高イ８・躬で１広
大する。二と／１″−小川欠どガ・す、像の拡大は１個
σ）レンズで目、不可能゛（１、数個のレンズによ（）
段階的に拡大゛することが賃コ■η′Ｃ−ル）る。この
腸自パターン検出に用いる照明光な導くビ・−ｌ・スプ
リッタ（１ｊ、（１゛が郁：も拡大さ少している撮像素
子の近くに大型５ろことが望マ１．い。％；ｈはこの部
分での光の広がり角〕）−小さいム−め、ビームスプリ
ッタ挿入による像の劣化が小さいからである。ま１ニア
−ｆニーどえ像の劣化を起さないよう（で、しかも被検
物に近い所ｌにビームスプリッタを挿入できプ１−と１
〜でも、被検物の微小領域に限定して照明するには、検
出系と同程度の構成の照明用光学系カー必霞となり、構
成が複雑になる。本発明は照明と検出の光学系をは、１
５　。

とんと共用し、従っ−〔簡単な構成で上述の高精。

度検出な可能にした。特に低段差パタ・−ンや、。

縮小露光装置のＴ　Ｔ　Ｌ　（ＴｈｒｏｔｇＡ、　ｔｈ
ｅ　Ｌａｎｅ　）ア。

ライメントに用いる常波長光に対し低コントラ。

ストになる段差のパターンに対しても、パター。

ンエッジからの反射光の有する特定空間周波数。

を選択フィルタにより取り出すことにより、従来検出不
可能なパターンでも検出が容易に行な。

えるようになる。

〔発明の効果〕１．。

以上説明したように本発明によれば、半導体露光装置の
アライメントや、半導体ウェハのパターンの寸法２間隔
、形状吟の測定、検査に於。

る微細パターンの低コントラスト像を鮮明にし、高精度
に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパターン検出方法を適用した一実施例
を示す図、第２図は被検物であるウェハターゲットを示
す構造と、そのターゲットを従来法で検出した検出波形
とを示す図、第５．１６　。 図は紀１図しで示す空間周波数領域を選択的に取り出す
部分と、偏光板の一実施例と、検出器で検出されろ検出
波形とを示した図、第４図、第５図、第６図１．及び第
７図は各々、各種偏光板を用いない場合の検出波形と、
各種偏光板と、各種偏光板を用いた場合の検出波形とを
示１〜だ図、第８図は本発明の−・実施例であり、光の
偏光状態を電気的に変化せしめるものを示しＴ二重、第
９図は本発明の一実施例であり、偏光板（パターン）の
形状を機檎的に変化させるものを示す図、第１０図は本
発明なウェハパターンの寸法。 間隔、形状の測定、検査に適用した一実施例を示す図で
ある。 ２、ダ・・・照明及び検出系、２０，２０，２０．２０
・・・偏光板、２１・・・４波長板、２２・・・リレー
レンズ、２５・・・結像レンズ、２４・・・偏光ビーム
スプリッタ、２６・・・シリンドリカルレンズ、、２７
・・・リニアセンサ、５０・・・レチクル上のミラーパ
ターン、４・・・ウェハ、４２・・・ウェハターゲット
パターン％　５・・・縮小レン第　２ （α） （ｂ） （Ｃ’） 第　５　図 （α）（ｂ） □ 第６図 （ａ）（１−１’） 第　７　図 （０−）（ｂ） （Ｃ’） （Ｃ） （Ｃ’１ 第　８　図 （ｂ） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、指向性の高い照明光をパターン検出レンズを通して
   被検物に照射し、照明光のフラウンホーファ領域の光分
   布の所望の限られた部分に、当該部分の光の偏光状態を
   変化せしめるもの、もしくは偏光板を配置し、被検物か
   らの回折光の所望の空間周波数領域のみを選択的に取り
   出し、被検物の所望の空間周波数領域のみを強調した像
   を撮像手段で検出することを特徴とするパターン検出方
   法。 ２、照明光の被検物への照射位置はほぼ固定させ、入射
   角度を変化させるとともに入射角度の変化に同期して、
   被検物からの反射光を画像蓄積形撮像手段を走査し検出
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパタ
   ーン検出方法。 ３、指向性の高い照明光をパターン検出レンズを通して
   被検物に照射する照射手段と、照明光のフラウンホーフ
   ア領域の光分布の所望の限られた部分に、当該部分の光
   の偏光状態を変化せしめるもの、もしくは偏光板を配置
   し、被検物からの回折光の所望の空間周波数領域のみを
   選択的に取り出し、被検物の所望の空間周波数領域のみ
   を強調した像を形成せしめて撮像手段により画像信号に
   変換する検出手段とを具備したことを特徴とするパター
   ン検出装置。 ４、照射手段は照明光の被検物への照射位置はほぼ固定
   し、入射角度を変化せしめるように構成し、検出手段は
   被検物からの反射光を画像蓄積形撮像手段で検出するよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲３項記載
   のパターン検出装置。 ５、偏光状態を変化せしめるもの、もしくは偏光板は、
   フラウンホーフア回折光分布外に退避可能に構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のパターン検
   出装置。 ６、偏光状態を変化せしめるもの、もしくは偏光板は、
   光に作用する位置を電気的あるいは機械的に制御可能に
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   パターン検出装置。 ７、照明光はレーザ光で構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第３項、または第４項、または第５項、また
   は第６項記載のパターン検出装置。 ８、偏光状態を変化せしめるものは波長板で構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項、または第４項、
   または第５項、または第６項記載のパターン検出装置。 　 ９、検出手段の回折光の所望の空間周波数領域のみを選
   択的に取り出すものは、偏光ビームスプリッタで構成す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項、または第４
   項、または第５項、または第６項記載のパターン検出装
   置。 １０、縮小投影露光装置のウエハ上のアライメントパタ
   ーンを検出する装置において、指向性の高い照明光をパ
   ターン検出レンズ、及び縮小投影レンズを介してウエハ
   上のアライメントパターンに照射する照射手段と、照明
   光のフラウンホーフア領域の光分布の所望の限られた部
   分に当該部分の光の偏光状態を変化せしめるもの、もし
   くは偏光板を配置し、ウエハ上のアライメントパターン
   からの光を縮小投影レンズを介して得、この得られた回
   折光の所望の空間周波数領域のみを選択的に取り出し、
   ウエハ上のアライメントパターンの所望の空間周波数領
   域のみを強調した像を形成せしめて撮像手段により画像
   信号に変換する検出手段とを具備したことを特徴とする
   パターン検出装置。