JPH0576780B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0576780B2 JPH0576780B2 JP59021621A JP2162184A JPH0576780B2 JP H0576780 B2 JPH0576780 B2 JP H0576780B2 JP 59021621 A JP59021621 A JP 59021621A JP 2162184 A JP2162184 A JP 2162184A JP H0576780 B2 JPH0576780 B2 JP H0576780B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pattern
- signal
- zero point
- ccd
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P74/00—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices
Landscapes
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は微細パターンの検出方法に関し、特に
半導体ウエーハ上に形成した微細パターン幅を高
精度に検出することができる微細パターン検出方
法に関するものである。
半導体ウエーハ上に形成した微細パターン幅を高
精度に検出することができる微細パターン検出方
法に関するものである。
半導体製造技術ではホトマスク或いは半導体ウ
エーハ上に形成されたパターン、特にパターン幅
寸法を測定して製造工程や品質を管理する必要が
ある。そのため、この測定は顕微鏡を用いた人間
の眼に頼ることが考えられるが、個人誤差や再現
性に問題があり、また作業者の疲労を招くという
問題もある。このため、通常の光やレーザ光を利
用した測定装置が開発され前述した問題の解消を
図つている。例えば一の装置として、パターン上
に対して光を走査しながら照射させるのと同時に
その反射光強度を測定し、これによりパターンエ
ツジ部における特異な反射状態からパターンエツ
ジ位置を検出しかつパターン幅を算出する方式が
考えられる。また、他の装置として、パターンを
照明してパターン像をCCD等の光素子上に結像
させ、CCDの出力の変化からパターンエツジを
検出しかつパターン幅を算出する方法が考えられ
る。
エーハ上に形成されたパターン、特にパターン幅
寸法を測定して製造工程や品質を管理する必要が
ある。そのため、この測定は顕微鏡を用いた人間
の眼に頼ることが考えられるが、個人誤差や再現
性に問題があり、また作業者の疲労を招くという
問題もある。このため、通常の光やレーザ光を利
用した測定装置が開発され前述した問題の解消を
図つている。例えば一の装置として、パターン上
に対して光を走査しながら照射させるのと同時に
その反射光強度を測定し、これによりパターンエ
ツジ部における特異な反射状態からパターンエツ
ジ位置を検出しかつパターン幅を算出する方式が
考えられる。また、他の装置として、パターンを
照明してパターン像をCCD等の光素子上に結像
させ、CCDの出力の変化からパターンエツジを
検出しかつパターン幅を算出する方法が考えられ
る。
ところで、前述した各方式においては光学的手
段に相違はあるものの、パターンエツジの検出に
際しては検出した電気信号を所定の方式に従つて
信号処理する点では同じである。例えば、第１図
に示す信号が得られた場合に、この信号波形から
パターンエツジ１，１を検出（算出）することに
なる。
段に相違はあるものの、パターンエツジの検出に
際しては検出した電気信号を所定の方式に従つて
信号処理する点では同じである。例えば、第１図
に示す信号が得られた場合に、この信号波形から
パターンエツジ１，１を検出（算出）することに
なる。
この信号処理に際しては、従来種々の方式が使
用されており、一つには第２図Ａのように信号を
ソフトウエア処理して波形を直線化し、これと適
宜設定したしきい値との交点P1〜P4の平均から
パターンエツジを求める方式がある。また、同図
Ｂのように信号を微分した上で大、小のしきい値
との交点P5〜P8を求め、この交点の平均から求
める方式もある。
用されており、一つには第２図Ａのように信号を
ソフトウエア処理して波形を直線化し、これと適
宜設定したしきい値との交点P1〜P4の平均から
パターンエツジを求める方式がある。また、同図
Ｂのように信号を微分した上で大、小のしきい値
との交点P5〜P8を求め、この交点の平均から求
める方式もある。
しかしながら、これらのいずれの方式も信号と
しきい値との交点を利用しているものであるため
に、しきい値の設定が適切でないと検出精度が低
下し或いは検出が不能になるおそれがある。ま
た、しきい値が変動すると検出値も変動され、検
出の再現精度も悪くなる。このため、しきい値の
設定、変動防止等の対策も必要となり、測定装置
を複雑化するという問題もある。
しきい値との交点を利用しているものであるため
に、しきい値の設定が適切でないと検出精度が低
下し或いは検出が不能になるおそれがある。ま
た、しきい値が変動すると検出値も変動され、検
出の再現精度も悪くなる。このため、しきい値の
設定、変動防止等の対策も必要となり、測定装置
を複雑化するという問題もある。
本発明の目的はパターンエツジの検出を正確に
かつ高精度に行ない、これによりパターン幅寸
法、パターンスペース寸法等を微細に算出するこ
とができ、かつ装置の複雑化を生じることのない
微細パターンの検出技術を提供することにある。
かつ高精度に行ない、これによりパターン幅寸
法、パターンスペース寸法等を微細に算出するこ
とができ、かつ装置の複雑化を生じることのない
微細パターンの検出技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面からあき
らかになるであろう。
特徴は、本明細書の記述および添付図面からあき
らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なも
のの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
のの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
すなわち、パターンの光学プロフイルから求め
られたレベル信号からその二階微分信号を算出
し、かつこの二階微分信号の零点位置を求めるこ
とによりパターンエツジを検出するものであり、
これによりしきい値の設定を不要にしてしきい値
に係わる前述の不具合を全て解消するものであ
る。
られたレベル信号からその二階微分信号を算出
し、かつこの二階微分信号の零点位置を求めるこ
とによりパターンエツジを検出するものであり、
これによりしきい値の設定を不要にしてしきい値
に係わる前述の不具合を全て解消するものであ
る。
第３図は本発明方法を実施するためのパターン
検出装置を示しており、先ずこの装置について説
明し、次にその作用と共に本発明方法を説明す
る。同図において、被検出パターンを有する半導
体ウエーハ１０は、上下配置されたXYテーブル
１２、Ｚテーブル１３、θテーブル１４からなる
可動テーブル１１上に搭載され図外の各テーブル
駆動部によつてＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向に移動され
る。前記可動テーブル１１の一側にはミラー１５
を付設したレーザ測長器１６を配設し、各テーブ
ル位置を測定する。
検出装置を示しており、先ずこの装置について説
明し、次にその作用と共に本発明方法を説明す
る。同図において、被検出パターンを有する半導
体ウエーハ１０は、上下配置されたXYテーブル
１２、Ｚテーブル１３、θテーブル１４からなる
可動テーブル１１上に搭載され図外の各テーブル
駆動部によつてＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向に移動され
る。前記可動テーブル１１の一側にはミラー１５
を付設したレーザ測長器１６を配設し、各テーブ
ル位置を測定する。
前記ウエーハ１０の直上位置には、ウエーハ１
０上のパターンの光学プロフアイルに基づいてレ
ベル電気信号を得るパターン検出部１７が設けら
れる。このパターン検出部１７はウエーハ１０に
対向する位置に高NA（開口数）の対物レンズ１
８を配置する一方その光軸上には下から上に向か
つてハーフミラー１９、リレーレンズ２０、ハー
フミラー２１，２２を直列配置する。前記ハーフ
ミラー１９には更にハーフミラー２３を並設し、
このハーフミラー２３に対して側方に焦点用照明
系２４を、上方にパターン照明系２５を配置す
る。焦点用照明系２４はランプ２６、赤外線透過
フイルタ２７、スリツト２８からなり、またパタ
ーン照明系２５はランプ２９と赤外線カツトフイ
ルタ３０を有する。また、前記ハーフミラー２１
にはモニタ用TVカメラ３１を対向配置する。
０上のパターンの光学プロフアイルに基づいてレ
ベル電気信号を得るパターン検出部１７が設けら
れる。このパターン検出部１７はウエーハ１０に
対向する位置に高NA（開口数）の対物レンズ１
８を配置する一方その光軸上には下から上に向か
つてハーフミラー１９、リレーレンズ２０、ハー
フミラー２１，２２を直列配置する。前記ハーフ
ミラー１９には更にハーフミラー２３を並設し、
このハーフミラー２３に対して側方に焦点用照明
系２４を、上方にパターン照明系２５を配置す
る。焦点用照明系２４はランプ２６、赤外線透過
フイルタ２７、スリツト２８からなり、またパタ
ーン照明系２５はランプ２９と赤外線カツトフイ
ルタ３０を有する。また、前記ハーフミラー２１
にはモニタ用TVカメラ３１を対向配置する。
更に前記ハーフミラー２２にはハーフミラー３
２と３個のCCD３３，３４，３５を有する焦
点・寸法検出系３６を配設している。これら３個
のCCD３３，３４，３５は前記対物レンズ１８
とリレーレンズ２０によつてウエーハ１０上のパ
ターンがその表面に結像され、CCD３３と３４
はそれぞれＸ方向、Ｙ方向のパターンエツジを検
出し、CCD３５はパターンの焦点を検出する。
そして、これらCCD３３，３４，３５は制御系
３７に接続される。制御系３７は一階微分を行な
う第１演算回路３８と、この第１演算回路３８の
出力を再度微分する、つまり二階微分を行なう第
２演算回路３９と、この第２演算回路３９の出力
である二階微分値の零点を求める第３演算回路４
０を備える。また、制御系３７内には他の演算を
行なう主演算回路４１やテーブル駆動制御回路４
２をも有している。そして、この制御系３７には
前記レーザ測長器１６や図外のテーブル駆動部を
接続している。
２と３個のCCD３３，３４，３５を有する焦
点・寸法検出系３６を配設している。これら３個
のCCD３３，３４，３５は前記対物レンズ１８
とリレーレンズ２０によつてウエーハ１０上のパ
ターンがその表面に結像され、CCD３３と３４
はそれぞれＸ方向、Ｙ方向のパターンエツジを検
出し、CCD３５はパターンの焦点を検出する。
そして、これらCCD３３，３４，３５は制御系
３７に接続される。制御系３７は一階微分を行な
う第１演算回路３８と、この第１演算回路３８の
出力を再度微分する、つまり二階微分を行なう第
２演算回路３９と、この第２演算回路３９の出力
である二階微分値の零点を求める第３演算回路４
０を備える。また、制御系３７内には他の演算を
行なう主演算回路４１やテーブル駆動制御回路４
２をも有している。そして、この制御系３７には
前記レーザ測長器１６や図外のテーブル駆動部を
接続している。
以上の構成によれば、パターンの検出に先立つ
て焦点用照明系２４がウエーハ１０表面を照射
し、パターンをCCD３５上に結像した上でCCD
３５出力の鮮鋭度等を利用してＺテーブル位置を
制御系３７により制御し、焦点位置を設定する。
次いで、パターン照明系２５でパターンを照射し
パターンをCCD３３，３４上に結像する。これ
によりCCD３３，３４にはパターン形状に対応
した光学プロフアイルが検出でき、これに伴なつ
て電圧レベルの電気信号が検出される。今、Ｘ方
向のCCD３３についてみれば、第４図Ａ，Ｂの
平面、断面形状のパターン１Ａを検出した場合に
は、パターン１Ａのエツジ部１ａ，１ａでは直上
方向への反射光が低減されることから、同図Ｃの
ような特性の電圧レベルの電気信号を得ることが
できる。
て焦点用照明系２４がウエーハ１０表面を照射
し、パターンをCCD３５上に結像した上でCCD
３５出力の鮮鋭度等を利用してＺテーブル位置を
制御系３７により制御し、焦点位置を設定する。
次いで、パターン照明系２５でパターンを照射し
パターンをCCD３３，３４上に結像する。これ
によりCCD３３，３４にはパターン形状に対応
した光学プロフアイルが検出でき、これに伴なつ
て電圧レベルの電気信号が検出される。今、Ｘ方
向のCCD３３についてみれば、第４図Ａ，Ｂの
平面、断面形状のパターン１Ａを検出した場合に
は、パターン１Ａのエツジ部１ａ，１ａでは直上
方向への反射光が低減されることから、同図Ｃの
ような特性の電圧レベルの電気信号を得ることが
できる。
したがつて、この検出したレベル電気信号S1を
第１演算回路３８において微分すれば同図Ｄのよ
うにdV／dl信号2を求めることができ、更にこれ
を第２演算回路３９において微分すれば同図Ｅの
ように二階微分d2V／dl2信号S3を求めることが
できる。そして、この二階微分信号S3のd2V＝０
点を第３演算回路４０により求めれば、零点位置
Pa，Pb，Pc，Pdを算出することができる。これ
らの零点位置Pa，Pb，Pc，Pdは同図Ｄに示した
特性の極大、極小位置Pa′，Pb′，Pc′，Pd′であ
り、これは更に言えば同図Ｃの特性の変曲点位置
Pa″，Pb″，Pc″，Pd″であり、即ちパターンエツ
ジ部１ａ，１ａの各両端位置であることになる。
したがつて、本例の場合には、零点位置PaとPd
の距離をCCD３３上の対応する絵素の位置等を
利用して計測することによりパターン１Ａの幅寸
法を求めることができる。パターンスペースにつ
いても同様であり、またＹ軸方向のパターンにつ
いても同じである。
第１演算回路３８において微分すれば同図Ｄのよ
うにdV／dl信号2を求めることができ、更にこれ
を第２演算回路３９において微分すれば同図Ｅの
ように二階微分d2V／dl2信号S3を求めることが
できる。そして、この二階微分信号S3のd2V＝０
点を第３演算回路４０により求めれば、零点位置
Pa，Pb，Pc，Pdを算出することができる。これ
らの零点位置Pa，Pb，Pc，Pdは同図Ｄに示した
特性の極大、極小位置Pa′，Pb′，Pc′，Pd′であ
り、これは更に言えば同図Ｃの特性の変曲点位置
Pa″，Pb″，Pc″，Pd″であり、即ちパターンエツ
ジ部１ａ，１ａの各両端位置であることになる。
したがつて、本例の場合には、零点位置PaとPd
の距離をCCD３３上の対応する絵素の位置等を
利用して計測することによりパターン１Ａの幅寸
法を求めることができる。パターンスペースにつ
いても同様であり、またＹ軸方向のパターンにつ
いても同じである。
したがつて、検出した信号をしきい値と比較す
る必要は全くなく、またしきい値の変動に伴なう
検出誤差が生じることもなく、更に検出信号のエ
ツジ部信号のピーク性が悪い場合にも高精度の検
出を行なうことができる。
る必要は全くなく、またしきい値の変動に伴なう
検出誤差が生じることもなく、更に検出信号のエ
ツジ部信号のピーク性が悪い場合にも高精度の検
出を行なうことができる。
(1) 被検査パターンの光学プロフアイルから求め
られるレベル電気信号を二階微分し、かつこの
二階微分の零点を算出することによりパターン
のエツジを検出しかつパターン幅やパターンス
ペース幅を算出できるので、しきい値との比較
を不要にでき、しきい値が原因とされる種々の
不具合を防止して正確な検出を行なうことがで
きる。
られるレベル電気信号を二階微分し、かつこの
二階微分の零点を算出することによりパターン
のエツジを検出しかつパターン幅やパターンス
ペース幅を算出できるので、しきい値との比較
を不要にでき、しきい値が原因とされる種々の
不具合を防止して正確な検出を行なうことがで
きる。
(2) レベル電気信号を二階微分して信号を求めて
いるので、レベル電気信号のピークが緩やかな
場合にも急峻なピーク特性にでき、零点位置に
よるパターンエツジ部の検出を高精度に行なう
ことができる。
いるので、レベル電気信号のピークが緩やかな
場合にも急峻なピーク特性にでき、零点位置に
よるパターンエツジ部の検出を高精度に行なう
ことができる。
以上本発明者によつてなされた発明を実施例に
もとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。たとえば、検出用の光素子はCCD以外の
フオトマル、撮像管であつてもよく、またレーザ
光を利用する構成であつてもよい。また、二階微
分を一度に算出する演算回路を使用すれば第１演
算回路を省略することができる。
もとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。たとえば、検出用の光素子はCCD以外の
フオトマル、撮像管であつてもよく、またレーザ
光を利用する構成であつてもよい。また、二階微
分を一度に算出する演算回路を使用すれば第１演
算回路を省略することができる。
以上の説明では主として本発明者によつてなさ
れた発明をその背景となつた利用分野である半導
体ウエーハのパターンの検出に適用した場合につ
いて説明したが、それに限定されるものではな
く、マスクアライナにおけるアライメントマーク
の検出やその他のパターン検出を必要とするもの
全てに適用できる。
れた発明をその背景となつた利用分野である半導
体ウエーハのパターンの検出に適用した場合につ
いて説明したが、それに限定されるものではな
く、マスクアライナにおけるアライメントマーク
の検出やその他のパターン検出を必要とするもの
全てに適用できる。
第１図はレベル電気信号の一例を示す図、第２
図Ａ，Ｂは夫々異なる検出方法の説明図、第３図
は本発明方法を実施する装置の全体斜視図、第４
図は本発明方法を説明する図である。 １Ａ……パターン、１ａ，１ａ……エツジ部、
１０……ウエーハ、１１……可動テーブル、１６
……レーザ測長器、１７……パターン検出部、１
８……対物レンズ、２４……焦点用照明系、２５
……パターン照明系、３３〜３５……CCD（化学
素子）、３６……焦点・寸法検出系、３７……制
御系、３８……第１演算回路（一階微分）、３９
……第２演算回路（二階微分）、４０……第３演
算回路（零点）、Pa〜Pd……零点位置。
図Ａ，Ｂは夫々異なる検出方法の説明図、第３図
は本発明方法を実施する装置の全体斜視図、第４
図は本発明方法を説明する図である。 １Ａ……パターン、１ａ，１ａ……エツジ部、
１０……ウエーハ、１１……可動テーブル、１６
……レーザ測長器、１７……パターン検出部、１
８……対物レンズ、２４……焦点用照明系、２５
……パターン照明系、３３〜３５……CCD（化学
素子）、３６……焦点・寸法検出系、３７……制
御系、３８……第１演算回路（一階微分）、３９
……第２演算回路（二階微分）、４０……第３演
算回路（零点）、Pa〜Pd……零点位置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被検出パターンの光学プロフアイルから得ら
れたレベル電気信号からその二回微分信号を求
め、この二回微分信号の零点位置を算出してパタ
ーンエツジ部を検出し、かつこの零点位置を基準
にパターン幅やパターンスペースの寸法を求める
ことを特徴とする微細パターン検出方法。 ２ 被測定パターンをCCD等の光学素子上に結
像し、このCCDの出力によりレベル電気信号を
得る特許請求の範囲第１項記載の微細パターン検
出方法。 ３ 二回微分信号の複数個の零点位置の選択され
た零点位置間の寸法によりパターン幅やパターン
スペースの寸法を求めてなる特許請求の範囲第１
項又は第２項記載の微細パターン検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59021621A JPS60167341A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 微細パタ−ン検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59021621A JPS60167341A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 微細パタ−ン検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60167341A JPS60167341A (ja) | 1985-08-30 |
| JPH0576780B2 true JPH0576780B2 (ja) | 1993-10-25 |
Family
ID=12060126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59021621A Granted JPS60167341A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 微細パタ−ン検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60167341A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5760206A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-12 | Fujitsu Ltd | Measuring method for length |
| JPS5769234U (ja) * | 1980-10-15 | 1982-04-26 |
-
1984
- 1984-02-10 JP JP59021621A patent/JPS60167341A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60167341A (ja) | 1985-08-30 |
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