JPS6236638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、LSIウエハなどの微細パターンの外
観を自動的に検出してなるパターン検出方法及び
装置に関する。

LSIウエハ、超LSIウエアでは、ウエア上の各
種パターンを規則正しく配列することが要求され
ている。ウエア上のパターンは該ウエア上の点検
対象個所を１点毎にチエツクし、各１点毎にその
評価を行う方法によつてパターンのチエツクを行
つていた。然るに、この方法は、チエツク回数が
増大すること、各チエツク毎にパターンの良し悪
しの決定処理を行わねばならないこと等のため、
作業効率が悪く、処理時間も長時間を要した。

本発明の目的は、効率的に微細パターンの検出
を可能にしてなるパターン検出方法及び装置を提
供するものである。

本発明の要旨は、以下の通りである。LSIウエ
アやマスクにはチツプと呼ばれる同一パターンが
複数個形成されている。従つて、該同一パターン
を検出する際には、或いは該同一パターンのチエ
ツクを行うことによつてウエハやマスクの品質の
良し悪しを評価する際には、各パターン毎にチエ
ツクするのではなく、相互（比較）チエツクすれ
ば、２回のチエツクが１回のチエツクですむとい
つた効果を生む。本発明はかかる観点より成り、
ウエハやマスクに対して同一パターンに対しては
両者同時にパターン検出を行い、且つ検出された
パターン相互を比較し、両者が一致すればパター
ン形成良好、不一致ならばパターン形成不良とい
つた、比較検査により欠陥判定を行なう。更に、
本発明は、パターン検出の際、異なるチツプの同
一パターンを正確に同時に検出すべく、新規なパ
ターン検出機構及びその機構に指令を与えるため
の新規な自動制御系を提供している。以下本発明
を図面により詳述する。

第１図は本発明の検出系の実施例図である。試
料１はLSIウエアやマスクであり、その表面に微
細パターンを持つ。試料１上の２点２Ａ，２Ｂは
検出対象点である。２つの入射光Ａ，Ｂはハーフ
ミラー３Ａ，７Ｂ、及び対物レンズ３，７を介し
て検出対象点２Ａ，２Ｂに照射され、該対象点２
Ａ，２Ｂからの反射光は対物レンズ３，７で拡大
される。回転多面鏡４は、多角柱構成より成り、
対物レンズ３，７、ハーフミラー３Ａ，７Ｂ、プ
リズム４Ａ、レンズ４Ｂ，４Ｃを介して得られる
検出対象点２Ａ，２Ｂからの検出光を受光し、反
射させ、光フアイバ５，８に導く。回転多面鏡４
は一定速度で矢印方向に回転する。従つて、レン
ズ４Ｂ，４Ｃからの透過光は回転多面鏡４上の同
一鏡面で入射し、反射してゆき、回転多面鏡４の
回転にともなつて実像の走査が行なわれ、検出対
象点２Ａ，２Ｂを移動させたのと同じ効果が得ら
れる。ホトマル６ａ，６ｂ，…，６ｎは検出対象
点２Ａに対応し、ホトマル９ａ，９ｂ，…，９ｎ
は検出対象点２Ｂに対応する。光フアイバ５は検
出対象点２Ａに対応し、光フアイバ８は検出対象
点２Ｂに対応する。ホトマル６ａ，６ｂ，…，６
ｎは光フアイバ５の各素子を介して光と受光し電
気信号に変換する。ホトマル９ａ，９ｂ，…，９
ｎは光フアイバ８の各素子を介して光を受光し電
気信号に変換する。比較器１０ａは検出対象点で
互いに対応した関係にあるホトマル６ａと９ａと
を入力とし、両者の大小比較を行う。以下、比較
器１０ｂはホトマル６ｂと９ｂ，…、比較器１０
ｎはホトマル６ｎと９ｎとの比較を行なう。オア
ゲー１１は全比較器１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎ
の出力を入力とする。

さらに、試料をＸ−Ｙテーブル上に置き、回転
多面鏡４による像走査およびＸ−Ｙテーブルによ
る試料走査を行なうことにより試料全面の検査を
行なう。ここでＸ−Ｙテーブルの走査は、回転多
面鏡４による像走査に対して直角方向には連続的
に、平行方向にはステツプ的に移動させる。ステ
ツプ量は回転多面鏡４の像走査幅と同じにする。

以上の構成で、検出対象点２Ａ，２Ｂは互いに
同期して移動し、パターンの探索及び検出に供し
ている。即ち、試料１の表面の走査を行い、上述
の検出系を通じて各検出対象点毎のパターンの比
較検出を行つている。上記各検出器１０ａ，１０
ｂ，…，１０ｎは同一構成より成る。第２図は比
較器１０ｎの実施例図である。比較器１０ｎは引
算回路１２、絶対値回路１３、アナログコンパレ
ータ１４、許容偏差値εを設定するポテンシヨメ
ータ１４Ａより成る。引算回路１２は抵抗１２
Ａ，１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｅ、及び差動アンプ１
２Ｃとより成る。絶対値回路１３は抵抗１３Ａ，
１３Ｂ，１３Ｃ、ダイオード１３Ｅ，１３Ｆ、差
動アンプ１３Ｄ，１３Ｇより成る。絶対値回路１
３の出力は絶対値偏差｜Vn｜を出力し、アナロ
グコンパレータ１４は許容偏差値εと｜Vn｜と
を比較し、｜Vn｜＞εの時、欠陥信号を発生す
る。

動作は次の通りである。ホトマル６ｎ，９ｎの
出力Ｖ_6o，Ｖ_9oとを入力とする引算回路１２は両
者の差をとり、次段の絶対値回路１３で偏差の絶
対値｜Vn｜を得る。この絶対値｜Vn｜は、上述
の如く、許容偏差値εとアナログコンパレータ１
４で比較を受け、｜Vn｜≦εであれば、２点２
Ａ，２Ｂでのパターンは一致したことがわかり、
｜Vn｜＞εであれば、２点２Ａ，２Ｂまでのパ
ターンは不一致であり、欠陥信号を出力する。ま
た、絶対値回路１３の出力｜Ｖ_o｜は他の処理の
ために利用される。尚、許容偏差値εは、値が小
さくなる程に微小な欠陥まで検出不能となる。

LSIウエハやマスクには多品種あり、品種によ
りチツプの大きさが異つている。従つてチツプの
大きさの異なる試料を検査する場合には、対物レ
ンズ３と対物レンズ７の間隔を調整して同一パタ
ーン部分を検出する必要がある。

チツプの大きさが異なる試料を検査する場合、
対物レンズ間隔を正確に調整するが、対物レンズ
を移動させることにより光学系の光路も移動する
ため、対物レンズから光フアイバに至る光路の光
学部品と光フアイバの受光部を、それに合わせて
調整する必要がある。対物レンズ間隙、光路部
品、光フアイバ受光部の位置調整を正確に行なう
ことによつて、２つのパターン検出位置の相対誤
差（ずれ）が少なくなり欠陥判定の精度が向上
し、微小な欠陥まで検査可能となる。言いかえれ
ば、２つの光フアイバで取込む検出パターンにず
れがないことが欠陥判定の必要条件となる。

試料上のチツプは、場所によりずれている可能
性がある。チツプ毎のパターンは同一であつて
も、チツブが正確にXYに並んでいなければ、正
常パターンを欠陥と誤判定してしまう。そのため
検査が他の値チツプに移る前に光学系を調整する
必要があるが、それにより連続した自動検査は不
可能となる。連続した自動検査を行なうために
は、欠陥判定を行ないながら、常時２つの検出パ
ターン間のいずれを見て、それがなくなるよう
に、検出パターン取込み位置を調整する必要があ
る。

通常チツプ間のずれ量は微小であるため、同一
試料では対物レンズと光路部品を位置調整する必
要はなく、光フアイバ受光部のみを調整すれば、
２つの検出パターン間のずれ量をなくすことがで
きる。従つて、光フアイバ受光部の位置調整をい
かに正確に行なうかが欠陥判定のポイントとな
る。

また、一方の光路（例えば第１図において左
側）は固定にしておき、他方の光路（例えば右
側）を可動にすれば、２つの検出パターン間のず
れ量がなくなるように、検出パターン取込み位置
の調整が可能である。本発明の実施例では、第１
図における左側光路を固定とし、右側光路を可動
としているが、固定側、可動側を逆にしても同じ
である。

異なる品種の試料を検査する場合、検査前に対
物レンズ３とレンズ４Ｂ、光フアイバ５の受光部
を調整しておけば、検査中は光フアイバ５の受光
部を微調整するだけで、精密な欠陥判定ができ
る。

本発明では、光フアイバ５の受光部とＸ−Ｙテ
ーブルに取り付け、且つ位置合せ制御装置を設け
る。位置合せ制御装置は欠陥判定しながらパター
ンチエツク用の比較器の出力を取込み、処理を行
い、位置づれ量を算出し、次いでこの算出量に基
づきＸ−Ｙテーブルを駆動し、位置づれ量をなく
すように制御を行う。

次にＸ−Ｙテーブルの実施例を第３図に示す。
Ｘ−Ｙテーブルは、固定フレーム１７Ａ、可動フ
レーム１８Ａとより成る。光フアイバ受光部１６
はすべり軸受を介してガイドレール１８Ｅ，１８
Ｆに支持されている。ガイドレール１８Ｅ，１８
Ｆは可動フレーム１８Ａ上に平行に配設され、且
つそれぞれの両端は可動フレーム１８Ａに受台１
８Ｄを介して固着している。送りねじ１８Ｂはガ
イドレール１８Ｅ，１８Ｆに平行に配され、且つ
軸受１８Ｃにより保持されて送りねじの移動を防
止している。光フアイバ受光部１６にはナツトが
配されて送りねじ１８Ｂに係合している。

可動フレーム１８Ａはすべり軸受を介してガイ
ドレール１７Ｄ，１７Ｇに支持されている。ガイ
ドレール１７Ｄ，１７Ｇは固定フレーム１７Ａ上
に平行に配設され、且つそれぞれの両端は固定フ
レーム１７Ａに受台１７Ｅを介して固着してい
る。ガイドレール１７Ｄ，１７Ｇはガイドレール
１８Ｅ，１８Ｆに対して直角な角度関係になつて
いる。送りねじ１７Ｂはガイドレール１７Ｄ，１
７Ｇに平行に配され、且つ軸受１７Ｃにより保持
されて送りねじの移動を防止している。可動フレ
ーム１８Ａはナツト１７Ｆを介して送りねじ１７
Ｂに係合している。

光フアイバ受光部１６の中央部にはガイドレー
ル１８Ｅ，１８Ｆに平行に光フアイバ５が挿入さ
れて固定している。光フアイバ５の受光端１５は
回転多面鏡４からの反射光を正確に受光できるよ
うに位置調整されている。光フアイバの他端１５
Ａは導出され外部のホトマルへ接続されている。
光フアイバ受光部１６は、送りねじ１８Ｂの一端
側に設けられてなるパルスモータ１８によつてｘ
方向に移動可能に構成され、送りねじ１７Ｂの一
端側に設けられてなるパルスモータ１７によつて
ｙ方向に移動可能に構成される。

第４図はパルスモータ１７，１８を駆動する駆
動回路を示す。位置指令回路２１は、ｘ方向、ｙ
方向の移動量（位置調整信号）を指令値として出
力し、駆動回路１９，２０に送り込む。駆動回路
１９，２０はそれぞれに入力してくる指令値をパ
ルスモータ１７，１８の駆動量に変換し、パルス
モータ１７，１８を駆動する。パルスモータ１
７，１８は送りねじ１７Ｂ，１８Ｂを駆動し、所
定の位置に光フアイバ受光部１６を持つてゆく。
位置指令回路２１は、外部からマニユアルによつ
て与えられる位置指令を入力として取込む機能
と、移動過程中の位置検出値に基づく誤差量とを
入力として取込む機能（いわわゆるフイードバツ
ク制御機能）と、かかる取込んだ値をもとにして
ｘ、ｙのそれぞれの移動変位量を算出する機能
と、この算出値を出力する機能とより成る。上記
フイードバツク制御機能での位置検出機能での位
置検出値に基づく誤差量とは、位置合せ時に第１
図に充べた比較器の出力をチエツクすることによ
つて得られる値であり、以下詳述する。

第５図は光フアイバ受光端１５の配列と回転多
面鏡による実像の走査方向との関係を示す図であ
る。光フアイバの配列方向をｘ、この配列方向に
直角な方向をｙにとつている。更に、回転多面鏡
による実像の走査方向は矢印方向になされる。従
つて、ｙ方向とは回転多面鏡による実像の走査方
向である。

第６図、第７図は位置合せのために使用される
位置ずれ算出回路を示す。第８図はタイムチヤー
トである。第６図の位置ずれ算出回路はｙ方向の
位置ずれ算出用、第７図の位置ずれ算出回路はｙ
方向の位置ずれ算出用に使用され、いずれも前述
の位置検出値に基づく誤差量を出力する。

第６図の位置ずれ算出回路は、加算回路２３、
サンプルホールド回路２４、AD変換器２５、ア
ンドゲート２６、加算回路２７、ラツチ回路２
８，２９、比較回路３０より成る。可算回路２３
への絶対値入力｜Va｜，｜Vb｜，…，｜Vn｜
は、それぞれ対応するホトマル出力の比較器出力
であり、第２図との対応でみれば｜Va｜はV₆₁と
V₉₁との絶対値出力、｜Vb｜はV₆₂とV₉₂との差の
絶対値出力、…、｜Vn｜はＶ_6oとＶ_9oとの差の絶
対値出力である。加算回路２３は｜Va｜，｜Vb
｜，…，｜Vn｜を加え合せｘ方向の位置ずれ量
を求める。サンプルホールド回路２４は加算回路
２３の出力をサンプルホールドし、サンプル値は
AD変換器２５でAD変換される。AD変換器２５
のAD変換期間及びAD変換時点はアンドゲート２
６の出力によつて決まる。アンドゲート２６への
１つの入力である有効範囲とは、第８図に示すよ
うに、回転多面鏡の１走査区間内での特定の時間
巾によつて与えられ対物レンズの視野範囲によつ
て決まる。この区間中のクロツクパルスによつて
AD変換を行わせている。加算回路２７は、１走
査区間の中での上記有効範囲内のすべてのAD変
換出力を加算し、有効範囲内でのｘ方向位置ずれ
量の平均化をはかる。AD変換器２５のサンプリ
ング周期は光フアイバ受光面直径と回転多面鏡に
よる実像走査速度によつて決まる。今、光フアイ
バ受光面直径をＤ（μｍ）、実像走査速度をｖ
（ｍ／ｓ）とすると、ｆ＝ｖ／Ｄ（MPPS）のク
ロツクパルスが必要となる。

回転多面鏡の一走査前の加算データはラツチ回
路２９にメモリしておき、またパルスモータの駆
動方向も記憶しておく。有効範囲が終つた時点で
得られた加算データ（δxn）とラツチ回路２９
の出力（１走査前の加算データδxn_-1を比較回路
で比較する。その結果、δxn＜δxn_-1ならば位
置ずれが少なくなつているので、第４図の位置指
令回路２１を介してパルスモータ１７を一走査前
に駆動した方向と同じ方向に一定量駆動する。δ
xn＞δxn_-1ならば、位置ずれが更に大きくなつ
たとみなし、第４図の位置指令回路２１を介して
パルスモータ１７を逆の方向に一定量駆動する。
第６図で比較回路３０の出力CW，CCWはそれ
ぞれ比較結果を示し、例えばCWはδxn＞δxn_-1
の時“１”となる出力、CCWはδxn＜δxn_-1の
時“１”となる出力である。この他に、CWは
（δxn−δxn_-1）の極性を示す信号、CCWは偏差
量（δxn−δxn_-1）としてもよい。位置指令回路
２１の内部構成によつていずれかが回路的に選ば
れる。CW，CCWが前述の位置検出値に基づく
誤差量となる。

パルスモータ１７の駆動が終了すると新しく求
めた加算データをラツチ２９に格納する。これに
より１走査毎に実像検出位置の調整を行い、ずれ
が生ずると、修正するようにパルスモータ１７は
駆動される。第８図にはパルスモータ１７の駆動
タイミング及びラツチ回路２９のラツチパルスの
タイミングも同じく図示している。

第７図の位置ずれ算出回路は、サンプルホール
ド回路３１、AD変換器３２、アンドゲート３
３、加算回路３４、ラツチ回路３５，３６、比較
回路３７より成る。動作タイミングは第８図と実
質的に同じである。対応するホトマルの差の絶対
値｜Va｜を選び（いずれでもよい）、これをサン
プルホールド回路３１に形成する。サンプルホー
ルド回路３１は、｜Va｜をサンプルホールド
し、AD変換器３２に送る。

AD変換器３２は、アンドゲート３３の制御の
もとにAD変換を行い、加算回路３４で加算を行
いラツチ回路３５にラツチさせる。ラツチ回路３
５のラツチ出力はラツチ回路３６にラツチされて
なる前回走査時のラツチ出力と比較回路３７で比
較され、前回走査時と今回走査時とのδynとδ
yn_-1との比較を行う。比較結果はCW，CCWと
して出力され、位置指令回路２１に入力され、パ
ルスモータ１８の駆動を行う。比較回路３７の出
力は誤差量となり、極性によりパルスモータ１８
の駆動が行われる。これにより、ｙ方向の位置合
せが行われる。本実施例では光−電変換手段とし
てホトマルを用いたが、フオトダイオード等の光
電子でも実施できる。

本発明によれば、LSIウエハやマスクのパター
ンの自動走査を効率よく行うことができた。更に
位置ずれ量がなくなるように実像検出位置を変え
ているので、従来検出できなかつた微小な欠陥が
検出可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパターン検出系の実施例図、
第２図は本発明の比較回路の実施例図、第３図は
本発明のＸ−Ｙテーブルの実施例図、第４図はパ
ルスモータの駆動回路の実施例図、第５図は光フ
アイバ受光面と走査方向との関係を示す図、第６
図は本発明のｘ方向に関する位置ずれ算出回路の
実施例図、第７図は本発明のｙ方向に関する位置
ずれ算出回路の実施例図、第８図はタイムチヤー
トである。 １……試料、２Ａ，２Ｂ……検出点、４……回
転多面鏡、５，８……光フアイバ、６ａ〜６ｎ，
９ａ〜９ｎ……ホトマル、１０ａ〜１０ｎ……比
較回路、１６……光フアイバ受光部、１７，１８
……パルスモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に同一パターンを持つ区画が繰返し配列
   されてなる試料面上の相異なる位置の少なくとも
   ２つの区画のそれぞれの同一パターン上の対応す
   る相対位置上のパターンに光を照射する照射手段
   と、該２つのパターンからの反射光を結像する第
   １、第２の結像光学系と、該第１、第２の結像光
   学系によつて結像される第１、第２の像を走査す
   る回転多面鏡と、該回転多面鏡によつて走査され
   る方向と直角方向に受光面を配列し、各々上記、
   第１、第２の像を受光して導くようにした第１、
   第２の光フアイバ群と、該第１、第２の光フアイ
   バ群に対応して設けられ、各光フアイバから得ら
   れる検出像を取込み、それぞれ独自に電気信号に
   変換する第１、第２のホトマル群と、該第１、第
   ２のホトマル群の対応関係にあるホトマルから得
   られる電気信号を比較してパターンの欠陥判定を
   行う比較手段とを備えると共に、 上記第１の光フアイバ群の受光面を位置調整可
   能なＸ−Ｙテーブルに取付け、該Ｘ−Ｙテーブル
   をＸ軸及びＹ軸方向に微駆動する駆動系を設け、
   上記比較手段からのパターン位置づれを示す信号
   を取込んで位置づれ補正用の位置調整信号を得、
   上記位置づれをなくすべく、該位置調整信号を上
   記駆動系に印加する回路手段を設けてなるパター
   ン検査装置。