JP2001083101A

JP2001083101A - 光学的パターン検査装置

Info

Publication number: JP2001083101A
Application number: JP26304999A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Nakamura; 豊一中村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光学系の軽量化を図って高精度の位置合わせ
を容易に行い得るようにし、検査装置全体の小型化、軽
量化を実現した検査装置を提供する。【解決手段】半導体ウェハＷに形成された２つのダイ
（パターン）Ｄ１，Ｄ２のうち、第１のダイＤ１に対し
て第１の光源２４からの波長光を照射しかつその反射光
を集光する第１の対物レンズ２１と、第２のダイＤ２に
対して第１の波長光とは異なる第２の光源２５からの波
長光を照射しかつその反射光を集光する第２の対物レン
ズ２２と、第１及び第２の対物レンズからの光を結像す
るための結像レンズ２３と、第１及び第２の波長光を分
離する波長選択ユニット３１と、分離された第１及び第
２の各波長光をそれぞれ受光する第１及び第２の光検出
器３２，３３とを備える。第１の対物レンズ２１または
第２の対物レンズ２２のいずれか一方を他方に対して相
対移動可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパターンを持つ製品
の欠陥を検査する装置に関し、例えば、半導体ウェハに
形成された微細なパターンを光学的に検査するための検
査装置に適用して好適な光学的パターン検査装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハに形成される多数個のダイ
のそれぞれのパターンを検査する手法として、個々のダ
イのパターンを光学的に検出し、その検出したパターン
を予め記憶している設計パターンと比較することにより
結果を検査する手法がある。また、他の手法として、同
一に形成されるべき各ダイのパターンをそれぞれ光学的
に検出し、これらのパターンを比較して両者の一致を見
ることで、パターンの欠陥を検査する手法がある。前者
の手法では、設計パターンを記憶する記憶装置が必要で
あり、設備が大型かつ高価格になる。この点、後者の手
法では構成が簡易でかつ低価格になるという利点があ
る。このような、後者手法を用いた検査装置として、従
来から種々の技術が提案されており、例えば、特開昭６
３−１３６５４１号公報、特開昭５９−１７３７３６号
公報などに記載の技術が提案されている。

【０００３】図３はこのような従来の検査装置の概念構
成を示す図であり、表面に多数個のダイ（パターン）、
図示では２つのダイＤ１，Ｄ２が形成された被検査対象
である半導体ウェハＷをＸＹステージ１１０上に載置す
るとともに、前記ＸＹステージ１０１の上側には２つの
独立した検査光学系１２１，１２２を備える２視野光学
的検査装置１２０が配置される。この２視野光学的検査
装置１２０では、前記２つの検査光学系１２１，１２２
のそれぞれにおいて前記半導体ウェハＷに形成された２
つの異なるダイＤ１，Ｄ２のパターンをＣＣＤ等の光検
出器に対して光学的に結像し、かつこれら光検出器で得
られた検出信号を相互に対照することで、両ダイのパタ
ーンの一致を検査し、その結果によりパターンの欠陥を
検査する。ここで、前記２つの検査光学系１２１，１２
２においてそれぞれのダイＤ１，Ｄ２の同一形状のパタ
ーンを検出するために、両検査光学系１２１，１２２の
位置合わせを行う必要があり、したがって２視野光学的
検査装置１２０には、図示は省略するが、少なくとも一
方の検査光学系、ここでは第２の検査光学系１２２を同
図に矢印で示すようにＸ方向あるいはＹ方向に移動して
両検査光学系１２１，１２２を相互に位置合わせするた
めの位置調整機構が設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の２
視野光学的検査装置では、２つの検査光学系１２１，１
２２の少なくとも一方を位置合わせするための位置調整
機構が必要であるが、これらの検査光学系はそれぞれ結
像光学要素として対物レンズ１２３，１２４と結合レン
ズ１２５，１２６を有しており、また結像したパターン
を電気信号に変換するための光検出器１２７，１２８を
有しており、各検査光学系１２１，１２２の全長は概略
数十センチと長く、また荷重は数キログラム以上となっ
ている。そのため、このような大型でかつ高重量の検査
光学系を移動して、両検査光学系の相互間隔をサブミク
ロン単位で制御することは極めて困難であり、これの達
成には強固な位置調整機構が必要になるため、装置全体
の大型化、高重量化を招くという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、光学系の軽量化を図って
高精度の位置合わせを容易に行い得るようにし、これに
より位置調整のための機構を簡略化し、かつ検査装置全
体の小型化、軽量化を実現した光学的パターン検査装置
を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検査対象と
なる少なくとも２つのパターンをそれぞれ光学的に検出
し、検出した各パターンを対比してパターンの検査を行
う光学的パターン検査装置であって、第１のパターンに
対して第１の波長光を照射しかつその反射光を集光する
第１の光学系と、第２のパターンに対して前記第１の波
長光とは異なる第２の波長光を照射しかつその反射光を
集光する第１の光学系と、前記第１及び第２の光学系で
集光した各波長光を結像するための結像系と、前記第１
及び第２の波長光を分離する波長選択手段と、前記波長
選択手段で分離された前記第１及び第２の各波長光をそ
れぞれ受光する第１及び第２の光検出器とを備え、前記
第１の光学系または第２の光学系のいずれか一方を他方
に対して相対移動可能に構成している。

【０００７】本発明光学的パターン検査装置は、例え
ば、被検査対象としての半導体ウェに形成された２つの
ダイの一方には第１の光学系により第１の波長光を照射
し、他方には第２の光学系により異なる波長の第２の波
長光を照射し、両波長光を合一的に結像した上で、結像
される光を波長選択性のある光学系を通して２つに分離
し、それぞれを別々の光検出器に結像して検出する。こ
れにより、両波長光に共通の結像系及び光検出器を固定
した状態とし、第１及び第２の光学系のうちいずれか一
方のみを可動して他方に対する位置調整が可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明のパターン検査装置の
概略構成を示す外観斜視図である。図１に示すように、
表面に多数のダイＤのパターンが形成されている半導体
ウェハＷはＸＹステージ１０上に載置され、図外のステ
ージ駆動機構によってその平面位置が調節可能とされて
いる。前記ＸＹステージ１０の上側には、パターン検査
装置１１が配設されており、前記半導体ウェハＷの表面
のダイＤのパターンを光学系により結像し、かつ結像し
たパターンを光検出器によって電気信号として検出し、
検出したパターン信号をコンピュータ１４によって比較
して検査を行うように構成されている。また、前記パタ
ーン検査装置１１は、前記半導体ウェハＷの異なる２つ
のダイＤ１，Ｄ２のパターンを検出するために、第１及
び第２の２つの対物レンズ２１，２２を備えており、そ
のうち一方の第２の対物レンズ２２は可動ユニット１３
として図外の位置調整機構によってパターン検査装置１
１の本体部１２に対して水平方向に移動可能に構成され
ており、第１の対物レンズ２１に対する相対位置が調整
可能とされている。なお、前記ＸＹステージ１０は前記
コンピュータ１４によって移動が制御される構成となっ
ている。

【０００９】図２は図１のパターン検査装置１１の内部
構成を正面方向から示す正面構成図である。前記パター
ン検査装置１１は、前記したように第１及び第２の２つ
の対物レンズ２１，２２を有するとともに、両対物レン
ズ２１，２２に共通される結像レンズ２３と、各対物レ
ンズ２１，２２で結像したダイＤ１，Ｄ２のパターン結
像光を分離するための波長選択ユニット３１と、分離さ
れた各波長光が結像されて電気信号に変換する２つの光
検出器３２，３３を備えている。すなわち、前記第１の
対物レンズ２１はパターン検査装置１１の本体部１２内
に固定的に内装されており、レーザダイオード等の第１
の光源２４から出射される単一波長の第１のレーザ光を
第１のハーフミラー２６で反射して前記第１の対物レン
ズ２１を通し、半導体ウェハＷの第１のダイＤ１に照射
する構成とされる。また、前記ダイＤ１の反射光は前記
第１の対物レンズ２１で集光され、前記第１のハーフミ
ラー２５を逆方向に透過されるが、この第１のハーフミ
ラー２６の上側には前記反射光を透過させるための第２
のハーフミラー２７が設けられる。

【００１０】一方、前記第２の対物レンズ２２は前記可
動ステージ１３に内装されており、前記第１の光源２４
から出射される第１のレーザ光とは異なる単一波長のレ
ーザ光を出射するレーザダイオード等の第２の光源２５
が設けられ、この第２の光源２５からのレーザ光を第３
のハーフミラー２８で反射して前記第２の対物レンズ２
２を通し、半導体ウェハＷの第２のダイＤ２に集光す
る。前記ダイＤ２の反射光は第１の対物レンズ２２を透
過され、前記第３のハーフミラー２８を逆方向に透過さ
れるが、この第２のハーフミラー２８を透過されたレー
ザ光を前記第２のハーフミラー２７に向けて反射するた
めのミラー２９が設けられる。このミラー２９で反射さ
れたレーザ光は前記第２のハーフミラー２７において一
部は反射されて前記結像レンズ２３に入射される。ま
た、他の一部は透過してダンパー３０に入射される。ダ
ンパー３０は黒色塗料が塗布されており、照射された光
をほとんど吸収する。なお、ここで、前記第１及び第２
の対物レンズ２１，２２と、前記結像レンズ２３との組
み合わせの光学系は無限遠光学系を採用している。

【００１１】さらに、前記結像レンズ２３の上側には前
記波長選択ユニット３１が配置されている。この波長選
択ユニット３１内には第４のハーフミラー３４が設けら
れ、前記結像レンズ２３で結像されるレーザ光の一部を
透過し、他の一部を反射する。また、前記第４のハーフ
ミラー３４の透過側位置と反射側位置にはそれぞれ異な
る透過波長域を有する第１及び第２のバンドパスフィル
タ３５，３６が配置されている。ここでは、前記第１の
バンドパスフィルタ３５は前記第１のレーザ光の波長を
選択的に透過する特性とされ、前記第２のバンドパスフ
ィルタ３６は前記第２のレーザ光の波長を選択的に透過
する特性とされている。さらに、前記第１及び第２のバ
ンドパスフィルタ３５，３６の背後には、それぞれ前記
した第１の光検出器３２と第２の光検出器３３が配置さ
れ、前記結像レンズ２３によって結像され、かつ前記第
１及び第２のバンドパスフィルタ３５，３６を透過され
たレーザ光をそれぞれ検出し、電気信号として前記コン
ピュータ１４に出力するように構成されている。

【００１２】以上の構成のパターン検査装置による検査
方法を説明する。第１の光源２４を発光すると、第１の
レーザ光は第１のハーフミラー２６で反射され、第１の
対物レンズ２１を透過されて半導体ウェハＷの第１のダ
イＤ１に集光される。第１のダイＤ１からの反射光は第
１の対物レンズ２１を逆方向に透過され、第２のハーフ
ミラー２６を透過されて平行光束として結像レンズ２３
に入射される。また、第２の光源２５を発光すると、第
２のレーザ光は第３のハーフミラー２８で反射され、第
２の対物レンズ２２を透過されて半導体ウェハＷの第２
のダイＤ２に集光される。第２のダイＤ２からの反射光
は第２の対物レンズ２２を逆方向に透過され、平行光束
として第３のハーフミラー２８を透過され、ミラー２９
で反射され、第２のハーフミラー２７に投射される。さ
らに、第２のハーフミラー２７で反射されて結像レンズ
２３に入射される。なお、第１の対物レンズ２１から結
像レンズ２３までの光路長と、第２の対物レンズ２２か
ら結像レンズ２３までの光路長が相違するが、各対物レ
ンズ２１，２２と結像レンズ２３とは前記したように無
限遠光学系を採用しているために、光路長の違いによる
影響はない。

【００１３】次いで、第２のハーフミラー２７を透過さ
れた第１のレーザ光と、第２のハーフミラー２７で反射
された第２のレーザ光は同一光路を通って合一的に前記
結像レンズ２３に入射され、結像される。この結像光は
波長選択ユニット３１に入力され、その結像光の一部は
第４のハーフミラー３４を透過され、他の一部は第４の
ハーフミラー３４で反射される。第４のハーフミラー３
４を透過された一部の光は、第１のバンドバスフィルタ
３５により、第１のレーザ光に対応する中心波長をもつ
光のみが透過され、第１の光検出器３２において検出さ
れる。また、第４のハーフミラー３４で反射された他の
一部の光は、第２のバンドパスフィルタ３６により、第
２のレーザ光に対応する中心波長をもつ光のみが透過さ
れ、第２の光検出器３３において検出される。したがっ
て、第１の光検出器３２では、第１のダイＤ１で反射さ
れたレーザ光のみを受光することになり、第１のダイＤ
１のパターンのみが検出されることになる。また、第２
の光検出器３３では、第２のダイＤ２のパターンのみが
検出されることになる。

【００１４】そして、前記第１及び第２の光検出３２，
３３の検出出力は、それぞれコンピュータ１４に入力さ
れ、コンピュータ１４は各光検出器３２，３３からの出
力の差分演算を行い、両パターンの一致を判定すること
で、第１及び第２のダイＤ１，Ｄ２のパターン欠陥を抽
出することが可能となる。なお、コンピュータ１４はこ
のパターン欠陥部分の像信号を補助メモリに保管した
り、パターン欠陥部分の位置や形状を割り出したりする
ことが可能である。また、前記差分演算を行うに際して
は、両ダイＤ１，Ｄ２のパターンが一致する必要がある
が、その際には可動ユニット１３のみを図２の左右方向
に移動させて第１の対物レンズ２１に対する第２の対物
レンズ２２の位置、すなわち両対物レンズ２１，２２の
間隔を調整することにより、第１のダイＤ１及び第２の
ダイＤ２の対応する画像を一致した状態で得ることが可
能となる。このとき、この実施形態では、第２の対物レ
ンズ２２、第２の光源２５、第３のハーフミラー２８、
ミラー２９のみを移動させればよく、従来のように、結
像レンズ及び光検出器を合わせた全体を移動する場合に
比較して、軽量化が可能であり、移動機構も小型に構成
することが可能である。これにより、パターン検査装置
の全体の小型化、軽量化が実現できる。

【００１５】ここで、第１及び第２の光源には、ＨｅＮ
ｅやＡｒなどを用いた気体レーザを用いることも可能で
ある。このような気体レーザを用いたときには、光源の
重量が嵩むため、特に第２の光源２５は可動ユニット１
３とは別体に構成して第２の光源２５のみを固定設置
し、第２の対物レンズ２２、第３のハーフミラー２８、
ミラー２９のみで可動ユニット１３を構成して移動させ
るようにすればよい。このようにしても、第２の光源２
５の光軸方向に沿って可動ユニット１３が移動するよう
に構成すれば何ら問題は生じない。

【００１６】また、前記第４のハーフミラー３４とし
て、２色選択性のあるダイクロイックミラーを用いるこ
ともでき、このようなミラーを用いたときには、透過光
と反射光とで波長の選択が行われため、前記実施形態の
ような第１及び第２のバンドパスフィルタ３５，３６を
省くことができ、さらなる構成の簡略化が実現できる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、被検査対
象としての２つのパターンの一方には第１の光学系によ
り第１の波長光を照射し、他方には第２の光学系により
異なる波長の第２の波長光を照射し、両波長光を合一的
に結像した上で、結像される光を波長選択性のある光学
系を通して２つに分離し、それぞれを別々の光検出器に
結像して検出する。これにより、両波長光に共通の結像
系及び光検出器を固定した状態とし、第１及び第２の光
学系のうちいずれか一方のみを可動して他方に対する位
置調整が可能となり、可動部分を軽量化でき、検査装置
全体の小型化、軽量化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査装置の一実施形態の概略構成を示
す斜視図である。

【図２】図１の検査装置の内部構成を示す正面構成図で
ある。

【図３】従来の検査装置の一例の構成図である。

【符号の説明】

１０ＸＹステージ１１パターン検査装置１２本体部１３可動ユニット１４コンピュータ２１第１の対物レンズ２２第２の対物レンズ２３結像レンズ２４第１の光源２５第２の光源２６第１のハーフミラー２７第２のハーフミラー２８第３のハーフミラー２９ミラー３０ダンパー３１波長選択ユニット３２第１の光検出器３３第２の光検出器３４第４のハーフミラー３５第１のバンドパスフィルタ３６第２のバンドパスフィルタＷ半導体ウェハＤダイＤ１第１のダイＤ２第２のダイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査対象となる少なくとも２つのパタ
ーンをそれぞれ光学的に検出し、検出した各パターンを
対比してパターンの検査を行う光学的パターン検査装置
であって、第１のパターンに対して第１の波長光を照射
しかつその反射光を集光する第１の光学系と、第２のパ
ターンに対して前記第１の波長光とは異なる第２の波長
光を照射しかつその反射光を集光する第２の光学系と、
前記第１及び第２の光学系で集光した各波長光を結像す
るための結像系と、前記第１及び第２の波長光を分離す
る波長選択手段と、前記波長選択手段で分離された前記
第１及び第２の各波長光をそれぞれ受光する第１及び第
２の光検出器とを備え、前記第１の光学系または第２の
光学系のいずれか一方を他方に対して相対移動可能に構
成したことを特徴とする光学的パターン検査装置。
【請求項２】前記第１の光学系は、前記第１の波長光
を出射する第１の光源と、前記第１のパターンに対向位
置されて前記第１のパターンに第１の波長光を照射し、
かつその反射光を集光する第１の対物レンズと、前記第
１の対物レンズで集光した第１の波長光を透過するハー
フミラーとを備え、前記第２の光学系は、前記第２の波
長光を出射する第２の光源と、前記第２のパターンに対
向位置されて前記第２のパターンに第２の波長光を照射
し、かつその反射光を集光する第１の対物レンズと、前
記第２の対物レンズで集光した第２の波長光を前記ハー
フミラーに向けて反射するミラーとを備え、前記ハーフ
ミラーは透過した前記第１の波長光と反射した前記第２
の波長光とを合一状態で前記結像系を構成する結像レン
ズに入射させるように構成したことを特徴とする請求項
１に記載の光学的パターン検査装置。
【請求項３】前記第１の光源と第２の光源として、互
いに異なる波長を持つ単一波長レーザを用いることを特
徴とする請求項１または２に記載の光学的パターン検査
装置。
【請求項４】前記第２の光学系のうち、少なくも前記
第２の対物レンズとミラーとを一体的に移動可能に構成
したことを特徴とする請求項３に記載の光学的パターン
検査装置。
【請求項５】前記波長選択手段は、前記結像系を通っ
た光を分離する分離用ハーフミラーと、分離された一方
の光のうち前記第１の波長光のみを透過させる第１のバ
ンドパスフィルタと、分離された他方の光のうち前記第
２の波長光のみを透過させる第２のバンドパスフィルタ
とを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
かに記載の光学的パターン検査装置。
【請求項６】前記被検査対象は半導体ウェハに形成さ
れたダイである請求項１ないし５のいずれかに記載の光
学的パターン検査装置。