(57)【要約】凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差（ずれ）を簡易かつ高精度に検出する。凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差を検出するためのパターン３２検査装置であって、パターンを乗せるプレート３０と、パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内で前記パターンへの照射光の角度を変えることができる光源４０、４２、４４と、パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内の角度で前記パターンからの反射光を受光することができる受光器５２、５４とを含み、受光器が受光する、パターン各部の上面と側面の間のエッジからの反射光量から、パターンのプロファイル誤差を検出することを特徴とするパターン検査装置である。
2003046530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差を検出するためのパターンプロファイル検査装置であって、
前記パターンを乗せるプレートと、
前記パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内で前記パターンへの照射光の角度を変えることができる光源と、
前記パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内の角度で前記パターンからの反射光を受光することができる受光器とを含み、
前記受光器が受光する、前記パターン各部の上面と側面の間のエッジからの反射光量から、前記パターンのプロファイル誤差を検出することを特徴とする、パターンプロファイル検査装置。
【請求項２】
前記受光器が受光する前記反射光量が多い場合は、当該エッジを含むパターンのプロファイル誤差は小さく、逆に前記反射光量が少ない場合は、当該エッジを含むパターンのプロファイル誤差は大きくなることを特徴とする、請求項１のパターンプロファイル検査装置。
【請求項３】
凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差を検出するためのパターンプロファイル検査装置であって、
前記パターンを乗せるプレートと、
前記パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内で前記パターンへの照射光の角度を変えることができる光源と、
前記パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内の角度で前記パターンからの反射光を受光することができる受光器とを含み、
前記光源による照射角度は、前記パターンの上面と側面の間のエッジに対してほぼ垂直になるように決められることを特徴とする、パターンプロファイル検査装置。
【請求項４】
さらに、前記照射角度と異なる照射角度を持つ少なくとも一以上の光源を含むことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項５】
前記光源は、均一な面発光光源を含むことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項６】
前記光源は、照射光が指向性を有するように、横長の形状を持つことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項７】
前記受光器による受光角度は、前記反射光の内、前記パターンのエッジからの反射光の割合が最大となるように、決められることを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項８】
前記受光器による受光角度ａ（度）は、
ａ＝１８０−ｂ−２ｃ、
但し、ｂ：パターン上面対する照射角度（度）、
ｃ：パターン上面に平行な平面に対するエッジの傾斜角度（度）、
の関係を満たすように決められることを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項９】
前記受光器は、ラインセンサを含むことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項１０】
前記受光器は、ＣＣＤカメラを含むことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項１１】
前記パターンは、基板上に設けられたフォトレジストパターンを含むことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項１２】
さらに、前記受光器の出力信号を受け取り、前記受光器が受光した反射光量に対応した画像情報を生成する画像処理手段と、
前記照射光の角度と前記反射光の受光角度を変えるために、前記光源と受光器の位置を変える駆動手段と、
前記照射光の前記パターンでの照射位置を変えるために、前記プレートを移動させる移動手段と、を含むことを特徴とする、請求項３のパターンプロファイル検査装置。
【請求項１３】
基板上に形成された厚みのあるパターンの形成不良を検出するためのパターンプロファイル検査装置であって、
前記基板を乗せるプレートと、
前記パターンの上面に対して１５から７５度の範囲内で前記パターンへの照射光の角度を変えることができる光源と、
前記パターンの上面に対して１５から７５度の範囲内の角度で前記パターンからの反射光を受光することができる受光器とを含み、
前記光源による照射角度は、前記照射光の内、前記パターンの上面と側面の間のエッジへ照射される照射光の割合が５０％以上となるように、決められることを特徴とする、パターン検査装置。
【請求項１４】
基板上に設けられたフォトレジストを露光する露光装置であって、
凹凸断面を有するフォトレジストのパターンのプロファイル誤差を検出するためのパターンプロファイル検査装置を含み、当該検査装置は、
前記パターンを乗せるプレートと、
前記パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内で前記パターンへの照射光の角度を変えることができる光源と、
前記パターンの上面に対して１５度から７５度の範囲内の角度で前記パターンからの反射光を受光することができる受光器とを含み、
前記受光器が受光する、前記パターン各部の上面と側面の間のエッジからの反射光量から、前記パターンのプロファイル誤差を検出することを特徴とする、パターンプロファイル検査装置であり、
さらに、前記検査装置により検出された前記パターンのプロファイル誤差から、前記フォトレジストの露光条件を調整する手段を含む、露光装置。
【請求項１５】
凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差を検出するパターンプロファイル検査方法であって、
（ａ）前記パターンの上面に対して斜めに光を照射するステップと、
（ｂ）前記パターンの上面と側面との間のエッジで反射された反射光を受光するステップと
（ｃ）前記受光された前記エッジで反射された反射光量から前記パターンのプロファイル誤差を検出するステップと、
を含むパターンプロファイル検査方法。
【請求項１６】
前記プロファイル誤差を検出するステップ（ｃ）は、
前記反射光量が多い場合は、当該エッジを含むパターンのプロファイル誤差は小さく、逆に前記反射光量が少ない場合は、当該エッジを含むパターンのプロファイル誤差は大きいと判断するステップを含む、請求項１５のパターンプロファイル検査方法。
【請求項１７】
さらに、（ｄ）前記検出されたパターン各部のプロファイル誤差から、パターン全体でのプロファイル誤差を画像情報としてマッピングするステップを含む、請求項１６に記載のパターンプロファイル検査方法。
【請求項１８】
前記照射するステップ（ａ）は、前記エッジに対してほぼ垂直になるように光を照射するステップを含む、請求項１５に記載のパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般的には、凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差（ずれ）を検出するパターン検査装置に関し、より詳細には、ウェハーなどの基板上に形成されたフォト・レジスト・パターンの形成不良の有無を判定する検査装置及び検査方法に関する。
背景技術
半導体素子の製造工程において、回路パターンを形成するためのマスクとして、ウェハー上にフォト・レジスト・パターン（以下、単にレジストパターンと呼ぶ）を形成する。レジストパターンは、ウェハー上に塗布されたレジストに対してステッパーやスキャン型露光機を使用して、マスクパターンを露光し、露光された部分または露光されなかった部分を取り除く（現像する）ことにより形成される。このレジストパターンをできるだけ設計寸法通りに精度よく作ることが、半導体の各種パターンの微細加工をおこなう上で特に重要である。
露光時のデフォーカス（ピントボケ）等により、レジスト・パターンが設計通りに正しく形成されないことがある。すなわち、デフォーカスにより、レジスト・パターンが設計寸法よりもずれて作られてしまう。このデフォーカスは、例えば、ウェハーを台に乗せ、吸着させてウェハー表面を平面に保持し露光する際に、ウェハー裏面と台表面間のゴミやほこりなどの異物により、ウェハー表面が平面にならない場合や、レジストの塗布むらなどの種々の原因によって、レジスト表面の高さが不均一になる場合に発生する。
従来から、デフォーカスによるレジスト・パターンの形成不良（プロファイル誤差）は、レジスト・パターンを回折格子とみなして、レジスト・パターンに光を照射したときに発生する回折光を利用して検査されてきた。例えば、日本国の公開特許公報、特開２００１−１４１６５７は、レジスト・パターンのデフォーカス部と正常部から発生する回折光の回折角度の違いを色差として捉えて、デフォーカス部の有無を検出を行っている。
半導体の微細化が進み、ウェハー上に形成されるパターンのピッチが、可視光により回折光を発生させるには小さくなりすぎてきた。例えば、０．１マイクロメータ（１００ｎｍ）程度の微細化が進んだウェハーから、回折光を発生させるためには、例えば日本国の公開特許公報、特開２０００−３３８０４９に記載されるように、可視光よりも波長の短い紫外域（４００ｎｍ以下）の光を光源として使用しなければならない。しかし、紫外光を使用すると、レジストパターンが露光されてしまう。また、人間は紫外光に視感度がないので、光学系の設定や回折光の測定をおこなうのに非常に労力を要し時間がかかる。さらに、受光器として使用する紫外線センサーは高価であり、また大面積の紫外線センサーは入手さえも困難な場合がある。
また、回折光を利用するということは、ウェハー上のパターンの違いに依存して、回折角度が変わることを意味する。即ち、全ての角度、方向からデフォーカスによるレジスト・パターンの形成不良を観測するマクロ観察を行う必要があり、検査時間の短縮、マクロ検査の自動化に対して大きなデメリットとなる。
本発明の目的は、凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差（ずれ）を簡易かつ高精度に検出することである。
本発明の目的は、レジスト・パターンのデフォーカスの有無を簡易に判定することである。
発明の開示
本発明は、凹凸断面を有するパターンの上面と側面の間のエッジからの反射光量をモニターして、パターンのプロファイル誤差を検出する。すなわち、本発明は、受光器で受光するパターンのエッジからの反射光量が多い場合は、そのエッジを含むパターンのプロファイル誤差は小さく、逆にエッジからの反射光量が少ない場合は、そのエッジを含むパターンのプロファイル誤差は大きいとして、パターンのプロファイル誤差を検出する。
本発明は、凹凸断面を有するパターンの上面と側面の間のエッジからの反射光量をモニターして、パターンのプロファイル誤差を検出するための新しい光学システムを提供する。その際、本発明は、紫外光や回折光を利用することなく、一般に使用される可視光を用いた簡易な光学系により微細なパターンのプロファイル誤差をマクロ的に精度良く検出するという特徴を有する。
発明を実施するための最良の態様
以下の説明では、専らレジストパターンを用いているが、本発明の適用対象はこれに限られるものではなく、連続する少なくとも複数の凹凸を有する（厚さを持つ）パターン全てに適用可能である。例えば、半導体上の微細な導体回路パターン、半導体レーザ用のグレーテイング、カラーフィルター等の光学用パターンなどにも適用できる。
本発明の実施の形態の詳細を説明する前に、本発明の検出原理について説明する。パターンのプロファイル誤差は、そのパターンの上面と側面の間のエッジ（以下、単にエッジと呼ぶ）において顕著に表れる。プロファイル誤差（ズレ）があると、エッジの形状が本来あるべき形からずれてしまう。例えば、図１に示すように、レジスト・パターン１２ｂのエッジ１８ｂは、正常な１２ａのエッジ１８ａよりも急なカーブになっている。すなわち、エッジがより内側にへんでいる。これは、露光時のデフォーカスのために、ぼやけた像（マスクパターン）がレジストに写されるからである。
従って、図２に示すように、正常な１２ａのエッジ１８ａとデフォーカスな１２ｂのエッジ１８ｂとでは、エッジに対する照射光Ｌｉの入射角度θとφが異なるため、照射光Ｌｉに対する反射光Ｌｒの角度も異なる。すなわち、パターンへの入射光の内、エッジにおける反射光の反射角度がエッジの傾斜具合（角度）に応じて変化する。反射光の受光器の位置（例えばパターン上面に対する角度）を一定の位置（角度）に固定した場合、受光器に入るエッジからの反射光の量がエッジの傾斜具合（角度）に応じて変化する。すなわち、エッジの傾斜具合（角度）が大きくなるほど、言い換えればデフォーカスが大きいほど、受光器に入るエッジからの反射光量が小さくなる。その結果、パターンのプロファイル誤差を、エッジからの反射光量を検出することにより検知できる。
エッジからの反射光量を各エッジごと、あるいは一定のエリアごとに、相対的に比較することで、２次元で配置されるパターンにおけるプロファイル誤差の有無およびその分布をマクロ的に得ることができる。言い換えれば、パターンが２次元で広い面積に形成されている場合でも、適当な面積ごとにスキャンしなが測定することにより、パターンのプロファイル誤差を２次元分布（マクロ）として得ることができる。
本発明では、従来の回折光や干渉光を用いた方法とは検出原理が根本的に異なる。すなわち、本発明では、回折光や干渉光をできるだけ排除して（検出しないようにして）、エッジからの反射光量ができるだけ多く検出できるようにする。そのために、本発明では、従来の方式とは異なる光学系の配置や光学素子の特性等を用いる。本発明では、検出感度を最大限に引き出すために、例えば以下に示すような、従来の方式とは異なる光学系の配置や光学素子の特性等を用いる。
（ａ）光源としては、均一な面発光の光源が望ましい。
（ｂ）光源をレジストのエッジ部分に光を照射する位置に配置することが望ましい。あるいは、受光器でその均一な面発光の光源を観測できるように配置することが望ましい。
また、パターンの上面と側面の間のエッジに対してほぼ垂直な方向から光を入射させることが望ましい。
（ｃ）光源は所定の角度（例えば約３５度）以下の指向性を持った光束とすることが望ましい。
（ｄ）光源は指向性を持たすために、例えば２０ｍｍＸ３００ｍｍのように横長状（スティック状）の形状とすることが望ましい。
（ｅ）受光器としては、例えばＣＣＤが利用できるが、エリアセンサ型ではなく、指向性を持った光を検出できるラインセンサ型が望ましい。
以下、本発明の一実施の形態のパターン検査装置及び検査方法について図面を使用して詳細に説明する。本明細書では、一例として、基板としてシリコンのウェハーを使用し、そのウェハー上に塗布されたポジ型のレジストに対して、スキャン型露光器を使用して露光を行った後、不要なレジストを除去して生成されたレジスト・パターンを検査する場合について説明する。また、レジスト・パターンは、例えば、０．６から０．７マイクロメータ（μｍ）の厚みを有する。なお、レジストの厚みはさらに薄い、例えば０．１マイクロメータ（μｍ）以下であっても検出可能である。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態のパターン検査装置の光の照射と反射の様子を示した図である。ウェハー１４上に形成されたレジスト・パターン１２に照射光Ｌｉを照射するための光源Ｓと、照射光Ｌｉがレジスト・パターン１２のエッジによって反射された反射光Ｌｒを受光するための受光手段Ｐとを含む。レジスト・パターン１２の全体あるいは部分に照射光Ｌｉを照射する。受光手段で受光するのは、エッジによって反射された反射光Ｌｒであり、上面で反射された光などは、できるだけ受光しないようにする。エッジによって反射された反射光Ｌｒをより多く受光することで検出感度が向上する。
図３では、ウェハー１４を設置する台１６は円形であり、円の中心点を垂直に貫く線を軸として、自由に周方向に回転できるようになっている。
照射光Ｌｉは、受光手段が反射光Ｌｒを受光したときの感度や視認性をよくするためには単色光であるのが好ましい。ただし、検出上これに限られない。ある波長及びその波長に近い複数の波長を含む光であっても良い。例えば、光源Ｓは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を縦横に並べてアレイとして構成した面発光光源を使用し、レジスト・パターン１２の全体に照射光Ｌｉが照射されるようにする。
エッジで反射された反射光Ｌｒを受光するために、照射光Ｌｉの波長は、可視光域の約４００から７００ナノメートル（ｎｍ）であるのが好ましい。可視光の場合、目視により、反射光Ｌｒの明るさ（明度）により反射光量を認識できるからである。ただし、可視光に限られた訳ではなく、レジストを露光する波長（紫外光）を含まない光であれば、例えば赤外光のような他の波長域の光であってもよい。
図４は本発明の一実施の形態の光源周りの様子を示した図である。図４で、ＬＥＤの前面には拡散板１３を配置し、光源Ｓからの照射光Ｌｉの拡散角度γ（中心光に対する最上光または最下光の角度）を３５度以下にする。拡散角度γを３５度以下にする理由は、種々の実験を行った結果、エッジ以外からの反射光、回折光、散乱光などの余計な光を除いて、検出感度を高めるためには最適であるとの知見を得たからである。本発明で使用するＬＥＤ及び拡散板の構成の例を下記に示す。ただし、他の波長のＬＥＤであってもよいことは言うまででもない。
＜ＬＥＤ及び拡散板の構成の例＞
ＬＥＤ：主波長：５３５ｎｍ、光度：３．４ｃｄ、指向特性：±１５度、
個数：２４０個、サイズ：２５０ｍｍ×４８ｍｍ、
拡散板：透過率：６０％
ＬＥＤを用いた面発光光源は、発光面の輝度を均一にして、照射光の指向性を高くするのに好適である。面発光光源は、広い領域に、同時に照射光Ｌｉを照射することができる。したがって、受光手段で反射光Ｌｒを受光する際、正常部とデフォーカス部からの反射光の違いを良好に識別できる。さらに、広い範囲に照射光Ｌｉを照射できるので、検査を行う際に、光源Ｓまたは基板１４を移動させなくても測定が可能であるというメリットがある。
光源Ｓからの光は、レジスト・パターン１２の上面に対して斜めに１５度から７５度の角度で、より好ましくは、３０度から５０度の角度で照射する必要がある。また、受光手段による反射光の受光も、レジスト・パターン１２の上面に対して斜めに１５度から７５度の角度でおこなうことが望まれる。その根拠は以下のとおりである。
実験結果から，光照射によるレジストエッジからの反射光は，レジストの形状を図５に示す等価モデルで近似することによりマクロ的に算出できることがわかった。すなわち，光照射（入射）角度に対する反射角度は、
θ＝１８０−θｉｎ−２θｏ  ・・・（１）、
ただし、θ：反射角度、θｉｎ：光照射角度、θｏ：レジストのエッジ角度、
で近似的に求めることができる。
また、ＳＥＭ等による複数の線幅のレジストの断面形状から、エッジ部分の傾斜角度θｏは３０〜７０°の範囲で全てのレジスト形状が代表されることがわかった。そして、式（１）を用いて最大光照射角度７５°から最小光照射角度１５°での反射角度とレジストエッジ傾斜角度の関係を求めた結果、レジストエッジ傾斜角度３０〜７０°における反射光は、光照射角度１５°〜７５°に対して全て反射角度も１５°〜７５°の範囲に絞られることを見出した。つまり、全ての形状のレジストエッジ部からの反射光を受光しようとすると、光源が照射角度１５度から７５度を、また、受光器も受光角度１５度から７５度をカバーすればよい事がわかった。別言すれば、角度が１５度以下になると、照射光Ｌｉが受光器Ｐ（図３）の反対側に反射し、７５度以上になると、照射光Ｌｉが基板１４の方向に反射するので、受光器Ｐで反射光Ｌｒを受光できなくなる。
受光器は、例えば受光素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたカメラＰを含む。ＣＣＤが受光した反射光Ｌｒは、後で詳細に説明するように、画像データに変換される。画像データをさらに画像処理することによって、デフォーカス部を検出する。例えば、画像処理としては、エッジでの反射光量に起因して画像データが急激に変化している部分を明るさ（明度）の差として検出することによって、正常部とデフォーカス部を区別することができる。カメラＰを使用した場合、後述するように、検査装置１０の自動化が可能である。また、カメラＰの代わりに人間の目を使用しても良い。この場合、反射光Ｌｒを目視し、反射光Ｌｒの違いによって正常部とデフォーカス部を区別する。
既述したように、カメラＰは、一般にはレジスト・パターン１２の上面に対して上方に１５度から７５度の範囲の位置に配置される。また、１５度から７５度の角度でも反射光Ｌｒを受光できる場合、その角度の範囲にカメラＰを配置してもよい。ただし、図６に示すように、光源ＳとカメラＰが、照射光Ｌｉの同一線上に配置されると、カメラＰが反射光Ｌｒを確認することができない。したがって、光源ＳとカメラＰとは、角度位置をずらす必要があるが、レジスト・パターン１２に関して同じ側に位置する必要がある。光源Ｓがレジスト・パターン１２の上面に対して１５度から７５度の位置に配置された場合、照射光Ｌｉと反射光Ｌｒとがなす角度βは、照射光Ｌｉに対してほぼプラスまたはマイナス６０度の角度の範囲で変わりうる。
光源Ｓとレジスト・パターン１２との距離は、例えば３００ｍｍから６００ｍｍの範囲が好ましい。これは、光源Ｓとレジスト・パターン１２との距離が離れすぎると、レジスト・パターン１２上の照度が低下し、反射光Ｌｒのコントラストが悪化し、デフォーカスを見落とすことになるからである。逆に、光源Ｓとレジスト・パターン１２との距離が近すぎると、反射光Ｌｒのコントラストが悪くなり、レジスト・パターン１２上の照度が高くなり過ぎ、人間の目で目視する場合に目が疲れやすく、レジスト・パターン１２上への照射光Ｌｉの照射面積が狭くなる。
レジスト・パターン１２とカメラ（または目）Ｐとの距離も、例えば３００ｍｍから６００ｍｍの範囲が好ましい。これは、レジスト・パターン１２にカメラＰが近づきすぎると、視野が狭くなり、離れすぎると、反射光Ｌｒのコントラストが悪くなるからである。
光源Ｓとカメラ（または目）Ｐの位置は、上述の範囲で固定しても良い。これは、照射光Ｌｉに対する反射光Ｌｒの角度が一定であるためである。従って、本発明は、今後需要が見込まれるＣＣＤを用いた自動検査装置に利用することができる。
図７は、本発明の一実施の形態のＣＣＤを用いた自動検査装置を示した図である。図７において、円形の台（ワーク）３０に測定対象となるパターンを有する基板（ウエハ）３２が載る。台３０は、コントローラ３６によって制御されるリニアモータ３４によって回転移動、または水平あるいは垂直方向に移動される。図８に示すように、台３０を周方向に９０度回転させて、他方向からも検査が行えるようになっている。これは、図９に示すように、レジスト・パターン１２が、Ｘ方向とＹ方向を向いていた場合に、Ａ点から光を照射した場合、Ｙ方向を向いたレジスト・パターン１２の検査は、上記の方法で行えるが、Ｘ方向を向いたレジスト・パターン１２は、照射された光がＡ点の方向に反射されないため、複数の方向から検査を行う必要があるからである。
光源としては、照射角度が異なる照明Ａ、Ｂ、Ｃの３つの照明４０、４２、４４が使用される。各照明はコントローラ４８によって制御されるモータ４６により、所定の円弧に沿って位置を変えられる。各照明の角度はワーク上のパターン上面に対して１５度〜７５度の範囲で変えられる。なお、照明の数を３つとしているのは、検出感度をより高めるためであり、最低１つ以上あれば検出は可能である。照明の少なくとも一つは、ウエハ上のレジストパターンのエッジに対してほぼ垂直になるように位置決めされる。図７では、照明Ａ（４０）は４８度から５２度の位置、照明Ｃ（４４）は１６度から１８度の位置、照明Ｂ（４２）はＣＣＤラインセンサーとほぼ同軸上に設置される。照明の明るさは照明用の電源５０によって調整される。
ＣＣＤラインセンサカメラ５２は、照明と同様に、コントローラ４８によって制御されるモータ４６により、所定の円弧に沿って位置を変えられる。カメラ５２の受光角度は、ワーク上のパターン上面に対して１５度〜７５度の範囲で変えられる。カメラ５２には、モニター用のカメラ５４を付けている。モータのコントローラ３６、４８、照明用の電源５０、カメラ５０、５２の出力は、検査用パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５６に接続する。検査用ＰＣ５６は、所定の自動測定プログラムに基づき、各コントローラおよび照明用電源などを制御する。検査用ＰＣ５６による指示により、対象に応じて任意に撮像光学系（照明とラインセンサカメラの位置関係）が設定される。
図７の撮像光学系（照明とラインセンサカメラの位置関係）及び角度の設定は、以下のように設定される。すなわち、不要な散乱光や回折光を除去し、レジストの微妙な形状変化を感度良く検出するように設定する。ここで、システムを設計する上で最も重要であることは、検査ウェハーからの回折光をラインセンサーカメラ５２の設置角度に戻らないようし、レジストエッジ部分からの反射光のみをコントラスト良く取り出すことである。そこで、ウェハー上のパターンを回折格子として発生する回折光を反射型グレーティングモデルにより計算し、専用レティクルを使用したとき、ＣＣＤラインセンサーの存在する角度に回折光が返らない位置関係を設定した。なお、設定に当たっては、レジストの形状によっても最適の撮像角度が変わることに留意する必要がある。
図１０に図７の検査用ＰＣ５６による制御フロー（自動測定フロー）を示す。３つの照明がオンする（ステップ６０）。カメラ５２でウエハ３２上のパターンからの反射光を受光する（ステップ６２）。カメラ５２の出力をＰＣ５６内のキャプチャーカードで受信し、その値（デジタル値）を画像データとしてメモリに格納する（ステップ６４）。このデジタル値の大きさは反射光量の大きさに対応している。モータ４６を制御してカメラの角度を変える（ステップ６６）。ステップ６２からステップ６６までを繰り返して、各角度における画像データ（デジタル値）をメモリに格納する。ＰＣ５６は得られたデジタル値を基に検出感度（画像の濃淡（明暗））が最大となるカメラ５２の角度を決定する（ステップ６８）。カメラ５２は決定された角度で固定される。
モータ３４を制御してウエハ上の測定位置を設定する（ステップ７０）。最初の測定位置に移動した後、ステップ６２、６４と同様にして測定をおこない、画像データをメモリに格納する（ステップ７２）。ステップ７０と７２を繰り返して、ウエハ上の測定位置をスキャンしながら順次測定をする。この時、カメラ５２はラインセンサカメラなので、ウエハを所定の間隔で１ラインづつ移動させながら測定する。測定は全ての測定点（ライン）での測定が終了するまでおこなう。ＰＣは測定データからウエハ上の各位置での画像データを２次元の画像としてマッピングする（ステップ７６）。マッピングされた画像情報における明暗（色の濃淡）から、ウエハ上のパターンのプロファイル誤差（デフォーカス）の有無を検出することができる。
図１１に図７の本発明の一実施形態のシステムによって実際に測定されたウエハの測定結果を示す。図１１は、線幅０．３マイクロメータのレジストパターンを測定したものである。図１１中の画像のほぼ四角い暗い部分（濃い部分）がプロファイル誤差（パターンエッジのだれ）がある部分を示している。このプロファイル誤差は、レジストパターンを露光したステッパ装置のスキャン時の同期ズレ（正誤差）によって生じたものである。使用したステッパ装置は、３Ｘ４の１２チップを１レチクルとして、その１レチクル単位で同期を取るので、１レチクルのエリアごとに、プロファイル誤差が生じている。このプロファイル誤差は、ステッパのスキャン時の同期の精度上、不可避的に生じてしまうものである。発明者がおこなった実験では、従来の回折を利用した方法では、この不可避的に生じてしまうプロファイル誤差をほとんど測定することはできなかった。しかし、図７の本発明の一実施形態の装置では、図１１に示すように鮮明な画像としてプロファイル誤差を検出できる。
図７の検査装置によれば、検出されたパターンのプロファイル誤差に基づき、フォトレジストの露光条件を調整することができるので、露光装置やステッパ装置の一部として組み込んで使用することができる。すなわち、図７の検査装置で検出されたパターンのプロファイル誤差に基づきフォトレジストの露光条件を調整する手段（フロー）を露光装置やステッパ装置に設けることにより、半導体の製造ラインにおいて、露光条件（デフォーカス）をインラインで調整できるというメリットがある。さらに、露光装置やステッパ装置が有するウエハーとレチクルのスキャン時の同期ズレ（正誤差）、オートフォーカスの追随性能、レベリング機構の誤差、レンズの歪などの特性をも検出することが可能となる。最後に、本発明の検査装置が有効に使用できる場合について再度説明する。上述のように本発明の検査装置は、図３に示すように、レジスト・パターン１２のエッジに照射光Ｌｉを照射し、反射光ＬｒをカメラＰのＣＣＤで受光することによって、デフォーカスによるレジスト・パターン１２のプロファイル誤差（形成不良）を検査する。従って、レジスト・パターン１２におけるエッジの面積の割合が大きいほど、カメラＰのＣＣＤで多くの反射光Ｌｒを受光することができ、検査装置１０を有効に使用することができる。
図１２に示すように、レジスト・パターン１２の上面２０に照射される照射光Ｌｉの幅をａ、エッジ１８に照射される照射光Ｌｉの幅をｂとすると、照射光Ｌｉの内、エッジ１８に照射される割合Ａは、次式で表される。
Ａ＝ｂ／（ａ＋ｂ）×１００
【００４２】
レジスト・パターン１２のピッチ（パターン幅とパターン間隔の和）とエッジ１８に照射される照射光Ｌｉの割合の関係を求めたグラフを図１３に示す。図１３に示すように、ピッチが、０．８μｍ（パターン幅／パターン間隔＝０．４０μｍ／０．４０μｍ）と０．６μｍ（パターン幅／パターン間隔＝０．２９μｍ／０．３１μｍ）との間で、上記の照射光Ｌｉの割合が急激に大きくなる。ピッチが０．６μｍよりも微細化されたレジスト・パターン１２の検査において、本発明の検査装置１０は有効に使用できるが、本発明者らの実験により、エッジ１８に照射される照射光Ｌｉの割合が５０％以上のレジスト・パターン１２の検査であれば反射光Ｌｒを確認できるため、使用可能である。これは、レジスト・パターン１２が微細化されることによって、レジスト・パターン１２全体に占めるエッジ１８の割合が大きくなり、光源Ｓからレジスト・パターン１２を見た際、エッジ１８が鏡面のような状態になっているためである。従って、デフォーカスによるレジスト・パターン１２の形成不良があると、図１４に示すように、その部分（図中、斜線部分のレジスト・パターン１２ｂ）だけ反射光Ｌｒの角度が異なってしまうため、正常部とデフォーカス部とを区別することができる。所定の角度に設置された受光器での受光量に差が出るからである。
本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。例えば、光源ＳとカメラＰの位置を上述した範囲で変更できるようにすることによって、レジスト・パターン１２のエッジ１８による反射光Ｌｒを受光できる以外に、光源ＳとカメラＰの位置によっては、レジスト・パターン１２を回折格子として、回折光も受光できるようにしても良い。この場合、回折光を受光するために、載置台１６の中心を通過する線を軸として、載置台１６を任意の角度に傾けられるように構成する。以上のように構成することによって、上記の検査装置及び従来の検査装置とは異なり、レジスト・パターン１２のパターン幅が複数ある場合でも、確実に検査を行うことができる。
また、エッジ１８に照射される照射光Ｌｉの割合よって、本発明の検査装置１０と従来の回折光を利用した検査装置とを使い分けることによって、デフォーカス部を確実に検査することができる。レジスト・パターン１２のパターン幅が複数ある場合に、本願と従来の検査装置を使用することによって、確実に検査ができる。
光源ＳにＬＥＤを使用したが、ＬＥＤの代わりにハロゲン・ランプとフィルターを備えた構成にしても良い。ハロゲン・ランプの光から、第１の波長（短波長）以下の光をカットするフィルターと第２の波長（長波長）以上の光をカットするフィルターによって、第１から第２の波長を含んだ光を取り出す。第１及び第２の波長は、上述したＬＥＤの条件に合う波長である。２つのフィルターの代わりに、第１から第２の波長を含んだ光のみが通過するフィルターを使用しても良い。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
本発明によれば、凹凸断面を有するパターンのプロファイル誤差（ずれ）を簡易かつ高精度に検出することができる。本発明によれば、レジスト・パターンの露光時のデフォーカスの有無を簡易に検出することができる。本発明によれば、回折光を利用した従来の方法では検出できなかった、０．１マイクロメータ程度あるいはそれ以下のパターン幅を有する微細化されたレジスト・パターンのプロファイル誤差（ずれ）の有無も簡易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、デフォーカス部のレジスト・パターンと正常なレジスト・パターンのエッジの形状を比較する図である。
図２は、デフォーカス部のレジスト・パターンと正常なレジスト・パターンの照射光の入射角度の違いを示す図である。
図３は、本発明に係るレジスト・パターン検査装置及び検査方法の図であり、（ａ）はレジスト・パターン検査の概略図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
図４は、照射光の拡散角度αを含む照明周りを示す図である。
図５は、レジストパターンの等価モデルを示す図である。
図６は、照射光を目視できない光源と目の配置を示す図である。
図７は、本発明のＣＣＤを用いた自動検査装置の例を示した図である。
図８は、台上のウェハーの回転を示す図である。
図９は、レジスト・パターンに照射光が照射される方向を示す図である。
図１０は、図７の検査用ＰＣにおける制御フローを示す図である。
図１１は、図７の本発明のシステムによって測定されたウエハの測定結果を示す図である。
図１２は、レジスト・パターンの上面に照射される照射光とエッジに照射される照射光を示す図である。
図１３は、エッジに照射される照射光の割合を示すグラフである。
図１４は、デフォーカス部のレジスト・パターンと正常なレジスト・パターンの反射光の違いを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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