(57)【要約】【課題】  精度良く形状や寸法を検査すること。【解決手段】  検査対象物の全面または一部を含む領域に第１の波長の光を照射する手段１２・１４と、前記領域に前記第１の波長の光を照射して発生する回折光を取得し、領域内の各位置に対応する光強度データから構成される画像データを取得する手段１６・１８と、前記領域に第２の波長の光を照射する手段１２・１４と、前記領域について同様に画像データを取得する手段１６・１８とを備え、一方で複数のパターン形状に対して前記複数の波長に対して理論上得られる回折光強度を記憶しておき、領域内の検査対象位置における光強度データ波形（波長パラメータ）と、記憶されている回折光強度波形とをパターンマッチングして最適形状を検査対象位置における形状と推定する。【選択図】  図１
2005106754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の全面または一部の領域に第１の波長の光を照射する手段と、
前記領域に前記第１の波長の光を照射して発生する回折光を受光し、前記領域の各点に
対応する光強度データから構成される第１の画像データを取得する手段と、
前記領域に第２の波長の光を照射する手段と、
前記領域に前記第２の波長の光を照射して発生する回折光を受光し、前記領域の各点に
対応する光強度データから構成される第２の画像データを取得する手段と、
第１の所定形状に前記第１の波長の光を照射して得られる回折光の強度の情報ならびに
前記第１の所定形状に前記第２の波長の光を照射して得られる回折光の強度の情報を少な
くとも備える第１のデータ、
第２の所定形状に前記第１の波長の光を照射して得られる回折光の強度の情報ならびに
前記第２の所定形状に前記第２の波長の光を照射して得られる回折光の強度の情報を少な
くとも備える第２のデータ、
前記第１の画像データのうち、前記領域の検査対象点に対応する光強度データ、及び
前記第２の画像データのうち、前記検査対象点に対応する光強度データ
を用いて少なくともこの検査対象点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とする
形状検査装置。
【請求項２】
被検査物の全面または一部の領域に第１の入射角で光を照射する手段と、
前記領域に前記第１の入射角で光を照射した際に発生する回折光を受光し、前記領域の
各点に対応する光強度データから構成される第１の画像データを取得する手段と、
前記領域に第２の入射角で光を照射する手段と、
前記領域に前記第２の入射角で光を照射した際に発生する回折光を受光し、前記領域の
各点に対応する光強度データから構成される第２の画像データを取得する手段と、
第１の所定形状に前記第１の入射角で光を照射した際に得られる回折光の強度の情報な
らびに前記第１の所定形状に前記第２の入射角で光を照射した際に得られる回折光の強度
の情報を少なくとも備える第１のデータ、
第２の所定形状に前記第１の入射角で光を照射した際に得られる回折光の強度の情報な
らびに前記第２の所定形状に前記第２の入射角で光を照射した際に得られる回折光の強度
の情報を少なくとも備える第２のデータ、
前記第１の画像データのうち、前記領域の検査対象点に対応する光強度データ、及び
前記第２の画像データのうち、前記検査対象点に対応する光強度データ
を用いて、少なくともこの検査対象点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とす
る形状検査装置。
【請求項３】
被検査物の全面または一部の領域に光を照射する手段と、
前記領域に光を照射した際に発生する回折光を第１の受光角度で受光し、前記領域の各
点に対応する光強度データから構成される第１の画像データを取得する手段と、
前記領域に光を照射した際に発生する回折光を第２の受光角度で受光し、前記領域の各
点に対応する光強度データから構成される第２の画像データを取得する手段と、
第１の所定形状に前記第１の受光角度で光を受光した際に得られる回折光の強度の情報
ならびに前記第１の所定形状に前記第２の受光角度で光を受光した際に得られる回折光の
強度の情報を少なくとも備える第１のデータ、
第２の所定形状に前記第１の受光角度で光を受光した際に得られる回折光の強度の情報
ならびに前記第２の所定形状に前記第２の受光角度で光を受光した際に得られる回折光の
強度の情報を少なくとも備える第２のデータ、
前記第１の画像データのうち、前記領域の検査対象点に対応する光強度データ、及び
前記第２の画像データのうち、前記検査対象点に対応する光強度データ
を用いて、少なくともこの検査対象点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とす
る形状検査装置。
【請求項４】
被検査物の全面または一部の領域に第１の偏光状態の光を照射する手段と、
前記領域に前記第１の偏光状態の光を照射した際に発生する回折光を受光し、前記領域
の各点に対応する光強度データから構成される第１の画像データを取得する手段と、
前記領域に第２の偏光状態の光を照射する手段と、
前記領域に前記第２の偏光状態の光を照射した際に発生する回折光を受光し、前記領域
の各点に対応する光強度データから構成される第２の画像データを取得する手段と、
第１の所定形状に前記第１の偏光状態の光を照射した際に得られる回折光の強度の情報
ならびに前記第１の所定形状に前記第２の偏光状態の光を照射した際に得られる回折光の
強度の情報を少なくとも備える第１のデータ、
第２の所定形状に前記第１の偏光状態の光を照射した際に得られる回折光の強度の情報
ならびに前記第２の所定形状に前記第２の偏光状態の光を照射した際に得られる回折光の
強度の情報を少なくとも備える第２のデータ、
前記第１の画像データのうち、前記領域の検査対象点に対応する光強度データ、及び
前記第２の画像データのうち、前記検査対象点に対応する光強度データ
を用いて、少なくともこの検査対象点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とす
る形状検査装置。
【請求項５】
前記領域に含まれる複数点について、前記検査を行うことを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項６】
前記領域に含まれる各点について、前記検査を行うことを特徴とする請求項１乃至請求
項４のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項７】
複数の前記光を照射する手段は、光源が共通することを特徴とする請求項１、請求項２
、または請求項４のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項８】
被検査物の全面または一部の領域にｎ種類（ｎは３以上の整数）の波長の光をそれぞれ
照射可能な手段と、
前記ｎ種類の波長の光を受光し、前記領域の各点に対応する光強度データから構成され
る画像データを各波長に対応してｎ個取得する手段と、
ｍ種類（ｍは３以上の整数）の所定形状に前記ｎ種類の波長の光をそれぞれ照射して得
られる回折光の強度の情報を少なくとも備えるデータ、及び
前記ｎ個の画像データのうち、前記領域の検査対象点に対応するｎ個の光強度データ
を用いて前記検査対象点の形状を検査する手段とを備えていることを特徴とする形状検
査装置。
【請求項９】
被検査物の全面または一部の領域に光を照射する手段と、
前記光の入射角を可変可能な手段と、
前記領域に前記光を照射した際に発生する回折光を受光し、前記領域の各点に対応する
光強度データから構成される画像データを入射角に対応して取得する手段と、
所定の形状に異なる入射角で光を照射した際に入射角ごとに得られる回折光の強度の情
報を、複数の形状に対して備えるデータ、及び
前記入射角に対応してそれぞれ取得される画像データのうち、前記領域の検査対象点に
対応する入射角ごとの光強度データ
を用いて前記所定点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とする形状検査装置。
【請求項１０】
被検査物の全面または一部の領域に光を照射する手段と、
前記領域に光を照射した際に発生する回折光を受光し、前記領域の各点に対応する光強
度データから構成される画像データを取得する手段と、
前記受光角度を可変可能な手段とを備え、
所定の形状に異なる受光角度で光を受光した際にそれぞれ得られる回折光の強度の情報
を、複数の形状に対して備えるデータ、及び
前記受光角に対応してそれぞれ取得される画像データのうち、前記領域の検査対象点に
対応する受光角ごとの光強度データ
を用いて前記検査対象点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とする形状検査装
置。
【請求項１１】
前記領域に含まれる複数点について、前記検査を行うことを特徴とする請求項８乃至請
求項１０のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項１２】
前記領域に含まれる各点について、前記検査を行うことを特徴とする請求項８乃至請求
項１０のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項１３】
前記データが記録されているデータベースを備えていることを特徴とする請求項１乃至
請求項１２のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項１４】
前記被検査対象物は、周期的パターンが表面に形成されている半導体ウエハであること
を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか記載の形状検査装置。
【請求項１５】
半導体ウエハの表面に周期的パターンを形成する工程と、
形状検査装置を用いてこの周期的パターンの形状を検査する工程とを少なくとも備える
半導体装置の製造方法において、
前記形状検査装置は、請求項１乃至請求項１４のいずれか記載の形状検査装置であるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記周期的パターンを形成する工程は、リソグラフィ工程であることを特徴とする請求
項１５記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状検査装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造過程においては、加工された半導体デバイスの形状を確認するた
めや、半導体製造装置の稼動状態をモニタリングするため、または、半導体製造装置に生
じた装置異常を検知するために、製造途中の半導体デバイスに形成されているパターンの
寸法・形状を測定することが行われている。こうした寸法測定の手法には種々の方法があ
る。
【０００３】
たとえば、電子顕微鏡を用いて寸法測定をすることが行われている。たとえば、１ロッ
トから数枚のウエハを選択し、各ウエハ内の数チップの半導体デバイスについて数点づつ
ライン幅や孔径を測定することが行われている。電子顕微鏡を用いて測定することのメリ
ットは、微細な寸法を測定可能なことである。一方でデメリットは、真空引きのために測
定に時間がかかるので測定点を増やせないという点、さらに、測定点が増やせないからウ
エハ面内における寸法の傾向を把握しにくいという点である。その上、パターン断面形状
のうち、パターンの上面や下面の寸法は測定できるが、高さ方向の寸法や断面形状を測定
することが困難という問題点もある。
【０００４】
また、近年用いられ始めた新しい測定手法としてスキャットロメトリ（Scatterometry
）の原理を利用した方法がある。この方法は、例えば特開２００２−２６０９９４号に開
示されている。この手法は回折の原理を用いて測定している。そこで、メリットとしては
、パターン断面の各部の寸法を測定可能という点である。さらに、光学的手法を用いてい
るため、上述した電子顕微鏡の方法と比較して測定時間が短いというメリットもある。し
かしながら、光を絞って一点づつ測定を行っているので、依然として、ウエハ全面の加工
形状の把握には時間を要するというデメリットがある。
【０００５】
また別の方法として、ウエハ全面に光を照射し、その回折光を取得して画像処理により
欠陥検出を行うマクロ検査装置が利用され始めている。例えば、特開平８−２８５７８２
号公報、特開平８−２８５７８３号公報、特開平１０−３２５８０５号公報、特開平１１
−７２４４３号公報にこうしたマクロ検査装置が開示されている。
【０００６】
こうしたマクロ検査装置のメリットは、ウエハ全面に光を照射するので測定時間が短い
ということである。しかしながら分解能の点で問題があり、パターンの断面形状の面内変
化の有無は確認することができるものの、より詳細なパターン断面各部の寸法を測定する
ことは困難であった。
【特許文献１】特開２００２−２６０９９４号公報
【特許文献２】特開平８−２８５７８２号公報
【特許文献３】特開平８−２８５７８２号公報
【特許文献４】特開平１０−３２５８０５号公報
【特許文献５】特開平１１−７２４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような各測定手法は、精度は良いものの測定に時間がかかりすぎるものであっ
たり、あるいは、短時間で測定可能なものの精度の点に問題があるものであった。そこで
本発明は、精度と測定時間の両立を図ることが可能となる形状検査装置を提供することを
目的とする。
【０００８】
また、半導体デバイスの製造の観点からいうと、形状検査方法として好適なものがない
場合は半導体製造装置の稼動状態に異常が生じたとしてもその発見が遅れるため、結果と
して半導体デバイスの製造歩留まりの低下を招く可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、好適な形状検査方法の提供を通じて半導体デバイスの製造歩留まりの
向上を図ることが可能となる半導体デバイスの製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、被検査物の全面または一部の領域に第１の波長の
光を照射する手段と、前記領域に前記第１の波長の光を照射して発生する回折光を受光し
、前記領域の各点に対応する光強度データから構成される第１の画像データを取得する手
段と、前記領域に第２の波長の光を照射する手段と、前記領域に前記第２の波長の光を照
射して発生する回折光を受光し、前記領域の各点に対応する光強度データから構成される
第２の画像データを取得する手段と、第１の所定形状に前記第１の波長の光を照射して得
られる回折光の強度の情報ならびに前記第１の所定形状に前記第２の波長の光を照射して
得られる回折光の強度の情報を少なくとも備える第１のデータ、第２の所定形状に前記第
１の波長の光を照射して得られる回折光の強度の情報ならびに前記第２の所定形状に前記
第２の波長の光を照射して得られる回折光の強度の情報を少なくとも備える第２のデータ
、  前記第１の画像データのうち、前記領域の検査対象点に対応する光強度データ、及び
前記第２の画像データのうち、前記検査対象点に対応する光強度データを用いて少なくと
もこの検査対象点の形状を検査する手段とを備えることを特徴とする形状検査装置。
【００１１】
また、波長に替えて、光の入射角度を変えて得られた測定データと、複数の形状に種々
の入射角度で光を照射したとして計算上得られるデータとをパターンマッチングして形状
を推定しても良い。
【００１２】
あるいは、入射角度に替えて、受光角度をパラメータとしても良い。
【００１３】
また、照射する光の偏光をパラメータとしても良い。
【００１４】
また、このような検査を領域内の各点について行っても良い。
【００１５】
また、波長等のパラメータを３以上にしても良い。
【００１６】
こうした形状検査装置を半導体装置の製造工程で使用することも可能である。特にリソ
グラフィ工程で形成されたパターンの検査に好適である。
【００１７】
なお、本発明における「各点」とは、本発明における「領域」に含まれる複数の領域（
微小領域）のことを示している。したがって、「領域」は少なくとも２つの領域を含んで
おり、各領域について「光強度データ」が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、形状または寸法を精度良く測定することが可能となる。また、半導体
装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る１０
形状検査装置１０の概要を示す模式図である。この１０装置は、光源１２ならびにウエハ
Ｗ（被検査物Ｗ）表面全面に平行光束の照明光を照射する照明光学系１４と、ウエハＷか
らの回折光を受光する受光光学系１６と、撮像手段１８と、画像処理装置２０とから構成
されている。
【００２０】
光源１２は、例えば水銀ランプ１２ａと、所定の波長域の光を選択的に透過させる干渉
フィルタ１２ｂとから構成される。この干渉フィルタ１２ｂは、所定の波長域の光を透過
させるバンドパスフィルタとして機能し、異なる波長域の光を透過させる複数の干渉フィ
ルタ１２ｂを外部から手動ないし遠隔操作により切替え、光源１２から出射する光の波長
選択が可能な構成となっている。
【００２１】
照明光学系１４は、凹面鏡１４ａから構成される。光源１２が焦点位置となるように凹
面鏡１４ａは配置されているので、光源１２からの拡散光は凹面鏡１４ａにより平行光束
に変換されてウエハＷに向かって照射される。この凹面鏡１４ａは、ウエハＷの全面を照
明可能な口径を有している。
【００２２】
受光光学系１６は、ウエハＷに照明光が照射されたときのウエハＷからの回折光を受光
するもので、ウエハＷ全面からの回折光を取り込むのに十分な口径を有している凹面鏡１
６ａから構成される。なお、本実施の形態の場合は、ウエハＷからのゼロ次回折光（正反
射光）を受光する受光角度で凹面鏡１４ａは配設されており、具体的には照明光学系１４
の凹面鏡１４ａの光軸ＡＸ１とウエハＷ平面とのなす角θ１と、受光光学系１６の凹面鏡
１６ａの光軸ＡＸ２とウエハＷ平面とのなす角θ２とはほぼ等しくなっている。
【００２３】
撮像手段１８は、例えばＣＣＤカメラから構成されており、撮像面で受光した光の強度
を電気信号に変換して多値データとして出力する機能を有している。その機能を果たすた
めに、凹面鏡１４ａに入射した平行光が結像する結像位置に撮像面が配設されている。な
お、凹面鏡１４ａからの光を撮像面に結像するための受光レンズを別途配設しても良い。
【００２４】
続いて、画像処理装置２０には、撮像手段１８からの電気信号が入力される。画像処理
装置２０は、このようにして入力された画像信号から検査対象点に対応する光強度信号を
取り出し、この光強度信号と、データベース２２に予め記録されている信号とのパターン
マッチングを行って、ウエハＷの検査対象点における形状を測定する機能を有している。
【００２５】
データベース２２には、複数パターンの周期的断面構造を有するウエハＷに対して、そ
れぞれ光を照射したときに得られる信号強度データが光の波長をパラメータとして記録さ
れている。図２（ａ）〜（ｄ）には、複数パターンの周期的断面構造の一例として４種類
の周期的断面構造の模式図を示しており、図３には、図２に示された各形状に対してそれ
ぞれ波長１〜波長５の５つの波長域の照明光を照射したときに、計算上得られる回折光強
度のグラフが示されている。この実施の形態の場合、０次回折光を受光したときに計算上
得られる回折光強度のデータが示されている。
【００２６】
画像処理装置２０は、被検査物Ｗに対して複数波長の光を照射したときに得られる光強
度データの波形（「画像データ」といい、波長ごとに取得される）から、検査対象位置に
おける光強度データを波長ごとに抽出し、この波長をパラメータとする光強度データの波
形と、データベース２２に記録されている強度データの波形とのパターンマッチングを行
って、もっとも近似している波形に対応する断面形状を実際の断面形状と推定する。そし
て、ウエハＷの全面に対してこのようなマッチングを行うことにより、最終的にはウエハ
Ｗ全面における断面形状が推定されることになる。
【００２７】
ここで、本発明の原理を説明する。本実施形態の形状検査装置１０は、各波長ごとに得
られる画像データから、検査対象点における光強度データを波長ごとに抽出して得られる
波形と、予めデータベース２２に記録されている回折光強度波形とをマッチングして形状
を測定するものである。この測定が可能となるためには、以下の２つの条件を満たすこと
が前提となる。その条件とは、条件１、被検査物Ｗが同一のパターン形状であっても、照
明光の波長を変化させると受光強度が異なること、及び条件２、照明光の波長が同一であ
っても、被検査物Ｗのパターンが異なると受光強度が異なること、である。なぜなら、照
明光の波長を変化させても受光強度にほとんど変化がないのであれば、また、被検査物Ｗ
のパターンを異ならせても受光強度にほとんど変化がないのであれば、被検査物Ｗのパタ
ーン形状を測定することが出来ないからである。以下、１、２の条件を満たす理由につい
て説明する。
【００２８】
条件１、被検査物Ｗが同一パターンであっても、照明光の波長を変化させると受光強度
が異なる理由は、主に２つある。一方は干渉に基く理由であり、他方は回折に基く理由で
ある。
【００２９】
干渉に基いて受光強度が変化する理由は、波長の変化に応じて光路が異なり干渉光強度
が異なるからである。たとえばパターンが多層構造で形成される場合に、パターンが形成
されている最上層の表面で反射した光と、その下地層と最上層との境界面で反射した光と
の干渉光強度は、光の波長によって異なることになる（それ以外に、各層の厚み、各層の
屈折率なども影響する）。また、下地が複数の層で形成されている場合も、同様の理由に
より、光の波長に応じて干渉光強度が異なる。
【００３０】
続いて、回折に基く理由を説明する。広く知られているように、ｍ次回折光の進行方向
は以下の式であらわされる。
【００３１】
SinΦ１＝SinΦ２＋ｍ・λ／ｐ
ここで、Φ１は照明光の入射角度、Φ２は回折光の出射角度、λは照明光の波長、ｐは
被検査物Ｗの周期的構造パターンの基本ピッチ、ｍは回折光の次数である。この式から明
らかなように照明光の波長λが変化すると、回折光の出射角度Φ２が異なる。このことは
、逆にいうと、撮像手段１８の受光角度が固定されている場合は、照明光の波長の変化に
応じて受光強度が異なることを意味する。
【００３２】
以上の２つの要因により、被検査物Ｗが同一パターンを有していても、照明光の波長の
変化に応じて受光強度のが異なることになる。したがって、図３に示されるように同一の
パターン形状を有していても照明光の波長に応じて受光強度は変化する。本実施の形態に
おいては、ゼロ次回折光を受光する構成であるが、その他の受光角度で回折光を受光する
構成であっても上記理由により受光強度は異なるから、適用可能である。
【００３３】
続いて、条件２、照明光の波長が同一であっても、被検査物Ｗのパターンが異なると受
光強度が異なる理由を説明する。
【００３４】
広く知られているように回折光の強度分布は、パターンの断面形状に応じて変化する。
【００３５】
たとえば、断面の輪郭が正弦波の周期構造に対して光を照射した場合、ほとんど１次回折
光となり、その他の回折光は理論上ほとんど生じない。そして輪郭が正弦波から矩形波に
近づくほど高次回折光の比率が高まる。それゆえ、断面形状が異なると、照明光の波長が
同一であっても受光強度が異なることになる。したがって図３に示されるように同一波長
であっても、パターンに応じて受光強度が異なる。
【００３６】
以上詳述したように、照明光の波長や被検査物Ｗに形成されるパターンに応じて受光強
度が変化する。したがって、これらをパラメータとしてパターンマッチングを行うことに
より精度の高い形状測定を行うことが可能となる。
【００３７】
以下、ラインアンドスペースパターンの形状測定に関する実施例について説明する。
【００３８】
図４は、ピッチが１８０ｎｍでテーパ角度が異なる３種類のラインアンドスペースパタ
ーンを示しており、図５は、この３種類のパターンに対して波長が３５０ｎｍ〜８００ｎ
ｍでＰ偏光の照明光を７５度の入射角度で照射したときの反射率を示すグラフである。な
お反射率は、光源が各波長で同じ強度だと仮定すると、正反射光強度に比例するから、縦
軸は正反射光強度を示してもいる。
【００３９】
各パターンは、凸部の上辺の幅をＷ１、凸部の底辺の幅をＷ２としたときにＷ１／Ｗ２
の値がそれぞれ１．０，０．９，０．７となる台形プロファイルパターンである。
【００４０】
そして図５における実線がＷ１／Ｗ２＝１、一点鎖線がＷ１／Ｗ２＝０．９、二点鎖線
がＷ１／Ｗ２＝０．７の波形である。このような計算は、公知のシミュレーションソフト
を用いることにより容易に行うことが可能である。
【００４１】
図５に示されるように、パターンによって得られる強度は異なる。たとえば、照明光波
長が４００ｎｍの場合は、Ｗ１／Ｗ２＝１、Ｗ１／Ｗ２＝０．９、Ｗ１／Ｗ２＝０．７の
順で強度が強い。しかし、波長が６００ｎｍの場合は、強度の順番は逆転する。
【００４２】
また、パターンが同一であっても波長によって強度が大きく異なることも示されている
。たとえば、Ｗ１／Ｗ２＝１の場合に照明光波長が４００ｎｍのときは概ね０．７である
が、波長が６００ｎｍの場合は０．４程度である。このような波形がデータベース２２に
記録されている。
【００４３】
一方で、実際の被検査物Ｗに対してデータを取得する。具体的には、入射角を約７５度
で固定し、干渉フィルタ１２ｂを切換えて波長３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内の複数の
波長（たとえば６点）について正反射光強度のウエハＷ内分布を画像データとして取得す
る。図６は得られた各画像を模式的に示した図である。図には、ウエハＷの中央右の矩形
部分Ｗ１（露光装置のトラブルによりデフォーカスされた部分）が他の部分Ｗ２の信号強
度と異なることが示されている。
【００４４】
次いで、ウエハＷの同一位置について波長を横軸、撮像手段１８から出力された多値デ
ータを縦軸とした波形と、データベース２２に記録されている波形とのパターンマッチン
グを行ってその位置におけるパターン形状を推定する。
【００４５】
同様の処理を、ウエハＷの全面に対して行って、ウエハＷの全面におけるパターン形状
を測定する。
【００４６】
以上の手順により、ウエハＷの全面における形状測定が行われる。たとえば、図６にお
ける中央右の部分のパターンが図２（ｃ）で、その他の部分のパターンが図２（ａ）であ
るというように形状が測定される。
【００４７】
このような本実施の形態にあっては、照明光の波長を変化させた際に得られる回折光強
度波形を予めデータベース２２に記録されている回折光強度波形とマッチングして形状を
測定するものであるから、従来のマクロ検査装置よりも測定の精度が向上する。
【００４８】
また、ウエハＷの全面に光を照射する構成を採用したから複数箇所における形状測定を
一括して行うことが可能となり、電子顕微鏡よりも測定時間の短縮を図ることが可能とな
る。
【００４９】
なお、受光するのは、正反射光（０次回折光）に限られず任意の角度であって良い。上
述の通り、正反射光以外の角度であっても、波長に応じて受光強度が異なるから同様の測
定が可能なためである。
【００５０】
また、照明範囲は、ウエハＷの全面でなく少なくとも一部の範囲であっても良い。
【００５１】
また、照明範囲は、周期的パターンを少なくとも一部に含んでいれば良い。
【００５２】
また、波長は３５０ｎｍ〜８００ｎｍのものに限られずさらに広範囲にしても良い。
【００５３】
また、波長ごとに光強度を得る手段としては、ブロードな波長範囲の光を照射して、受
光光学系１６で分光をして波長ごとの光強度を得ても良いし、受光側に干渉フィルタを配
置しても良い。
【００５４】
また、周期的パターンは、ラインアンドスペースパターン以外の種々のパターンの形状
測定が可能である。
【００５５】
また、データベース２２に蓄積されるデータは、シミュレーションで得られたデータの
ほか、実際の測定で得られたデータを用いても良い。
【００５６】
また、パターンの種類も三種類に限られない。さらに、パターンの形状としてピッチを
異ならせたものをデータベース２２に記録しても良い。たとえば図７にピッチを２６０ｎ
ｍとして同様の条件でシミュレーションを行って得られる波形を示す。この波形のように
、ピッチを異ならせた波形も含めてパターンマッチングを行うことにより、さらに高精度
の形状測定が可能となる。
【００５７】
また、測定する波長域の数は、複数の波長域であれば求める精度等に応じて種々変形可
能である。
【００５８】
また、測定形状に応じて測定に用いる波長域も種々変形可能であるが、形状に応じた強
度差が大きくなるような波長域を用いることが好適である。
【００５９】
また、下地層の厚さ・屈折率などを加味してシミュレーションを行っても良い。
【００６０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、偏光を調整することにより検査精度の向上を図る形状検査装置３
０に関する。
【００６１】
図８にこの形状検査装置３０の概要を示す模式図を示す。この図に示されるように光源
１２と、凹面鏡１４ａの間に偏光フィルタ１２ｃを配置して、照射される光の偏光を制御
する。そして、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長に対してＰ偏光を照射したときの画像デー
タとＳ偏光を照射したときの画像データをそれぞれ取得する。
【００６２】
一方で、データベース２２には、たとえば第１の実施の形態に示される３種類のパター
ン形状に対して、それぞれ３５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長でＰ偏光を照射したときの光強
度、ならびに、Ｓ偏光を照射したときのシミュレーションによる計算結果が記録されてい
る。図９には、図５のシミュレーションの際にP偏光をS偏光として得られる波形を示す
。
【００６３】
そして、検査対象点についてP偏光で測定した光強度データの波長分布と、シミュレー
ションでP偏光を照射したとして得られた光強度データの波長分布（図５）のマッチング
、ならびに検査対象点についてS偏光で測定した光強度データの波長分布とシミュレーシ
ョンでS偏光を照射したとして得られた光強度データの波長分布（図９）のマッチングと
をそれぞれ行って、いずれの偏光の場合でも類似するパターン形状を検査対象点の実際の
測定形状と推定する。そして、以上の推定をウエハＷの全面について行うことによりウエ
ハＷ全面での形状を推定することが可能となる。
【００６４】
以上のように偏光を異ならせて測定光を照射対象であるウエハＷ全面に２回以上照射し
、それぞれの偏光について第１の実施の形態と同様にマッチングを行うことにより測定精
度の向上を図ることが可能となる。
【００６５】
図１０には、屈折率が１の媒体から屈折率が１．５の場合に光が進行する際の、入射角
度を横軸とし反射係数を縦軸とした関係をＰ偏光（一点鎖線）、Ｓ偏光(実線）それぞれ
の場合について示したグラフである。図からも示されるように、同じ波長で同じパターン
形状に対して測定光を照射しても、偏光に応じて得られる強度は全く異なるため、偏光を
異ならせてそれぞれマッチングを行うことにより精度を向上させることが可能となる。
【００６６】
なお、エリプソメトリー（偏光解析法）の原理を用いて、位相変化を含めて形状測定を
行っても良い。すなわち、既知の偏光状態の測定光を照射し、その反射の際の偏光状態の
変化を測定して、これを解析して被測定物の形状を求めても良い。たとえば、直線偏光を
被測定物に照射して、回折光を偏光フィルタを会してウエハ画像として撮像し、これを直
線偏光に対して偏光フィルタの向きを０°と９０°で行うことにより各位置での偏光状態
の変化を測定し形状を求めても良い。
【００６７】
また、照射する測定光は直線偏光だけに限られず楕円偏光でも良い。その場合は、その
楕円偏光を照射したときの光強度の波長分布をシミュレーションする。
【００６８】
なお、本実施の形態は第１の実施の形態と同様に種々変形可能である。
【００６９】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、測定光の入射角度または受光角度を異ならせて形状測定をする方法で
ある。
【００７０】
たとえば、測定光の入射角度を種々変更させることにより種々の入射角度に対する画像
データ（各点での光強度データから構成される）を測定する。
【００７１】
一方で、種々のパターン形状に対して、種々の入射角度で測定光を照射したときに得ら
れる光強度分布をシミュレーションなどを用いて計算し記憶しておく。
【００７２】
そして、マッチングを行うことによりもっとも類似するパターン形状を実際の形状と推
定する。
【００７３】
この発明によれば、種々の入射角度に対する光強度分布を得ることができるから、単一
の入射角度に対して得られた光強度に基いて検査を行う場合よりも測定の検査精度を向上
させることが可能となる。その理由は図１０に示される。この図に示されるように入射角
度に応じて反射係数は大きく異なることがわかる。したがって種々の入射角度を異ならせ
ることにより測定精度を向上させることが可能となる。
【００７４】
また、第２の実施の形態に示されるように、さらに偏光を異ならせてもよいし、第１の
実施の形態に示されるように、さらに波長を異ならせても良い。
【００７５】
また、入射角度は一定（または可変）とし、受光角度を異ならせても良い。
【００７６】
また、角度を可変させる手段としては、光源やミラーの角度を変える他に、ウエハＷの
位置を変更させる方法を用いても良い。
【００７７】
（第４の実施の形態）
本実施の形態は、本発明に係る形状検査方法を組み込んだ半導体装置の製造方法に関する
ものである。半導体装置の製造工程のうち、リソグラフィにより形成されたレジストパタ
ーンの形状検査、エッチング後の形状検査等に本発明を適用可能である。本発明を用いれ
ば、形状の異常等を精度良く検査することが可能となるから、異常を有するウエハＷの製
造をストップすることにより、無駄な工程を削減することが可能となる。たとえばレジス
トパターンの異常が発見された場合は、レジストを除去し再びリソグラフィ工程によりレ
ジストパターンを形成させることにより歩留まりが向上する。
【００７８】
また、複数のウエハＷについて形状検査を行うことにより、製造装置の異常や製造条件の
異常等を迅速に修正することが可能となる。たとえば、複数の半導体ウエハＷのレジスト
パターンを検査して、いずれのウエハＷについてもほぼ同一の位置に形状異常が検出され
る場合は、露光装置または露光条件に異常が存在する可能性が高いことをいち早く認識で
きるから、その異常を修正することにより歩留まりを向上させることが可能となる。また
、異常検出前にいち早く予防措置を取ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状検査装置の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係り、データベースに記録されている複数の周期的パターンの一例を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係り、波長に対する正反射強度を示すグラフ。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係り、ピッチが１８０ｎｍでテーパ角度が異なる３種類のラインアンドスペースパターンを示す図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係り、波長が３５０ｎｍ〜８００ｎｍでＰ偏光の照明光を７５度の入射角度で照射したときの反射率を示すグラフ。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係り、波長ごとに得られた正反射光強度のウエハＷ内分布の画像を模式的に示した図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係り、ピッチを２６０ｎｍとしてシミュレーションを行って得られる波形を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る形状検査装置の概略構成図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係り、Ｓ偏光の光を照射したとして、シミュレーション上得られる波形図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係り、入射角度を横軸、反射係数を縦軸としたグラフ。
【符号の説明】
【００８０】
１０・・・形状検査装置、１４・・・照明光学系、１８・・・撮像手段、
２２・・・データベース、Ｗ・・・被検査物。
【図１】
2005106754.tif 000003
【図２】
2005106754.tif 000004
【図３】
2005106754.tif 000005
【図４】
2005106754.tif 000006
【図５】
2005106754.tif 000007
【図６】
2005106754.tif 000008
【図７】
2005106754.tif 000009
【図８】
2005106754.tif 000010
【図９】
2005106754.tif 000011
【図１０】
2005106754.tif 000012