(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に対して、紫外域の波長を有する照射光を照射して上記検査対象を照射する照明手段と、
上記照明手段により照明された検査対象の画像を撮像する画像撮像手段と、
上記照明手段により照明された検査対象からの反射光又は透過光を上記画像撮像手段に導く検出光学系と、
上記画像撮像手段により撮像された検査対象の画像を処理、解析することにより上記検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、
上記検査対象は、所定のパターンを形成するためのレジストパターンと、上記照射光の反射を防止する反射防止膜とを備え、
上記照明手段は、上記反射防止膜に対して、当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で上記照射光を照射し、
上記画像撮像手段は、上記レジストパターンを撮像し、
上記検査手段は、上記画像処理手段により撮像されたレジストパターンの画像をもとに、レジストパターンを検査すること
を特徴とする検査装置。
【請求項２】
上記反射防止膜は、上記レジストパターンの下層に設けられること
を特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
上記反射防止膜は、上記レジストパターンの上層に設けられること
を特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項４】
上記照明光は、波長が３５５ｎｍ以下の紫外光であること
を特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項５】
上記照明光は、波長が約２６６ｎｍの紫外光であること
を特徴とする請求項４記載の検査装置。
【請求項６】
上記反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量の照射光が照射された所定の位置には再度上記照射光が照射されないこと
を特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項７】
検査対象に対して照射光を照射してこの検査対象を照射し、照射された検査対象の画像を撮像手段により撮像し、上記撮像手段により撮像された検査対象の画像を処理し解析することで上記検査対象の状態を検査する検査方法であって、
紫外域の波長を有する照射光を、上記検査対象の所定の位置に設けられた反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射し、
上記レジストパターンの画像を上記撮像手段により撮像し、
上記画像処理手段により撮像されたレジストパターンの画像を処理、解析することにより上記レジストパターンを検査すること
を特徴とする検査方法。
【請求項８】
上記反射防止膜は、上記レジストパターンの下層に設けられること
を特徴とする請求項７記載の検査方法。
【請求項９】
上記反射防止膜は、上記レジストパターンの上層に設けられること
を特徴とする請求項７記載の検査方法。
【請求項１０】
上記照明光として、波長が３５５ｎｍ以下の紫外光を用いること
を特徴とする請求項７記載の検査方法。
【請求項１１】
上記照明光として、波長が約２６６ｎｍの紫外光を用いること
を特徴とする請求項１０記載の検査方法。
【請求項１２】
上記反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量の照射光が照射された所定の位置には再度上記照射光を照射しないこと
を特徴とする請求項７記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プロセスのリソグラフィ工程において、半導体ウェハ上に形成されるレジストパターンの状態を検査するのに好適な検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気産業分野におけるデジタル化が進む中で、半導体集積回路の集積度の向上が盛んに行われている。そして、このように高度に集積された半導体集積回路を如何に効率良く低コストで提供できるかが、今後のデジタル電気産業の発展を左右する重要な課題となっている。
【０００３】
半導体集積回路を低コストで効率良く生産するためには、製造プロセス中に発生する問題を迅速に且つ正確に検出することが重要である。このため、微細なパターン、特にレジストパターンを精度良く検査できる検査装置に対する需要が高まっている。
【０００４】
高い解像度を有する検査装置としては、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）等を用いたものが知られている。しかしながら、これら走査電子顕微鏡や原子間力顕微鏡は、検査の際に、検査対象にダメージを与えることが知られており、デザインルールの収縮に伴い、大きな問題となっている。すなわち、検査を行う際に、検査対象にダメージを与えることを回避するためにＳＥＭの電子銃の印加電圧を上げることができず、得られる測定値の精度を上げることができないという問題が生じている。特にレジストへ与えるダメージが大きく、露光現像後のレジストパターンが形成されたウェハを高精度で検査することができない。また、検査中における真空雰囲気中の汚染物質の付着が原因となり、測定毎にパターン寸法が広がっていくという問題もある。
【０００５】
一方、上述した顕微鏡に代わるものとして、露光装置の光源と同程度の短波長光源を使った光ＮＡ光学顕微鏡の開発が進んでいる。一般的に光学顕微鏡は、焦点深度の浅さの観点から微小寸法の高精度計測に不向きである。しかし、レジスト膜厚等のプロセスパラメータが十分管理された状態であれば、光学顕微鏡を使った検査装置であっても、ＳＥＭに匹敵する精度を得ることができる。
【０００６】
これに関しては、例えば測定したいレジストパターンの画像を解析することでレジストパターンのエッジ位置を精度良く求め、エッジの間隔から寸法を計測する線幅を測長する方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体の露光現像工程では、半導体ウェハ上にレジストを塗布し、露光現像することでレジストパターンを形成し、配線パターンで形作る方法が用いられている。そして、近年では、微細なレジストパターンの露光を行うために、ＫｒＦやＡｒＦ等のエキシマレーザを光源として用いている。ところが、これらのレーザ光源を用いた場合には、露光時にレジスト下面からの反射光が干渉して、異常露光の原因になるという問題がある。この異常露光を避けるために、図６に示すようにレジストパターン１１３の下層、すなわち半導体ウェハ１１１側にＢＡＲＣ（Ｂａｃｋ  ＡＲ  Ｃｏａｔ）１１２と呼ばれる紫外線吸収材料を塗布する手法が用いられている。しかしながら、ＢＡＲＣ１１２は、一般に有機物からなり、紫外線を照射すると紫外線を吸収する分子が破壊されるため、吸収率が低くなるという性質を有する。そのため、図７に示すように、検査に紫外光源を用いた光学顕微鏡を用いた場合には、紫外光の照射量に伴ってレジストパターン下地の輝度が明るくなり、画像が変化してしまう問題がある。そして、このレジストパターンの下層のＢＡＲＣ１１２の変質による画像変化が、測定するレジストパターンのエッジ間隔において数ｎｍに相当する変位を伴うため、測定精度に悪影響を及ぼし、精度良く検査することができないという問題がある。
【０００８】
また、最近では、レジスト上層にＴＡＲＣ（Ｔｏｐ  ＡＲ  Ｃｏａｔ）と呼ばれる紫外線吸収材料を塗布する技術が開発されつつあるが、この場合も、上述したＢＡＲＣを用いたときと同様の問題が生じる。
【０００９】
したがって、本発明は、以上のような実情に鑑みて創案されたものであって、異常露光が防止され、レジストパターンの検査を精度良く且つ適切に行うようにした検査装置及び検査方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る検査装置は、検査対象に対して紫外域の波長を有する照射光を照射して検査対象を照射する照明手段と照明手段により照明された検査対象の画像を撮像する画像撮像手段と照明手段により照明された検査対象からの反射光又は透過光を画像撮像手段に導く検出光学系と画像撮像手段により撮像された検査対象の画像を処理、解析することにより検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、検査対象は、所定のパターンを形成するためのレジストパターンと照射光の反射を防止する反射防止膜とを備え、照明手段は、反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射し、画像撮像手段は、レジストパターンを撮像し、検査手段は、画像処理手段により撮像されたレジストパターンの画像をもとにレジストパターンを検査することを特徴とするものである。
【００１１】
この検査装置によれば、検査対象に設けられたレジストパターンが照明手段により紫外域の波長を有する照明光で照明される。そして、紫外域の波長を有する照明光で照明されたレジストパターンの画像が、結像光学系により画像撮像手段に導かれ、画像撮像手段により撮像される。撮像手段により撮像されたレジストパターンの画像は、検査手段に取り込まれ、処理、解析される。この検査手段により処理、解析されるレジストパターンは、非常に短波長の光である紫外域の波長を有する照明光で照明されたレジストパターンの画像である。したがって、この画像処理手段により処理されたレジストパターンの画像を解析することでレジストパターンの状態を非常に精度良く測長することができる。さらに、この検査装置では、反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射する。したがって、この検査装置では、反射防止膜の紫外線吸収が飽和された状態で測長が行われるため、紫外域の波長を有する照明光の照射量に起因した測長精度の悪化が防止される。
【００１２】
本発明に係る検査方法は、検査対象に対して照射光を照射してこの検査対象を照射し、照射された検査対象の画像を撮像手段により撮像し、撮像手段により撮像された検査対象の画像を処理し解析することで検査対象の状態を検査する検査方法であって、紫外域の波長を有する照射光を検査対象の所定の位置に設けられた反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射し、レジストパターンの画像を上記撮像手段により撮像し、画像処理手段により撮像されたレジストパターンの画像を処理、解析することによりレジストパターンを検査することを特徴とするものである。
【００１３】
この検査方法によれば、まず、紫外域の波長を有する照射光を検査対象の所定の位置に設けられた反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射し、検査対象に設けられたレジストパターンを照明手段により紫外域の波長を有する照明光で照明する。そして、紫外域の波長を有する照明光で照明されたレジストパターンの画像を結像光学系により画像撮像手段に導き、画像撮像手段により撮像する。そして、撮像手段により撮像したレジストパターンの画像を、検査手段に取り込み、検査手段により処理、解析する。この検査手段により処理、解析するレジストパターンは、非常に短波長の光である紫外域の波長を有する照明光で照明されたレジストパターンの画像である。したがって、このレジストパターンの画像を処理、解析することでレジストパターンの状態を非常に精度良く且つ適切に測長することができる。さらに、この検査方法は、測長前に、予め、反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射する。したがって、この検査装置では、反射防止膜の紫外線吸収を飽和させた後に測長を行うため、紫外域の波長を有する照明光の照射量に起因した測長精度の悪化が防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されることは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１５】
本発明は、紫外線光源を用いた光学顕微鏡を用いており、紫外域の波長を有する照明光を用いて半導体ウエハ等に形成されたレジストパターンを照明し、撮像した画像を処理し解析することによって、例えばレジストパターンのエッジ位置を検出して線幅の管理等を行うようにしたものである。
【００１６】
このように光学顕微鏡を用いる場合、光学顕微鏡は、焦点深度が浅いため、測定する検査対象は、焦点方向について高精度に位置決めする必要がある。一般に焦点方向のずれは、検査対象を結像した画像に大きく影響するため、測定精度を悪化させる要因になる。そのため、高精度な自動焦点機構が必要となる。そこで、測定時には、焦点方向に位置を掃引しながら複数の画像を撮像し、それらの画像のうち最も合焦面に近い画像を選出した後、その画像の測長を行う。このような方法を用いることにより、自動焦点に要求される焦点精度を焦点面掃引範囲程度まで緩めた場合においても、良好な測定精度を維持することができる。
【００１７】
ところが、上述したような方法で、複数の画像を撮像する場合、照射光の照射時間、すなわち照射光の照射光量によって検査対象に設けられた反射防止膜であるＢＡＲＣ（Ｂａｃｋ  ＡＲ  Ｃｏａｔ）やＴＲＡＣ（Ｔｏｐ  ＡＲ  Ｃｏａｔ）（以下、総称してＡＲＣと呼ぶ。）の紫外線吸収率が変化してしまうため、焦点面掃引の開始時と終了時とでのＡＲＣの状態が異なるという問題がある。
【００１８】
例えば、自動焦点の精度によっては、測定に用いられる画像である合焦面が取り込み掃引範囲の前半に現れる場合がある。この場合、測定に用いられる画像を撮像した時点では、検査対象に照射された紫外光の光量は少ない。
【００１９】
また、自動焦点の精度によっては、測定に用いられる画像である合焦面が取り込み掃引範囲の後半に現れる場合もある。この場合、測定に用いられる画像を測定した時点の、検査対象に対する紫外光の照射量は前者に比べて多くなる。
【００２０】
このように、合焦面がどの段階で撮像した取り込み画像に現れるかによって、検査対象に照射される紫外光照射量に差が生じてしまう。そして、紫外光の照射量によって、ＡＲＣでの紫外線吸収量及び紫外光反射量に差が生じ、これに起因して、撮像した画像が変化してしまう。このときの、画像の変化は、測定するレジストパターンのエッジ間隔において、数ｎｍに相当するため、合焦面の取り込み掃引範囲により測定条件が異なったものとなり、測定値にばらつきが生じてしまう。
【００２１】
また、繰り返して測定を行う場合などにおいても、同様に測定毎の紫外光の累計照射量が異なり、測定回数により測定条件が異なったものとなるため、測定値にばらつきが生じてしまう。
【００２２】
したがって、検査対象に対する紫外光の照射量に起因して測定値にばらつきが生じてしまうため、精度及び再現性の良い線幅測長を行うことができない。
【００２３】
図１に、ウェハ上に形成したレジストパターンの測定を３回行ったときの、１回〜３回目のパターンプロファイルの変化を示す。
【００２４】
図１から判るように、測定毎にレジストパターンのプロファイルが変化している。これは、測定を繰り返す毎に、レジストパターンに照射される紫外光の累積光量が増加し、それに伴ってＡＲＣの紫外線吸収量が減少することによりＡＲＣでの紫外光の反射率が高くなり、レジストパターンのプロファイルの変化を誘発するからである。そして、このレジストパターンのプロファイルの変化によってサブピクセルのエッジ間隔に変化が生じ、測長精度が悪化することとなる。
【００２５】
そこで、本発明においては、紫外光の照射量の違いによりレジストパターンのプロファイルの変化が生じないようにしてレジストパターンの測長を行う。すなわち、測長を行う前に予め、ＡＲＣに所定の光量の紫外線レーザを照射することにより、ＡＲＣの紫外線吸収が飽和した状態とする。そして、ＡＲＣの紫外線吸収が飽和した状態でレジストパターンを撮像し、レジストパターンの線幅を求める。
【００２６】
測長前に予めＡＲＣを紫外線吸収が飽和した状態とすることにより、合焦面の取り込み掃引範囲のどの段階においてもＡＲＣは紫外線を吸収することは無く、その結果として、ＡＲＣにおける紫外光の反射量は一定とされる。換言すると、測長前に予めＡＲＣを紫外線吸収が飽和した状態とすることにより、紫外光の照射量によって、レジストパターンのプロファイルに変化が生じることが無くなる。すなわち、測長する画像データが、合焦面の取り込み掃引範囲のどの段階で撮像されたものであっても、レジストパターンのプロファイルに変化が生じることが無くなり、精度の良い測定値を得ることができる。
【００２７】
また、測定値が紫外光の照射量によらないことから、繰り返し測定を行った場合においても、レジストパターンのプロファイルに変化が生じることが無くなり、精度の良い測定値を得ることができる。
【００２８】
したがって、測長を行う前に予め、ＡＲＣに所定の光量の紫外線レーザを照射してＡＲＣの紫外線吸収が飽和した状態とすることにより、極めて再現性及び精度良くレジストパターンの線幅測長をすることが可能となる。
【００２９】
ここで、本発明を適用した検査装置について、具体的に説明する。
【００３０】
本発明を適用した検査装置の一構成例を図２に示す。この図２に示す検査装置１は、半導体ウェハ上に反射防止膜を介して形成されたレジストパターンの状態を検査するものであり、レジストパターンが形成された半導体ウェハ１００を移動可能に支持する可動ステージ２と、紫外域の波長を有する照明光を出射する紫外線固体レーザ装置３と、紫外線固体レーザ装置３から出射された照明光の照射光量を調整するためのシャッタとなる音響光学素子４と、照明光により照明されたレジストパターンの画像を撮像する紫外光用ＣＣＤカメラ５と、照明光により照明されたレジストパターンの画像をＣＣＤカメラ５に結像させる結像光学系６と、ＣＣＤカメラ５により撮像されたレジストパターンの画像を処理する画像処理用コンピュータ７と、検査装置１全体の動作を制御する制御用コンピュータ８とを備えている。
【００３１】
可動ステージ２は、例えば、当該可動ステージ２上に設置された半導体ウェハ１００を水平方向に移動させるためのＸステージ及びＹステージと、半導体ウェハ１００を垂直方向に移動させるためのＺステージと、半導体ウェハ１００を回転させるためのθステージと、半導体ウェハ１００を吸着して当該可動ステージ２上に固定させるための吸着プレートとを備える。そして、可動ステージ２は、制御用コンピュータ８の制御のもと、以上の各ステージを動作させることで、吸着プレートにより吸着された半導体ウェハ１００の検査する箇所を所定の検査位置へと移動させる。
【００３２】
紫外線固体レーザ装置３は、ＹＡＧレーザ等の固体レーザを非線形光学結晶を用いて波長変換し、例えば、波長が２６６ｎｍ程度の深紫外（ＤＵＶ：Deep Ultra Violet）レーザ光を出射するようになされている。
【００３３】
検査装置の検査能力は、検査対象に照射する照明光の波長に依存し、照明光の波長が短波長である方がより微細なパターンの検査が可能となる。検査装置１では、照明光の光源として紫外線固体レーザ装置３が用いられ、短波長の深紫外レーザ光で半導体ウェハ１００を照明するようになされているので、微細なパターンの検査が可能である。また、紫外線固体レーザ装置３は、装置自体が小型であり、水冷が不要である等、取り扱い上でも優れており、検査装置１における照明光の光源として最適である。なお、波長が２６６ｎｍの深紫外レーザ光は、ＹＡＧレーザの４倍波として得られる。
【００３４】
音響光学素子４は、検査対象のレジストパターン１０２に照射する照明光の照射光量を機械的に制御するものである。そして、シャッタとなる音響光学素子４は、その開閉が制御用コンピュータ８により制御され、音響光学素子４を透過する照明光の光量を調整するように構成されている。こうすることにより、レジストパターンに照射する照明光の照射光量を適切な値に調整することが可能とされる。また、音響光学素子４は、後述するＣＣＤカメラ５と同期して動作するように構成されている。
【００３５】
紫外光用ＣＣＤカメラ５は、例えば、紫外光に対して高い感度が得られるように構成されたＣＣＤカメラであり、例えば、波長が約２６６ｎｍの深紫外レーザ光に対して、約３０％以上の量子効率が得られるものである。また、この紫外光用ＣＣＤカメラ５は、ＣＣＤチップがペルチェ素子により５℃程度まで冷却される構成となっており、この紫外光用ＣＣＤカメラ５により撮像された画像データを画像処理用コンピュータ７に転送する際に発生する読み出し雑音や熱雑音を大幅に低減することができるようになされている。
【００３６】
結像光学系６は、紫外光用対物レンズ１１と結像レンズ１２とを備えており、照明光により照明されたレジストパターンの画像を所定の結像倍率で紫外光用ＣＣＤカメラ５に結像させるものである。
【００３７】
ここで、図２に示す検査装置１を用いて、半導体ウェハ１００上に反射防止膜であるＢＡＲＣ１０１を介して形成されたレジストパターンの線幅を検査する方法について説明する。先ず、図３に示すように、反射防止膜であるＢＡＲＣ１０１を介してレジストパターン１０２が形成された半導体ウェハ１００が、可動テーブル２上に設置される。そして、可動テーブル２が制御用コンピュータ７の制御のもとで駆動され、半導体ウェハ１００が移動操作されることによって、検査する箇所のレジストパターン１０２が所定の検査位置に位置決めされる。
【００３８】
次に、制御用コンピュータ７の制御のもとで紫外線固体レーザ装置３が駆動され、紫外線固体レーザ装置３から、例えば、波長が約２６６ｎｍの深紫外レーザ光が出射される。紫外線固体レーザ装置３から出射された深紫外レーザ光は、音響光学素子４に入射する。
【００３９】
音響光学素子４は、制御用コンピュータ８の制御により照明光のオン・オフを行い、検査対象のレジストパターン１０２に照射する照明光の照射光量を制御する。
【００４０】
この検査装置１では、制御用コンピュータ８により制御される音響光学素子４を用いて、検査対象のレジストパターン１０２に照射する照明光の照射光量を制御するようにしているので、照明光の照射光量の制御を適切且つ簡便に行うことが可能である。また、この検査装置１では、紫外光用ＣＣＤカメラ５のシャッタと同期させて、検査対象のレジストパターン１０２に照明光を照射させるため、照明光の照射を効率良く行うことができる。
【００４１】
音響光学素子４を透過した深紫外レーザ光の１次回折光（照明光）は、紫外線用光ファイバ１３により光学系の部分に導かれる。そして、この照明光は、レンズ１４を透過して、ビームスプリッタ１５に入射し、ビームスプリッタ１５により反射された照明光が、紫外光用対物レンズ１１を介して、可動テーブル２上に設置された半導体ウェハ１００のレジストパターン１０２に照射される。これにより、検査対象のレジストパターン１０２が、光量制御された深紫外レーザ光である照明光により照明されることになる。
【００４２】
この検査装置１では、検査対象のレジストパターン１０２は、レジストパターンの線幅を検査する前に、上述した深紫外レーザ光の１次回折光を所定の光量だけ、例えば２００ｍＪ／ｃｍ2に相当するエネルギー量だけ照射されることとなる。これにより、反射防止膜であるＢＡＲＣ１０１は、紫外線吸収が飽和した状態とされる。ここで、ＢＡＲＣ１０１は、紫外線吸収が飽和した状態とされることにより、紫外光を照射しても、吸収することは無く、すべて反射することとなる。すなわち、ＢＡＲＣ１０１は、紫外線吸収が飽和した状態とされた後に、レジストパターンの線幅を検査するために紫外光を照射しても紫外光を吸収すること無く、一定の状態に保たれることとなる。
【００４３】
照明光により照明されたレジストパターン１０２からの反射光は、紫外光用対物レンズ１１を透過して、ビームスプリッタ１５に入射する。そして、ビームスプリッタ１５を透過したレジストパターン１０２からの反射光が、結像レンズ１２を介して紫外光用ＣＣＤカメラ５に入射する。これにより、紫外光用対物レンズ１１により拡大された、図４に示すようなレジストパターン１０２の画像が、紫外光用ＣＣＤカメラ５により撮像されることになる。
【００４４】
ここで、紫外光用対物レンズ１１としては、例えば、開口数ＮＡが０．９程度の高開口数のレンズが用いられている。この検査装置１では、照明光として短波長の深紫外レーザ光を用いると共に、紫外光用対物レンズ１１として高開口数のレンズを用いることで、より微細なパターンの検査が行えるようになされている。また、紫外光用対物レンズ１１は、例えば、波長が２６６ｎｍ程度の紫外光に対して収差が低減されるような対策が施されている。
【００４５】
また、紫外光用対物レンズ１１は、制御用コンピュータ８の制御のもとで駆動されるフォーカス調整機構１６により、検査対象のレジストパターン１０２に近接離間する方向に移動可能とされており、制御用コンピュータ８の制御によりフォーカス調整ができるようになされている。
【００４６】
紫外光用ＣＣＤカメラ５により撮像されたレジストパターン１０２の画像は、画像処理用コンピュータ７に取り込まれる。そして、画像処理用コンピュータ７が、この取り込んだレジストパターン１０１の画像を処理することによって、図５に示すような光の強度プロファイルが作成される。
【００４７】
この図５に示す強度プロファイルは、凹凸パターンであるレジストパターン１０２により回折された照明光が、その段差近辺で干渉することによって得られるものであり、レジストパターン１０２の凹凸に対応したものとなっている。すなわち、この強度プロファイルに現れる大きな山の部分（図５におけるａの部分）は、レジストパターン１０２の凹部に対応しており、２つの大きな山の間の部分（図５におけるｂの部分）が、レジストパターン１０２の凸部に対応している。そして、この強度プロファイルには、２つの大きな山の間にそれぞれ小さな山が現れており、この小さな山と大きな山との間に谷となるピークが現れている。この谷となるピークは、レジストパターン１０２の凹部と凸部との境界部分（以下、パターンエッジという。）に対応している。
【００４８】
本発明を適用した検査装置１では、以上のように、レジストパターン１０２のパターンエッジに対応して谷となるピークが現れる強度プロファイルが得られるので、この強度プロファイルからレジストパターン１０２の凸部の幅（線幅）を測定することが可能である。すなわち、検査装置１により得られる強度プロファイルにおいては、２つの谷となるピークの間が凸部の幅に対応しているので、これら２つの谷となるピーク間の距離を求めれば、レジストパターン１０２の線幅を測定することができる。
【００４９】
ここで、画像処理用コンピュータ７により作成された強度プロファイルから、レジストパターン１０２の線幅を測定する方法について説明する。
【００５０】
画像処理用コンピュータ７により作成された強度プロファイルからレジストパターン１０２の線幅を測定するには、先ず、この強度プロファイルの谷の部分を２次関数でフィッティングする。そして、この２次関数の極値を谷の部分のピークとして検出する。これにより、レジストパターン１０２のパターンエッジに対応した谷の部分のピークの位置を、紫外光用ＣＣＤカメラ５のピクセルサイズ以下の高い精度で求めることができる。
【００５１】
次に、隣り合う２つの谷のピーク間の距離を測定する。この２つの谷のピーク間の距離が、レジストパターン１０２の線幅に対応するものである。ここで得られる２つの谷のピーク間の距離（レジストパターン１０２の線幅の観察値）は、レジストパターン１０２の線幅の実際の値（絶対値）とは異なる値であるが、これらはほぼ直線的な関係にあるので、予め走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）等を用いて、レジストパターン１０２の線幅の絶対値に対する観察値の割合を求めておけば、強度プロファイルから測定されたレジストパターン１０２の線幅の観察値を補正することによって、その絶対値を求めることができる。
【００５２】
以上のように、画像処理用コンピュータ７により作成された強度プロファイルからレジストパターン１０２の線幅を求めるようにすれば、レジストパターン１０２の線幅をナノメートルのオーダーで精度良く測定することができ、また、レジストパターン１０２の線幅に変動が生じた場合には、その線幅の変動を精度良く検出することができる。
【００５３】
また、例えば、半導体集積回路のパターンが積層構造を有するパターンである場合には、下層パターンに対応したレジストパターンのパターンエッジと、上層パターンに対応したレジストパターンのパターンエッジをそれぞれ特定し、これらのパターンエッジの位置のばらつきを検査することで、積層構造を有するパターンの重ね合わせの位置ずれを精度良く検出することができる。
【００５４】
なお、検査するレジストパターン１０２が直線的なパターンである場合には、複数ラインの検査結果を平均化することによって、その線幅をさらに精度良く測定することが可能である。すなわち、上述したように、紫外光用ＣＣＤカメラ５によるショット雑音の低減には限界があるので、このショット雑音に起因して、各ライン間に測定精度のばらつきが生じる場合がある。しかしながら、複数ラインの検査結果を平均化して、その平均値をレジストパターン１０２の線幅とすれば、各ライン間の測定精度のばらつきも平均化されることになるので、レジストパターン１０２の線幅をさらに高精度に求めることができる。
【００５５】
ところで、この検査方法では、紫外光を照明光として用いているために、紫外光用対物レンズ１１と検査対象のレジストパターン１０２との間の距離を、紫外光用対物レンズ１１の焦点距離に正確に一致させるフォーカス調整を行うことは困難である。
【００５６】
そこで、本発明に係る検査方法においては、上述した可動ステージ２のＺステージを移動させ、検査するレジストパターン１０２の合焦点位置付近まで祖調し、音響光学素子４を制御してレジストパターン１０２に所定の照射量の紫外光を照射して反射防止膜であるＢＡＲＣ１０１の紫外線吸収を飽和させる。
【００５７】
そして、可動ステージ２のＺステージを微動させることで検査するレジストパターン１０２の垂直方向の位置を僅かに、例えば焦点位置の前後１μｍを５０ｎｍステップで移動させながら、それぞれの位置でレジストパターン１０２の画像を撮像する。このとき、各位置で音響光学素子４と紫外光用ＣＣＤカメラ５とを同期させ、レジストパターン結像画像データを画像処理用コンピュータ７に取り込む。
【００５８】
そして、撮像された複数の画像の中から最適な画像を選択して、この最適な画像をもとにレジストパターン１０２の検査を行う。
【００５９】
こうすることにより、紫外光用対物レンズ１１と検査対象のレジストパターン１０２との間の距離を、紫外光用対物レンズ１１の焦点距離に正確に一致させるフォーカス調整を行わなくても、短波長の紫外光を照明光として有効に用いて適切な検査を行うことが可能となる。
【００６０】
以上、詳説したように、本発明に係る検査方法では、測長を行う前に、予め、反射防止膜であるＢＡＲＣ１０１に、所定の照射量の紫外光を照射して、ＢＡＲＣ１０１の紫外線吸収を飽和させる。したがって、紫外光の照射量によってレジストパターンのプロファイル、すなわち、撮像されたレジストパターンの画像に変化が生じることが無いため、紫外光の照射量により左右されずに、極めて再現性及び精度良くレジストパターンの線幅測長を行うことができる。
【００６１】
なお、以上は、光源である紫外線固体レーザ装置３から出射された深紫外レーザ光を、音響光学素子４を用いた機械的なシャッタ手段によって、検査対象のレジストパターン１０２に照射する照明光の照射光量を制御するようにした検査装置１を例に挙げて説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、例えば、照明光を変調する変調手段として、音響光学素子４の代わりに、音響光学変調器を用いても良い。
【００６２】
音響光学変調器は、音響光学効果を利用した光変調器である。この音響光学変調器では、ブラッグ回折或いはデバイ・シアース効果における１次回折光の強度が超音波パワーにほぼ比例するので、音響光学変調器に入力するＲＦ信号を制御して超音波パワーを変調することにより、１次回折光の強度を電気的に調整することができる。上述した検査装置１では、紫外線固体レーザ装置３から出射された照明光をこの音響光学変調器に入射させ、この音響光学変調器より回折された１次回折光を検査対象となるレジストパターンに照明光として照射するように用いることができる。そして、上述した検査装置１に用いる場合には、音響光学変調器に入力するＲＦ信号を制御用コンピュータ８により制御することによって、レジストパターンに照射する照明光の照射光量を調整することができる。
【００６３】
また、上述した方法においては、繰り返し測長を行う場合においても、検査対象において、一度所定の照射光量の照明光を照射してＢＡＲＣ１０１を飽和させた所定の部位には、再度所定の照射光量の照明光は照射しないように、制御用コンピュータ８により制御することが好ましい。こうすることにより、測定時間の短縮を図ることが可能となり、装置のスループット向上を図ることができる。また、一般にレジストは、紫外線の照射により収縮する傾向があるため、不要な照明光の照射を行わないことで、紫外光の照射によるレジスト収縮を抑制することができる。
【００６４】
また、上述した例では、波長が約２６６ｎｍの深紫外レーザ光を出射する紫外線固体レーザ３を光源として用いるようにしているが、それ以外のものを光源として用いるようにしても良い。ただし、微細なレジストパターン１０２を精度良く検査するためには、照明光の波長が短い方が有利であるので、本発明では、３５５ｎｍ以下の紫外域の波長を有する光を照明光として用いるようにしている。なお、波長が３５５ｎｍの紫外レーザ光は、ＹＡＧレーザの３倍波として得られる。
【００６５】
また、上述した例では、半導体集積回路のパターンを形成するためのレジストパターンを検査するようにしているが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、微細構造を有するあらゆるレジストパターンの検査に対して、有効に適用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る検査装置では、波長の短い紫外域の光を照明光として用い、レジストパターンの線幅測長前に予め、反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光が照射される。したがって、この検査装置では、反射防止膜の紫外線吸収が飽和された状態でレジストパターンの線幅測長が行われるため、紫外域の波長を有する照明光の照射量に起因した測長精度の悪化を防止することが可能であり、微細な構造のレジストパターンを、レジストパターンの変形を生じさせること無く、適切に且つ精度良く検査することができる。
【００６７】
また、本発明に係る検査方法では、波長の短い紫外域の光を照明光として用い、レジストパターンの線幅測長前に予め、反射防止膜に対して当該反射防止膜の紫外線吸収が飽和する照射光量で照射光を照射する。したがって、この検査方法によれば、反射防止膜の紫外線吸収が飽和された状態でレジストパターンの線幅測長を行うため、紫外域の波長を有する照明光の照射量に起因した測長精度の悪化を防止することが可能であり、微細な構造のレジストパターンを、レジストパターンの変形を生じさせること無く、適切に且つ精度良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像処理用コンピュータにより作成される強度プロファイルの一例を示す図である。
【図２】本発明を適用した検査装置の一構成例を示す図である。
【図３】レジストパターンが形成された半導体ウェハが可動テーブル上に設置された状態を拡大して示す図である。
【図４】撮像素子により撮像されたレジストパターンの画像を示す図である。
【図５】画像処理用コンピュータにより作成される強度プロファイルの一例を示す図である。
【図６】半導体ウェハ上にＢＡＲＣを介してレジストパターンが形成された状態を拡大して示す断面図である。
【図７】紫外光の照射量と、ＢＡＲＣでの反射強度との関係を示した特性図である。
【符号の説明】
１  検査装置、２  可動テーブル、３  紫外線固体レーザ装置、４音響光学素子、５  紫外線用ＣＣＤカメラ、６  結像光学系、７  画像処理用コンピュータ、８  制御用コンピュータ、１００  半導体ウェハ、１０１  ＢＡＲＣ、１０２レジストパターン、１１１  半導体ウェハ、１１２  ＢＡＲＣ、１１３レジストパターン
【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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