(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層集積回路ウェーハなどの上部層にある光を通さない導線パターンを、下部層のパターンを除外して光学的に検査する方法において、
所定の周波数領域内のレーザ光に応答して蛍光を発する材料の上部層に導線パターンを形成するステップであって、この蛍光周波数は、前記所定の周波数領域内の周波数とは異なることからなる、ステップと、
向かい合わせに傾斜した角度で入射する一対のビームに沿って、前記所定の周波数領域内のレーザ光を前記上部層に向けて送るステップと、
各レーザー光により、個別に生成した前記材料からの蛍光の和を形成することによって、前記上部層に前記一対のビームを方向付けること、照射された上部層が下部層を背景マスクする蛍光を発したことに応答して、かつ、これによって導線パターンが暗い線として見えるようにして、前記上部層からの前記異なる周波数の蛍光を光学的に検査するステップと、
前記一対のレーザ光の動作を調整して、周波数うなりを生成する可能性がある周波数コヒーレンスを回避するステップと、
前記一対のビームの向かい合わせに傾斜した角度を調整して、暗い導線として誤って解釈されうる、隣接する導線間にある該導線の近接したエッジ間の暗い影の領域の発生を回避するステップ
からなる、方法。
【請求項２】
前記一対のビームを一対の別々のレーザから発生することにより、ビームパワーを増大させる、請求項１の方法。
【請求項３】
共通のレーザビームを光学的に分割することによって前記一対のビームを生成する、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記和を形成することが、
前記上部層を走査するに従い、時間遅延積分ＣＣＤの画素センサの連続する行に沿って前記ＣＣＤ内の蛍光をモニタするステップであって、この場合に、前記ＣＣＤ内に集積された電荷を、上記走査の速度と同じ速度で電気的にシフトすることからなる、ステップと、
前記ＣＣＤに沿って異なるグループの行を照射するよう各レーザビームを位置決めするステップを含んでいる、請求項１、２または３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
最初に各レーザビームをほぼ円形のビームに拡大し、次に、円柱レンズを通して、前記上部層に入射するためのスリット状のレーザ光として作用するようにそのビームを平らにすることからなる、請求項１ないし４のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項６】
多層集積回路ウェーハなどの上部層にある光を通さない導線パターンを、下部層のパターンを除外して光学的に検査するための装置において、
所定の周波数領域内のレーザ光に応答して蛍光を発する材料の上部層に導線パターンが形成され、この場合、この蛍光の周波数は、前記所定の周波数領域とは異なるものであって、
前記所定の周波数のレーザ光を生成し、このレーザ光を、向かい合わせに傾斜した角度で前記上部層の両側から入射する一対のビームに沿って前記上部層に向けて送るための手段と、
各レーザー光により、個別に生成した前記材料からのモニターされる蛍光信号の正味の和を生成するように有効にシフトされることによって、前記上部層をスキャンするＣＣＤカメラを含み、照射された上部層が下部層を背景マスクする蛍光を発したこと、前記上部層に前記一対のビームを方向付けることに応答して、かつ、これによって導線パターンが暗い線として見えるようにし、前記上部層からの前記異なる周波数の蛍光を光学的に検査するための手段と、
前記一対のレーザ光の動作を調整して、周波数うなりを生じる可能性がある周波数コヒーレンスを回避するための手段と、
一対のビームの前記向かい合わせに傾斜した角度を調整して、暗い導線として誤って解釈されうる、隣接する導線間にある該導線の近接したエッジ間の暗い影の領域の発生を回避するための手段との組み合わせにかかる、装置。
【請求項７】
前記一対のビームを一対の別々のレーザから発生するための手段により、ビームパワーを増大させる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
共通のレーザビームを光学的に分割するための手段によって、前記一対のビームを生成する、請求項６または７のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項９】
前記ＣＣＤカメラが、画素センサの連続する行を有する時間遅延積分ＣＣＤにおける蛍光をモニタするための手段と、
所定の速度で前記上部層を走査するに従い、前記行を走査するための手段と、
前記ＣＣＤ内に集積された電荷を、上記走査の速度と同じ速度で電気的にシフトするための手段と、
前記ＣＣＤに沿って異なるグループの行を照射するよう各レーザビームを位置決めするための手段、を有する請求項６、７または８のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１０】
最初に、ビーム拡大レンズによって各レーザビームをほぼ円形のビームに拡大し、次に、円柱レンズを通して、前記上部層に入射するためのスリット状のレーザ光として作用するようにそのビームを平らにする、請求項６ないし９のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１１】
多層集積回路ウェーハなどの上部層にある光を通さない導線パターンを、下部層のパターンを除外して光学的に検査する方法において、
所定の周波数領域内のレーザ光に応答して蛍光を発する材料の上部層に導線パターンを形成するステップであって、この蛍光の周波数は、前記所定の周波数領域とは異なることからなる、ステップと、
傾斜した角度で、前記所定の周波数のレーザ光を前記上部層に向けて送るステップと、  ＣＣＤカメラを用いて、各レーザー光により、個別に生成した前記材料からのモニターされる蛍光信号の和を有効に形成することによって、前記上部層に前記レーザ光を方向付け、照射された上部層が下部層を背景マスクする蛍光を発したことに応答して、かつ、背景に導線パターンが暗い線として見えるようにして、前記上部層からの前記異なる周波数の蛍光を光学的に検査するステップと、
前記傾斜した角度を調整して、暗い導線として誤って解釈されうる、隣接する導線間にある該導線の近接したエッジ間における暗い影の領域の発生を最小限にするステップ
からなる、方法。
【請求項１２】
レーザ光を、最初にほぼ円形のビームに拡大し、次に、前記上部層に前記傾斜した角度で入射するためのスリット状のレーザ光として作用するように平らにすることからなる、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記ＣＣＤカメラが画素センサの連続する行を有する時間遅延積分ＣＣＤであり、前記検査が、前記上部層を走査するに従い、画素センサの連続する行に沿って前記ＣＣＤとともに蛍光をモニタし、前記ＣＣＤ内に集積された電荷を、上記走査の速度と同じ速度で電気的にシフトすることによって実行される、請求項１１または１２のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１４】
前記材料が、レジストであって、可視光を通過させ、約４８８〜５１４ｎｍの波長範囲内のレーザ光によって励起されて、約６００〜７００ｎｍの波長範囲の可視光を放出することからなる、請求項１１、１２または１３のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１５】
多層集積回路ウェーハなどの上部層にある光を通さない導線パターンを、下部層のパターンを除外して光学的に検査するための装置において、
所定の周波数領域内のレーザ光に応答して蛍光を発するレジスト材料の上部層に導線パターンが形成され、この場合、この蛍光の周波数は、前記所定の周波数領域の周波数とは異なるものであって、
レーザ光を生成し、このレーザ光を、前記上部層に対して傾斜した角度で入射するビームに沿って前記上部層に方向付ける手段と、
前記上部層にビームを方向付け、これによって前記材料からのモニターされたレーザー誘導発光信号の和を形成し、照射された上部層が下部層を背景マスクする蛍光を発したことに応答して、かつ導線パターンが暗い線として見えるようにして、前記上部層から前記異なる周波数の蛍光を光学的に検査するためのＣＣＤカメラ手段と、
前記ビームの傾斜した角度を調整して、暗い導線として誤って解釈されうる、隣接する導線間にある該導線の近接したエッジ間における暗い影の領域の発生を最小限にするための手段との組み合わせにかかる装置。
【請求項１６】
画素センサの連続する行を有する時間遅延積分ＣＣＤカメラにおける蛍光をモニタするための手段と、
所定の速度で前記上部層を走査するに従い、前記行を走査するための手段と、
前記時間遅延積分ＣＣＤ内に集積された電荷を、上記走査の速度と同じ速度で電気的にシフトするための手段
によって、前記総和を実行することからなる、請求項１５の装置。
【請求項１７】
最初に、ビーム拡大レンズによってレーザビームをほぼ円形のビームに拡大し、次に、円柱レンズを通して、前記上部層に前記傾斜した角度で入射するためのスリット状のレーザ光として作用するようにそのビームを平らにする、請求項１５の装置。
【請求項１８】
前記傾斜した角度が約４５°である、請求項１５の装置。
【請求項１９】
更なるレーザビームを、前記上部層にほぼ垂直に入射するように向けて送るための手段を備える、請求項１５の装置。
【請求項２０】
更なるレーザビームを、前記上部層にほぼ垂直に入射させる、請求項１１の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、多層ウェーハ、チップ、回路基板などの半導体構造等の光学的な検査に関連し、より具体的には、欠陥やアーティファクトなどを高速で検査すること（但し、これらに限定するわけではない）に関連し、また、そのような構造の所定の表面や層、あるいは一部分を、優先的に識別し、あるいは選択して結像するために選択的層蛍光を使用することに関連する。
【０００１】
［背景］
多層半導体ウェーハやチップ等の制御された平坦な表面に形成された導電性パターンを遮蔽するために、その上部誘電体層にレーザビームにより励起された蛍光を使用し、これによって、その下方にある層をマスクすることは、Yamanaka他の米国特許第5,278,012号に記載されており、また、このような技術を、粗いまたは不規則にでこぼこの層や表面、及び、角が突き出た導体に使用できるように改善することは、「Method Of  Optically Inspecting Multi-Layered Electronic Parts And The Like With Fluorescent Scattering Top-Layer Discrimination And Apparatus Therefor」と題する、1997年6月23日に提出された、本願と同時係属の米国特許出願第08/880,836号に開示された技術によって実現される。
【０００２】
他の目的用の検査システムに蛍光を使用することも開示されており、例えば、エポキシ回路基板に蛍光を発生させて、可視スペクトルで高いコントラストを呈する構造（Orbot社などの装置）内のざらざらした金属導体を無視することができる。しかしながら、下部層からの画像を排除するという問題に対処してはいない。また、「High Throughput Inspection Tool For Photoresist Patterning」と題する論文（Semiconductor International,1997年9月）に記載されているように、プロセス制御の手段として、レジストが、各ウェーハに塗布されたか否か、または、各ウェーハから除去されたか否かを判定するために、カセット内に配置されたウェーハのかど部のみからの蛍光を、広い範囲でオペレータが見ることができるように、テレビカメラを使用することが提案（Hughes社）されている。
【０００３】
一方、本発明は、全てのウェーハの全表面のレジストパターンを全数自動で高速走査して検査し、ヘアラインショート、ピンホール、適正でない線幅、間隙または形状／構造などのあらゆる欠陥、あるいは、パターン形成されたレジスト内の他の欠陥を調べるという、非常に厳しく困難な問題に対処するものである。さらに、本発明は、欠陥を含むウェーハ表面全体についてフォトレジスト蛍光及び自動画像解析を行うための新規な技術によってこれを行う。この新規な技術は、前述のテレビによるかど部の広範囲視覚検査とは異なり、視覚画像のごく小さな部分のみを表示することができる。一例を挙げれば、本発明では、わずか１または２画素のピンホール欠陥を検出することができる。こうした欠陥は、前述した、高輝度範囲が広い蛍光レジストを利用するような技術では検出できないであろう。さらに、本発明によれば、ウェーハパターンが、デザインルール、既知の良好な基準（参照）画像に合致しているかについて、及び、ウェーハ等の上の隣接する回路パターンが適正なパターン形態であるか否かについて、自動的に解析することが可能である。
【０００４】
「本発明の目的」
従って、本発明の目的は、前述した従来技術における制限を被ることなく、多層ウェーハ、チップ及び他の半導体や同様のデバイスを、光学的に高速に走査して検査できるようにするための、新規で改善された方法及び装置を提供することである。本発明によれば、従来技術とは対照的に、各ウェーハ層の製造プロセスにおけるフォトレジストの欠陥の全体検査及び欠陥のないフォトレジストの塗布を自動で行い、ウェーハ上の所望の導体や他の回路構造の位置及びそれらが存在しないことを正確に特定することができる。
【０００５】
本発明のさらに他の目的は、レジストパターンを自動的または半自動的に検査して、適正なパターン形状であるか否かを検査し、及び、開放、ショート、ニック（欠損部）、突起部など、及び、残余の除去されなかったまたは現像されなかったレジストスカムなどの欠陥を検出できるようにする新規な技術を提供することである。レジストスカムなどは、後述するように、金属除去プロセスでは、ショートや突起部タイプの欠陥を引き起こす可能性がある酸食の間、正常な金属の除去を妨げる可能性があり、また、さらに詳しく説明するように、金属付加プロセスでは、より重い第２の金属層を、スカムの下のベースとなる金属に堆積させ、または、化学的に結合することを妨げ、これによって、割れ目すなわち亀裂を生じる場合がある。
【０００６】
本発明の他の目的は、フォトレジストを金属層に堆積しているとき、及び、下部にある金属をエッチングする前に、このような検査を行って、エッチングする前の製造におけるレジスト塗布段階で修復できるようにすることである。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、より一般的な実用性を有する、新規かつ改善されたレーザ励起による蛍光フォトレジスト検査システムを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的については、後述することとするが、それらは、特許請求の範囲により十分に示されている。
【０００９】
「概要」
重要な装置の観点から要約すると、本発明は、多層集積回路ウェーハなどの上部層にある光を通さない導線パターンを、下部層上のパターン除外して、光学的に検査するための装置を含む。ここで、導線パターンは、所定の周波数のレーザ光に応答して蛍光を発する材料（蛍光材料）からなる上部層上に形成されており、蛍光の周波数は、その所定の周波数とは異なる。前記装置は、以下の手段を組み合わせて備える。すなわち、前記所定周波数のレーザ光を生成し、向かい合わせに傾斜した角度で層の反対側から入射する一対のビームに沿って、前記レーザ光を前記上部層に向けて送るための手段と、上部層に向けて一対のビームが送られ、下部層を背景マスクする蛍光（導線パターンが、暗い線として現れる）を照射された上部層が発したことに応答して、上部層からの前記異なる周波数の蛍光を光学的に検査するための手段と、一対のレーザビームの動作を調整して、周波数のうなりを生ずる可能性のある厳密な周波数コヒーレンシー（コヒーレンス：可干渉性）を回避するための手段と、前記一対のビームの向かい合わせに傾斜した角度を調整して、隣接する導線間にある該導線の近接したエッジの間に暗い影の領域が生成されないようにする（さもなければ、この領域は、暗い導線として誤って解釈される可能性がある）ための手段、である。
【００１０】
より広い見地からは、本発明は、また、多層集積回路ウェーハなどの上部層にある光を通さない導線パターンを、下部層上のパターンを除外して、光学的に検査する方法を含む。この方法は、所定の周波数のレーザ光に応答して、この所定の周波数とは異なる周波数の蛍光を発する材料からなる上部層上に導線パターンを形成するステップと、上部層に対して傾斜した角度で、前記所定の周波数のレーザ光を照射するステップと、上部層にレーザ光が照射され、照射された上部層が下部層を背景マスクする蛍光（導線パターンは、背景上に暗い線として現れる）を発したことに応答して、上部層からの前記異なる周波数の蛍光を光学的に検査するステップと、前記傾斜した角度を調整して、隣接する導線間にある該導線の近接したエッジの間における暗い影の領域の発生を最小限にする（さもなければ、この領域は、暗い導線として誤って解釈される可能性がある）ステップ、を含む。
【００１１】
好適かつ最良モードの構成及び詳細について、以下に詳述する。以下では、添付の図面を参照して本発明を説明する。
【００１２】
「本発明の好適な実施態様」
本発明の基礎を構成する新規な検査方法または技法を実施するための好適な装置について説明する前に、半導体構造がどのように製作されるかについて、及び、自動式すなわち機械式光学検査によって検出することが重要である、製作時のフォトレジスト−導体パターンエッチングにおける欠陥について、先ず説明することが有用でかつ重要であると考える。
【００１３】
「序論」
前述したように、半導体ウェーハ（及びこれに類似のもの）は、１つ以上の導電性材料（金属）の層から構成される。各層の製作において、回路構造を配置する場所を画定するためにフォトレジストを塗布することが必要である。
【００１４】
前述したように、蛍光を使用して、フォトレジストパターンを検査することができる。本発明によれば、フォトレジストが金属に塗布されると、下部の金属をエッチングする前に、レジストパターンを検査することができる。レジスト段階では欠陥を修復することができるが、エッチング後には、修復を行うことは非常に難しく、おそらく不可能である。
【００１５】
本出願人による同時係属出願に記載した手法により、半導体を製造するために使用されるポジ型レジストとネガ型レジストの両方を蛍光を発するように作製して、誘電性の上部層の下部表面を見えなくすることができる。かかる下部表面は、図１Ａ及び２Ａに示すように、可視の白色光画像内に暗いパターンを生成する平坦でない構造を有する場合が多い。図１Ａ及び２Ａは、白色光下における、平坦でない金属導体表面上のフォトレジストの光学的画像を示す。
【００１６】
レジストの厚さ全体を通して確実に露光する（光にさらす）ためには、レジストは、露光周波数において比較的透明でなければならない。この周波数は、後述するように、通常は紫外スペクトル領域にある。しかし、後述する、構造の整列状態（アライメント）を検査できるようにするためには、レジストは、可視のスペクトル領域において比較的透明でなければならず、このため、欠陥を視覚により検査することが極端に難しくなる。しかしながら、本発明によれば、下部層の画像を除去することによって、手動または自動または半自動で、レジストを検査することができる。これは、図１Ｂ及び２Ｂに示すように、レジストが蛍光を発するようにすることによって達成される。図１Ｂ及び２Ｂは、図１Ａ及び２Ａの各レジストが蛍光を発することによる効果を示しており、明るく光っている（蛍光）部分は蛍光を発しているレジスト部分である。これは、レジストがそれ自体で蛍光を発しない場合には、蛍光材料をレジストに添加することによって実現することができる。図１Ａ、１Ｂ及び２Ａ、２Ｂは、Shipley社によって製造された市販のポリイミドレジストを使用して得られたものである。このレジストは、約488〜514nmの波長範囲のレーザ光によって励起されると、約600〜700nmの波長範囲の蛍光を放出することがわかっている。
【００１７】
いずれかのタイプのレジストを使用して回路を製作するために、導体のパターンを基板上に配置して、それを絶縁体の層で覆い（さらに、絶縁体の層を導電性材料の層で覆っても良い）、その後、フォトレジストの層で覆う（図３ａ、４ａ及び５ａ）。フォトレジストである流体物質が、その下部にある平坦でない表面を満たし、その上部表面は平坦に保たれる。ポジ型レジストは、光が当たった箇所が溶けやすくなり、ネガ型レジストは、光が当たった箇所が溶けにくくなる。すなわち、可溶性のレジストが除去されると、ポジ型レジストでは、レジストに光が当たった部分の金属が露出し、ネガ型レジストでは、レジストが光にさらされなかった部分の金属があらわになる。
【００１８】
前述したように、製造プロセスは、付加プロセス（additive process）または除去プロセス（subtractive process）とすることができる。除去プロセスでは、露出した導体がエッチングにより除去され、一方、不溶性のレジストが、導体であることが所望される箇所にある層を保護する。付加プロセスでは、その部分には、他の導体層は付加されず、可溶性のレジストを除去することによって、導体が所望される部分の領域をあらわにし、その領域に金属を塗布して意図した導体パターンを形成する。製造プロセスのタイプに関係なく、レジストは、白色光の下では透明であり（図１Ａ及び２Ａ）、適切な蛍光−励起光の下では目に見えるようにすることができる（図１Ｂ及び２Ｂ）。
【００１９】
図３はポジ型付加プロセスの一例を示し、図４はネガ型除去プロセスの一例を示す。ポジ型付加プロセスでは、レジストは、所望の導電パターンに沿って光にさらされる（図３ｂ）。露光されたレジストは、溶けて洗い流され、下部の絶縁層があらわになる（図３ｃ）。金属層が、その部分に配置されて、露出した導電層に付着する（図３ｄ）。露光されないレジストは、その上にある金属とともに除去され、導体は絶縁層に付着したまま残る（図３ｅ）。図４ｂに示す典型的なネガ型除去プロセスでは、フォトレジストは、所望の導電パターンに沿ってのみ露光される。露光されなかったレジストは除去され、硬化したフォトレジストの層で覆われた導電性パターンが残る（図４ｃ）。あらわになった導体は、エッチングにより除去され（図４ｄ）、最後には、硬化したレジストも除去される（図４ｅ）。
【００２０】
図５には、付加プロセスと除去プロセスとの組合せにおいてポジ型レジストを使用した場合のプロセスを示す。レジストは、薄い金属層に塗布され、最終的に金属が所望される部分において除去される。より厚い金属層が、露出した薄い金属の上に配置される。この厚い金属層は、結合のためのシード層として作用する。残りのレジストと下部の薄い金属は、エッチングにより除去され、より厚い金属は、高さがわずかに低くなるだけで、依然として残る。
【００２１】
上述した全てのプロセスにおいて、実際には、図４に示すように、レジスト直下の導電層の表面は平坦ではないことが多い。フォトレジストを露光するために必要な光はレジストを通って金属から反射され、必要以上に広く線（ライン）を露光してしまう。光を吸収して、下方にある金属からの反射を少なくするために、ダイ（染料）が透明なフォトレジストに付加されている。しかし、レジストは、アライメントを確認することができるようにするために、その透明性を維持しなければならないため、可視性の向上は、視覚による検査のために無視できるほど小さい。
【００２２】
「背景的な問題」
下部構造に関する蛍光パターンの自動検査は、戻り蛍光信号が微弱で、一般的に迅速な検査のためにはあまりにも弱すぎるために、これまで、商業的には利用されていない。高速の走査では、カメラの露光時間が非常に短いことが要求されるので、迅速な検査では、ずっと強い信号が必要とされる。
【００２３】
本発明の背景にあるのは、利用可能な蛍光の強度を大幅に上げ、一方では、ウェーハ（または同様なもの）内の下部表面または層からの反射を抑えるための技術を発見したことである。このような信号の効率の向上、及び、より感度の高い走査技法及び装置を使用することにより、自動的な蛍光検査を実用的な高速度で行うことが可能となる。
【００２４】
本出願人による前記同時係属出願に記載しているように、蛍光を発する表面の各ポイントからの蛍光の光線は、あらゆる方向に放出されるが、この光線を、入射励起光線の垂直方向にはない撮像カメラに向けて平行化することができる。蛍光光線の一部は、蛍光を発する表面の角度または照射角度に関係なく、表面の平坦部、傾斜部、不ぞろいな部分及びでこぼこの部分といったあらゆる部分から、カメラに向かって進む。なぜなら、蛍光を発する微粒子の各々は、あらゆる球面（半球）方向に光を放出するからである。従って、蛍光の使用は、コントラストを得るのには適していないが、検査する表面への励起入射の角度に関係なくいくらかの放出光を生成するのには適しており、あらゆる湾曲した表面及び平坦ではない表面の撮像を可能にする。これらの表面は、通常の反射光や散乱光ではなく、蛍光を結像することによってのみ、撮像すなわち見ることができる。本出願人による同時係属出願及び前記Yamanakaの特許に記載されているように、撮像カメラの前に適切なフィルタを配置することによって、他のあらゆる光を排除して、蛍光光線のみを結像することができる。
【００２５】
本発明の背景にある目的は、ウェーハ、回路基板、チップモジュールなどのパターン欠陥を速い走査速度で自動的に検査することであり、照射及び撮像検出器の適切なソースを考慮しなければならない。高速度で移動する画像はぼやけるので、例えば、従来のテレビカメラは適切ではない。単一のポイントだけを調べる光電子増倍管は、検査用には遅すぎる。さらに、使用可能なレーザパワーは制限され、いくつかの場合には、材料を励起し過ぎたり、それを焼損しないようにするために格別な注意が必要となるため、非常に高い感度が要求される。従って、ぼやけることなく高速度で走査可能にするために、時間遅延積分（time-delay-integration:TDI）電荷結合素子（CCD）を使用するという結論に達した。
【００２６】
効率的な照射を行うために、蛍光に使用可能な少なくとも３つのソースを検討した。これらの３つのソースは、水銀ランプ、キセノンランプ、及びレーザである。しかしながら、水銀ランプは、樹脂材料において、わずかな量の蛍光−励起エネルギーしか生成しないことがわかった。例えば、488ナノメートルで、典型的には5ミリワットのオーダーである。キセノンランプは、これよりわずかに高い、20ミリワットしか生成しない。本発明の好適な態様によれば、1000ミリワットを生成する空冷式アルゴンレーザが最も有効であることがわかった。さらに、全ての利用可能なパワーを使用するようカメラが効率的に撮影する周波数に励起周波数を配置することが重要である。線形時間遅延積分CCDの場合、電荷結合素子は矩形形状単位で撮像するので、矩形の照射が必要である。従って、図６に示すように、円柱レンズを用いて生成される、レーザによるスリット照射をフォトレジストの蛍光発生のために選択した。かかる構成は、レーザからの全ての光が、走査領域に収束するようにして、利用可能な電力を最も効率よく使用するために考案された。このために、ビーム拡大レンズ１を使用して（図６）、ビーム径を矩形の長手寸法に一致させるのが好ましい。ビーム拡大レンズ１の後ろには、円形ビームを適切な長さのスリット形状にするための外部円柱レンズ３がある。こうして、レーザの全パワーが、システムが検査する場所に正確に配置される。
【００２７】
前記同時係属出願及び前記特許に開示されたシステムでは、レーザ源は、そのビームを傾斜したミラーに向けて送り、このミラーによってビームはウェーハ表面に向けて垂直下方に反射される。次に、垂直上方に向かう励起蛍光光線が撮像カメラで受け取られる。表面（及び垂直方向）に対してある角度で励起用ビームを照射すると、カメラが受け取る、不揃いや表面のでこぼこを含むあらゆる表面部分からの蛍光球面放射が増加することがわかっている。実際には、図７を参照して後述するように、反対側からある傾斜角度で入射ビームを送り出す一対のレーザ源を使用するのが好ましい。
【００２８】
高速検査における高速走査では、光を集めるのにわずかな時間しか与えられず、従って、複数レーザのような強力な励起源が必要とされるので、パワーをあげるためにそれらを単に使用するだけでは、通常、コヒーレントビームが干渉して互いにうち消し合うという問題が生じる。２つの個別のレーザまたはレーザ光路を使用すれば、ビームは位相ロックせず、干渉パターン（干渉縞）を良好に時間変化させることができる。いくつかの位相ランダム化装置を利用できるが、それによりパワーが減少するため、複数のビームを使用する意味がなくなってしまう。しかしながら、対向する一対の傾斜したビームと共に時間遅延積分CCDカメラを採用する本発明の技術によれば、パワーを損失することなくビームを効率的に加え合わせることができる。
【００２９】
次に、図７の複数レーザ照射システムについて説明する。撮像カメラTDI-CCDの両側にある一対のレーザは、それぞれのビームを（図６と同様の）ビーム拡大器１及び１’を通してミラーに送る。ミラーは、拡大された円形ビームを円柱レンズ３及び３’に向けて送り、これにより、スリット状の光５及び５’が生成される。このスリット状の光は、同様であるが反対方向に傾斜した角度（好ましくは約４５°）で、走査台と表示された台上にあるウェーハのレジストの導体表面（図７では、「ｒ」、「ｐ」で表している）に入射する。画素検査用水平センサの行１〜ｎ（A,B,C,Dなど）と垂直列１〜ｎからなる時間遅延積分CCDカメラ（TDI-CCD）を使用すると、レーザビームによって励起されたウェーハ表面から放出され、カメラのところで平行にされる蛍光光線により、カメラにおいて各列全体にわたって加え合わされた画素（ＰAなど）が生成される。ここで、CCDの出力は、両方のビームのパワーを合計したものである。これは、本発明に従って、ウェーハ表面が走査台上を移動するのと同じ速度、または、ウェーハ表面を走査するのと同じ速度で、時間遅延積分CCD内の積分（集積）された電荷をCCD内で電気的に移動させることによって達成される。台が１行分だけ移動するたびに、電荷はCCD上で１行分だけシフトされる。従って、レーザビームのスリット（５、５’）は、CCDに沿って異なるグループの行を照射できるように配置されており、これにより、全体のパワー出力は、各レーザビームによって励起されたウェーハ表面の蛍光によって照射される各グループの行を合計したものとなる。例えば、１行に１００単位量の光を有する出力は、１００行の各行に１単位量の光を有する時間遅延積分CCDと同じ出力を生成するので、各ビーム信号分布の位置は、図９に示すようにオーバーラップせず、各レーザによって個別に励起された蛍光信号の正味の和を生ずる。各ビームの幅の焦点を合わせるのは簡単にできるので、本発明に従えば、厳密な周波数コヒーレンスを生じることなく、上述のようにして、複数のレーザビームのパワーを加え合わせることができ、極めて効率の高い蛍光励起システムが得られる。非常に感度の良い時間遅延積分カメラシステムを使用すれば、蛍光を発する表面の撮像を非常に効率良く行うことがさらに可能になる。さらに、カメラのところで蛍光光線以外のすべての光をフィルタリングして除去する（図７）ことにより、図１Ｂ及び２Ｂに示すように、ウェーハや他のデバイス内の下部層から反射される全ての光が遮断すなわちマスクされ、これによって、蛍光を発する表面上の導体を選択的に検査することが可能となる。
【００３０】
図７には、一対の異なるが類似のレーザから向かい合わせに傾斜して送り出される一対のレーザ光のスリット状のビームを使用する構成を示しているが、所望であれば、図１０に示すように、単一の共通のレーザ源から２つのスリット状のビームを得ることもできる。図１０では、２つの光路を形成するためにビームスプリッタを使用し、それらの光路の状態（長さやその他の変動）を調整して、前述したように、効果をうち消す周波数のうなりを生成する可能性がある厳密な周波数コヒーレンスを回避する。いずれの場合（図７または図１０）でも、向かい合わせに傾斜した角度で上部層の両側からスリット５、５’として入射する一対のビームに沿って、所定の周波数の蛍光励起用レーザ光を上部層に向けて送り出すことにより、多層集積回路ウェーハや回路基板などの上部蛍光レジスト層「ｒ」上の光を通さない導線パターン「ｐ」を、下部層のパターンを除外して光学的に検査することができる。一対のビームを上部層に送ったことに応答して、上部層からの別の周波数を有する蛍光を光学的に検査する構成では、照射された上部層が、下部層を背景マスクする蛍光を発し、その際、導線パターンは暗い線として見える（図１Ｂ及び２Ｂ）。一対のレーザビームの動作は、前述したように周波数うなりを発生する可能性のある厳密な周波数コヒーレンスを回避するために、調整等される。図１Ｂ及び２Ｂに示すように、隣接する導線間にある該導線の近接エッジの間に暗い影の領域（この領域は、暗い導線として誤って解釈される可能性がある）が生じないようにするために、一対のビームの向かい合わせに傾斜した角度が調整される。上部層を走査するに従って、TDI-CCDの画素センサの連続する行に沿ってTDI-CCD内の蛍光をモニタすることにより検査が行われる。この場合、CCD内で集積（または積分）された電荷は、前記走査と同じ速度で電気的にシフトされる。また、CCDに沿って異なるグループの行を照射するよう各レーザビームを位置決めして、各レーザビームによって別個に生成されて、モニタされる蛍光信号の正味の和が生成されるようにする。
【００３１】
スリット状のレーザビームは、前述したように、最初に元のビームをほぼ円形のビームに拡大し、次に、その拡大されたビームを円柱レンズに通して、前記上部層に入射するためのスリット状のレーザ光として作用するようビームを平らにすることによって形成するのが好ましい。
【００３２】
前述した図１Ｂ及び２Ｂに示す結果は、488nmと514nmの周波数の光を放射するアルゴンレーザ（Laser Physics社製のLas-1000モデル）を用いて得られた。また、システムでは、走査用として、TDI（時間遅延積分）CCDカメラチップ（Reticon社製の1024×96 TDIモデル）を使用した。側方に対向して向けられた一対のレーザビームのスリットは、垂直及びウェーハ表面の平面に対して約４５°だけ傾斜している。
【００３３】
しかしながら、いくつかのアプリケーションにおいて、一対の傾斜したビームが、ラインの側方エッジからそのラインの小さな切れ目などの上に影を投じる箇所では、それらの切れ目などを照射できない場合がある。このような状況では、傾斜ビームの一方を９０°くらいの角度まで調整することにより、これらの問題をみごとに解決できることがわかった。尚、この角度の調整は、図１１に示すように、ウェーハにほぼ垂直に入射する（Ｎ）ように左側のレーザビームを向け、他方（右側）のビームは鋭角の角度を維持するように行われる。
【００３４】
さらに、前述したように、本発明の蛍光レジスト検査プロセスは、図１２のシステムブロック図に概要を示す、他の自動検査機能を組み込むことにも役立つ。図１２には、レーザ励起蛍光レジスト撮像システム（これは、図７及び図１０のシステムとすることもできる）が、いくつかの撮像カメラ、すなわち、ＴＶモニタに表示するためのカラーカメラ（このようにラベル表示されている）、ウェーハや他のデバイスの検査台に対して上部及び下部のカメラ、を組み込んだものとして示されている。後者のカメラは、A/D変換及び材料識別をおこなって、周知のパターン参照解析及びデザインルール解析を可能にするよう構成することができる。図示のように、走査台を自動的にコンピュータ制御しかつモニタにして、検出された欠陥情報を欠陥収集バッファからコンピュータに送るようにすることができる。
【００３５】
当業者は、本発明について種々の修正を行うことができ、本発明の種々のアプリケーション及び使用法、及び方法論を考案することができようが、それらは、特許請求の範囲によって画定される本発明の思想及び範囲に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  表面が平坦ではないフォトレジスト−金属導体パターンを有する多層半導体ウェーハの白色光反射画像である。
【図１Ｂ】  本発明の方法及び装置に従って生成された同一ウェーハの蛍光画像であり、蛍光レジストの明るい背景を有効にマスクして、導体パターンを暗い影の線として検査するために目だたせている。
【図２Ａ及び２Ｂ】  半導体ウェーハのバイアホールの領域についてそれぞれ図１Ａと図１Ｂと同様に示した図である。
【図３】  (a)乃至(e)は、ポジ型レジスト付加プロセスによるウェーハの製造の連続する工程を縦断面図で示す。
【図４ａ乃至４ｅ】  ネガ型レジスト除去プロセスについて図３と同様の工程を示す。
【図５ａ乃至５ｅ】  付加プロセス及び除去プロセスにおけるポジ型レジストについて図３と同様の工程を示す。
【図６】  スリット状のレーザビームを形成する構成を示す図である。
【図７】  ウェーハの表面に傾斜して照射する、一対の対向する蛍光励起レーザビームを使用する好適な光学検査装置の光路を示す。
【図８及び９】  TDI-CCD画素センサアレイを示す。
【図１０】  図７と類似の図であり、図７の構成を変更したものである。
【図１１】  図７と類似の図であり、図１０とは別の変更を施したものであるが、より構造的かつより実際的な形態で示している。
【図１２】  自動検査システムのブロック図である。
【図１Ａ】
0003817427.tif 000002
【図１Ｂ】
0003817427.tif 000003
【図２Ａ】
0003817427.tif 000004
【図２Ｂ】
0003817427.tif 000005
【図３】
0003817427.tif 000006
【図４ａ】
0003817427.tif 000007
【図４ｂ】
0003817427.tif 000008
【図４ｃ】
0003817427.tif 000009
【図４ｄ】
0003817427.tif 000010
【図４ｅ】
0003817427.tif 000011
【図５ａ】
0003817427.tif 000012
【図５ｂ】
0003817427.tif 000013
【図５ｃ】
0003817427.tif 000014
【図５ｄ】
0003817427.tif 000015
【図５ｅ】
0003817427.tif 000016
【図６】
0003817427.tif 000017
【図７】
0003817427.tif 000018
【図７ａ】
0003817427.tif 000019
【図８】
0003817427.tif 000020
【図９】
0003817427.tif 000021
【図１０】
0003817427.tif 000022
【図１１】
0003817427.tif 000023
【図１２】
0003817427.tif 000024