JP2002207287A - 基板の良否判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数のパターンが形成されている基板の良否
を自動的に判定できる良否判定方法を提供する 【解決手段】 本発明では、良否判定すべき基板（１）
について欠陥検査を行い、欠陥及びそのアドレスを求め
る。次に、当該基板の検出された欠陥を含む部位の画像
を撮像してビデオ信号を形成する。画像信号比較回路
（１３）において、ビデオ信号から当該部位に対応する
基準ビデオ信号を減算して欠陥情報だけを含む欠陥画像
信号を形成する。次に、積算回路（１５）において、欠
陥画像信号の各画素の輝度値を積算する。さらに、比較
回路（１６）において、得られた積算輝度値を所定の閾
値と比較し、積算値が閾値を超えた場合不良品であると
判定する。これにより、製造されたフォトマスクについ
て良品であるか不良品であるかを自動的に判定すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフォトマス
クや半導体ウェハのような多数の規則的なパターンが形
成されている基板の良否を判定する良否判定方法、特に
透明基板上に遮光パターンが形成されているフォトマス
クの良否を判定する良否判定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの線幅は約０．１μｍ程度に微細
化しＬＳＩの製造に用いられるフォトマスクの線幅は約
４００ｎｍ程度に微細化しており、ＬＳＩの製造に用い
られるフォトマスクの欠陥検査においても１００ｎｍ程
度の微細な欠陥を正確に検出できることが要求されてい
る。現在のコンフォーカル光学系を用いた欠陥検査装置
においては、１００ｎｍ程度の微細な欠陥も十分に検出
することができ、信頼性の高いＬＳＩの製造に際し高い
評価が得られている。一方、製造されたフォトマスクの
製品としての良否判定、すなわち製造されたフォトマス
クが製品として良品であるか又は不良品であるかの判断
は製品としての歩留りを考慮すると極めて重要である。
例えば、検出された欠陥のうち、ＬＳＩの製造に影響を
与えない程度の微細な欠陥も存在しており、欠陥が検出
された全てのフォトマスクを一律に不良品であると判断
したのでは、フォトマスクの製品として歩留りが著しく
低下してしまう。製造されたフォトマスクの良否判定に
際して重要な因子は欠陥のサイズ及び欠陥の数である。
特に欠陥のサイズは製造されるＬＳＩの信頼性に強く影
響するため、欠陥のサイズを正確に測定できる方法の開
発が強く要請されている。

【０００３】従来、フォトマスクやレチクルの欠陥のサ
イズを検出する方法として電子スケールを用いる方法が
既知である。この方法では、フォトマスクについて欠陥
検査を行い、検出された欠陥情報（位置、種類、大きさ
等）に基づき、欠陥部位の透過像を撮像し、得られ欠陥
の像に電子スケールを当てることにより欠陥のサイズが
測定されている。

【０００４】欠陥サイズを検出する別の方法として、欠
陥を含む部位の透過像を求め、得られた欠陥画像から欠
陥の部位をパターン認識により特定し、この部位の画像
情報から欠陥のサイズを検出する方法が既知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電子スケールを用いる
方法では、操作者がマウス等の入力装置を用いて電子ス
ケールを当てるため、スケールの向きや位置等による個
人差に起因する測定誤差が発生し、正確な測定が困難で
あった。また、測定の基準となる遮光パターンと透過部
分との境界は光の回折によりなだらかに変化するため、
欠陥のサイズが１μｍ以下の領域では回折の影響無視で
きなくなり、電子スケールを用いる方法では誤差が大き
くなる不都合が生じてしまう。従って、電子スケールを
用いる方法は、製造されたフォトマスクの良否判定に適
合しないのが実情である。

【０００６】パターン認識を利用した方法では、特別な
画像処理が必要であり、装置が複雑化する欠点があっ
た。しかも、１００μｍ程度の大きさの欠陥の場合、回
折作用により欠陥の輪郭形状を明瞭に特定しにくいた
め、画像処理による欠陥部位の抽出が困難であり、正確
な測定結果が得られないのが実情である。

【０００７】従って、本発明の目的は、製造されたフォ
トマスクの良否判定を正確に行うことができる良否判定
方法を提供することにある。

【０００８】さらに、本発明の目的は、多数のパターン
が形成されている基板の良否を自動的に判定できる良否
判定方法を提供することにある。

【０００９】さらに、本発明の別の目的は、フォトマス
ク、レチクル、半導体ウェハのような多数のパターンが
形成されている基板の良否判定を自動的に実行できる良
否判定方法及び装置を実現することにある。

【課題を解決する手段】本発明による基板の良否判定方
法は、パターンが形成されている基板の良否を判定する
に当たり、良否判定すべき基板について欠陥検査を行
い、欠陥及びそのアドレスを求める工程と、当該基板の
検出された欠陥を含む部位の画像を撮像してビデオ信号
を形成する工程と、前記ビデオ信号から当該部位に対応
する基準ビデオ信号を減算して前記パターンに関する情
報が除去された欠陥画像信号を形成する工程と、前記欠
陥画像信号の各画素の輝度値を積算する工程と、得られ
た積算輝度値を所定の閾値と比較する工程とを具えるこ
とを特徴とする。

【００１０】フォトマスクの欠陥として異物付着による
欠陥、透明基板及び遮光パターンの傷による欠陥があ
る。本発明者がこれらの欠陥について透過像を撮像し、
種々の解析を行った結果、これら欠陥が存在している部
位から生ずる光量が正常な部位から生ずる光量と大幅に
相違することが判明した。すなわち、透過基板上の異物
付着による欠陥が存在する場合、当該異物により回折或
いは散乱が生じ、当該部位からの透過光の光量が著しく
低下する。また、遮光パターンの削れによる欠陥が存在
する場合、欠陥が存在する部位からの光量は正常な部位
からの光量よりも大幅に多くなる。従って、フォトマス
ク上の欠陥を透過光により撮像した場合、欠陥は画像上
において明るさ情報又は輝度情報として得ることができ
る。

【００１１】しかしながら、欠陥を含む部位には多数の
パターンも存在する場合が多いため、欠陥部分だけの明
るさ情報又は輝度情報を取り出すことは困難である。そ
こで、本発明では、欠陥の部位の画像を撮像すると共に
対応する部位の正常な基準を取り出し、欠陥部位の画像
と基準画像とを比較し、減算する。この減算処理によ
り、正常な部分の画像信号はキャンセルされ、欠陥部分
の画像だけが存在する欠陥画像信号を得ることができ
る。すなわち、基板上に形成すべきパターンに関する情
報が除去され、欠陥に関する情報だけを含む欠陥画像信
号を得ることができる。従って、得られた欠陥画像信号
から欠陥部分の面積を求めることにより、欠陥のサイズ
又は大きさを指標する信号を得ることができる。

【００１２】一方、欠陥を透過光により撮像した場合、
透過像を受光する各受光素子の出力信号の強度として、
透明基板を通過した光を受光する受光素子の出力を１と
し、遮光パターンが存在する部分に対応する受光素子の
出力を０とすると、欠陥部分からの透過光の総和Ｅは以
下の式で表すことができる。 Ｅ＝ｋ∬Ｉ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ （１） ここで、ｋは定数であり、Ｉ（ｘ，ｙ）は、欠陥部分の
ｘ方向及びｙ方向の光量分布すなわち撮像装置の受光素
子からの出力信号の強度分布である。

【００１３】また、透過像の欠陥のパターン投影方向の
占める面積Ａは以下の式で表すことがでる。 Ａ＝ｋ' ∬Ｉ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ （２） ここで、ｋ' は定数である。これら２つの式から明らか
なように、フォトマスク上の欠陥の面積は、画像上明る
さ情報として得ることができるので、欠陥のサイズは画
像上において輝度が周囲の輝度と相違している領域の面
積から得ることができ、その面積は、欠陥部分における
撮像装置の受光素子からの出力信号の総和と相関してい
る。従って、欠陥情報だけを含む欠陥画像信号の各画素
の輝度を積算することにより、欠陥の面積すなわち欠陥
のサイズを指標するパラメータを得ることができる。

【００１４】本発明は上述した認識に基づいており、欠
陥検査の後に、検出した欠陥の透過像を撮像する。そし
て、当該透過像を基準画像と比較する。この基準画像
は、例えばダイ対ダイの検査方式の場合他方のダイ又は
チィップの検査部分の透過像とすることができ、或いは
データベースに記憶されている正規の透過像のデータと
することができる。この画像比較として、ダイ対ダイの
検査方式の場合、欠陥を含む部位の透過像のビデオ信号
同士互いに減算することにより、欠陥だけを明るさ情報
として得ることができる。そして、欠陥画像信号の各画
素の輝度を積算する。同時に、欠陥のサイズ又は面積と
当該フォトマスクを用いて製造されたＬＳＩの信頼性と
の関係を予め求め、許容される欠陥のサイズに相当する
閾値信号を予め決定する。そして、欠陥画像信号の各画
素の輝度値を積算した積算値と予め定めた閾値信号とを
比較することにより、製造されたフォトマスクが良品で
あるか不良品であるかを自動的に判定することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるパターン良否
判定装置の一例の構成を示す線図である。本例では、透
明基板上に同一のパターンの複数のダイすなわちチィッ
プが形成されているフォトマスクの良否判定する例につ
いて説明する。また、本例では、ダイ対ダイの欠陥検査
方式により欠陥検査及び良否判定を行うものとする。良
否判定すべきフォトマスク１はｘｙステージ２上に載置
する。ｘｙステージ２の下側に照明用の光源装置を配置
する。光源装置は、水銀ランプ３を具え、波長フィルタ
（図示せず）を通してｉ線すなわち３６５ｎｍの波長光
を出射させる。この照明光は２本の光ファイバ４ａ及び
４ｂに分岐され、それぞれ照明レンズ５ａ及び５ｂを介
して断面が円形の照明光としてフォトマスク１を照明す
る。

【００１６】フォトマスク１を透過した光は対物レンズ
６ａ及び６ｂによりそれぞれ集光され、全反射ミラー７
ａ及び７ｂで反射し、ガルバノミラー８に入射する。ガ
ルバノミラー８でそれぞれ反射した透過光は、全反射ミ
ラー９ａ及び９ｂでそれぞれ反射し、リニァイメージセ
ンサ１０ａ及び１０ｂにそれぞれ入射する。このリニァ
イメージセンサは、複数の受光素子がライン状に配列さ
れた１次元センサであり、各受光素子は紙面と直交する
方向（主走査方向と対応するｘ方向）に配列されている
ものとする。

【００１７】光源装置はフォトマスク１を面照明し、受
光側は主走査方向に受光素子が配列されているラインセ
ンサを用いているから、ライン照明したものと同等の効
果が達成され、ステージ２が副走査方向（ｙ方向）に移
動することによりフォトマスク１は２次元走査されるこ
とになる。この結果、ステージのｘ方向及びｙ方向の移
動によりフォトマスク１の全面を光学的に走査すること
ができる。また、ステージ２が静止している場合、ガル
バルノミラー８が矢印方向に回動することにより、フォ
トマスクの一部分を２次元走査することになり、フォト
マスクの特定の部位の２次元透過画像を撮像することが
できる。

【００１８】ｘｙステージ２は、ｘ方向（紙面と直交す
る方向）及びｙ方向（紙面内方向）に自在に移動でき、
従ってフォトマスク１の全面にわたって照明光を投射し
て欠陥検査することができる。ｘｙステージ２は、ステ
ージ駆動回路１１が接続され、中央処理装置１２の制御
のもとで座標系にしたがって駆動し、従って欠陥のアド
レスは中央処理装置１２により検出される。

【００１９】次に、フォトマスクの欠陥検出について説
明する。照明レンズ５ａ、対物レンズ６ａ、ガルバノミ
ラー８及びリニァイメージセンサ１０ａを含む光学系を
第１の光学系とし、照明レンズ５ｂ、対物レンズ６ｂ、
ガルバノミラー８及びリニァイメージセンサ１０ｂを含
む光学系を第２の光学系とする。第１の撮像光学系によ
りフォトマスク１に含まれる第１のダイを光学的に走査
し、第２の撮像光学系により第１のダイと隣接する第２
のダイを光学的に走査する。この光学的な走査は、中央
処理装置１２の制御のもとでステージ駆動回路１１を介
してステージ２をｘ方向及びｙ方向に移動させることに
より行うことができる。

【００２０】リニァイメージセンサ１０ａ及び１０ｂの
各受光素子に蓄積された電荷は、中央処理装置１２の制
御のもとで所定のレートで順次読み出され、画像信号比
較回路１３に供給する。この画像信号比較回路１３は、
第１のリニァイメージセンサ１０ａの各受光素子からの
出力信号と第２のリニァイメージセンサ１０ｂの各受光
素子からの出力信号を順次比較し、各受光素子からの出
力信号を互いに減算する。そして、第１のリニァイメー
ジセンサからの出力と第２のリニァイメージセンサから
の出力とが一致する場合正常であると判定し、互いに相
違する場合欠陥であると判定する。画像信号比較回路１
３からの比較結果は欠陥情報処理部１４に供給されると
共に、中央処理装置１２からのステージ２の位置座標が
アドレス情報として欠陥情報処理部１４に供給され、欠
陥及びそのアドレスが記憶される。

【００２１】次に、欠陥の画像比較について説明する。
検出した欠陥及びそのアドレス情報を用いて、検出され
た欠陥の部位の画像を例えば第１の撮像光学系により撮
像し、対応するする別の正常なダイの画像を第２の撮像
光学系により撮像する。この欠陥部位の撮像に際し拡大
光学系を用いて高倍率で欠陥の透過画像を撮像すること
ができる。この際、中央処理装置１２の制御のもとでガ
ルバノミラー８を回動することにより、欠陥を含む部位
の２次元透過画像を撮像する。第１及び第２のリニァイ
メージセンサ１０ａ及び１０ｂの各受光素子に蓄積され
た電荷を所定のレートで順次読み出すことにより、欠陥
を含む部位の透過画像及び対応する正常な基準画像の両
方の画像信号が得られる。

【００２２】第１及び第２のリニァイメージセンサ１０
ａ及び１０ｂの各受光素子からの出力信号は画像信号比
較回路１３に供給し、この比較回路において、第１のリ
ニァイメージセンサからの出力信号から第２のリニァイ
メージセンサからの出力信号を減算して欠陥画像信号を
形成する。この減算処理により、撮像され範囲のうち、
正常な画像部分に対応する部分の出力は零となり、欠陥
情報だけを含むことになる。この画像比較により、欠陥
の周囲に複雑なパターンが存在していても、これらパタ
ーンの情報はキャンセルされ、欠陥情報だけをビデオ信
号として得ることができる。この減算結果である欠陥画
像信号による画像を図２に示す。図２に示すように、欠
陥画像は、パターン情報は全てキャンセルされ、欠陥情
報である中心の高い輝度の部分と、その周囲に回折効果
により漸次輝度が低下する部分とを有し、欠陥の周囲は
輝度が零の領域により囲まれている。

【００２３】欠陥情報だけを含む欠陥画像信号は積算回
路１５に供給する。この積算回路１５において、欠陥画
像信号の各画素の輝度値を積算する。積算の結果として
得られた積算値は欠陥の面積にほぼ対応する。そして、
積算値を比較回路１６に供給し、所定の閾値と比較す
る。この所定の閾値は、当該フォトマスクを用いて製造
されるＬＳＩの信頼性に影響を与えない限界の欠陥のサ
イズに相当する値として予め求めた値とする。そして、
積算値が閾値を超えた場合、許容できない欠陥が存在す
る不良品と判定し、中央処理装置１２に出力する。この
ように構成することにより、製造されたフォトマスクに
ついて良品及び不良品の判定を自動的に行うことができ
る。

【００２４】画像信号処理回路１３により得られた欠陥
画像信号は画像処理部１７にも供給する。この画像処理
部は、欠陥の代表的な形状、例えば円形、半円形、正方
形、長方形等の欠陥形状を予めパターンとして求めてお
き、欠陥画像信号に含まれる欠陥の形状と比較する。例
えば、欠陥の形状が円形であると判断された場合、円形
欠陥の面積は、円の半径をｒとすると、πｒ² で規定さ
れるため、欠陥の半径を計算し求めることができる。

【００２５】本発明は上述した実施例だけに限定され
ず、種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した
実施例では、フォトマスクについて透過光検査を例にし
て説明したが、勿論反射光による欠陥検査にも適用する
ことができ、フォトマスクについて欠陥検査を行った後
欠陥部位について反射光による画像を撮像し、反射像か
ら欠陥情報だけを含む欠陥画像信号を求めて欠陥の大き
さに対応した信号を得ることもできる。尚、基板の反射
画像を得る場合、ビームスプリッタをステージとリニァ
イメージセンサとの間の光路中に配置し、反射像撮像用
の光源からの照明光をビームスプリッタを介して基板に
投射することにより反射画像を撮像することができる。

【００２６】さらに、上述した実施例では、フォトマス
クの欠陥検査を例にして説明したが、半導体ウェハのよ
うに、半導体基板上に複数のダイ又はチィップが形成さ
れている基板の欠陥検査にも適用することができる。半
導体ウェハの欠陥検査に適用する場合、反射光により欠
陥検出を行い、その後欠陥部位について反射光による画
像を撮像し、ダイ対ダイの関係を用いて欠陥に起因する
光量変化の総和を求めることができる。

【００２７】さらに、上述した実施例では、ダイ対ダイ
の欠陥検査方式に基づいて説明したが、欠陥の画像信号
を一旦メモリに記憶し、データベースに記憶されている
基準画像信号と比較することにより、欠陥情報だけを含
む欠陥画像信号を発生させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による基板の良否判定方法を実施する
ための装置の一例の構成を示す線図である。

【図２】 欠陥画像信号を形成する工程及び得られた欠
陥画像信号により表示される画像を示す線図である。

【図３】 求めた欠陥及びその輝度分布を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１ フォトマスク ２ ステージ ３ 光源 ４ａ，４ｂ 光ファイバ ５ａ，５ｂ 照明レンズ ６ａ，６ｂ 対物レンズ ７ａ，７ｂ 全反射ミラー ８ ガルバノミラー ９ａ，９ｂ 全反射ミラー １０ａ，１０ｂ リニァイメージセンサ １１ ステージ駆動回路 １２ 中央処理装置 １３ 画像信号比較部 １４ 欠陥画像処理部 １５ 積算回路 １６ 比較器 １７ 画像処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA49 CC20 DD03 FF42 GG03 JJ02 JJ25 LL02 LL21 LL62 MM02 MM16 PP12 QQ08 QQ14 QQ23 QQ38 RR05 SS04 2H095 BD04 BD16 BD27 4M106 AA01 AA09 BA04 CA39 DB02 DB07 DB12 DB13 DB16 DB30 DJ18 DJ26 5B057 AA03 BA02 BA15 DA03 DB02 DB09 DC04 DC09 DC22 DC33

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成されている基板の良否を
   判定するに当たり、 良否判定すべき基板について欠陥検査を行い、欠陥及び
   そのアドレスを求める工程と、 当該基板の検出された欠陥を含む部位の画像を撮像して
   ビデオ信号を形成する工程と、 前記ビデオ信号から当該部位に対応する基準ビデオ信号
   を減算して前記パターンに関する情報が除去された欠陥
   画像信号を形成する工程と、 前記欠陥画像信号の各画素の輝度値を積算する工程と、 得られた積算輝度値を所定の閾値と比較する工程とを具
   えることを特徴とする基板の良否判定方法。
2. 【請求項２】 前記基板をフォトマスクとし、前記欠陥
   を含む部位の画像を透過像として撮像することを特徴と
   する請求項１に記載の基板の良否判定方法。
3. 【請求項３】 前記基板を半導体ウェハ基板とし、前記
   欠陥を含む部位の画像を反射像として撮像することを特
   徴とする請求項１に記載の基板の良否判定方法。
4. 【請求項４】 前記基板が同一パターン形状を有する複
   数のダイを含み、ダイ対ダイ比較により欠陥画像信号を
   形成することを特徴とする請求項１から３までのいずれ
   か１項に記載の基板の良否判定方法。
5. 【請求項５】 透明基板に同一パターン形状を有する複
   数のダイ又はチィップが形成されているフォトマスクの
   良否を判定するに当たり、 良否判定すべきフォトマスクのダイの透過像を撮像する
   第１の撮像光学系と、別のダイの透過像を撮像する第２
   の撮像光学系とを具える撮像装置を用意し、 良否判定すべきフォトマスクについて第１の撮像光学系
   からの出力信号と第２の撮像光学系からの出力信号とを
   比較することにより、欠陥及びそのアドレスを求める工
   程と、 欠陥が検出されたダイの欠陥を含む部位の透過像を一方
   の撮像光学系により撮像すると共に、別のダイの透過像
   を他方の撮像光学系により撮像する工程と、 前記第１の撮像光学系により形成した第１のビデオ信号
   と第２の撮像光学系により撮像した第２のビデオ信号と
   を各画素毎に互いに減算して欠陥画像信号を形成する工
   程と、 欠陥画像信号の各画素の輝度を積算する工程と、 得られた積算輝度値を所定の閾値と比較する工程とを具
   えることを特徴とするフォトマスクの良否判定方法。