JP2004061254A - パターン欠陥検査装置、及び、パターン欠陥検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コヒーレンス低減手段であるレーザ光を拡散させる拡散板を用い、その拡散板の濃度フィルタに当たるレーザ光の位置を予め定められた制御内容に従って変化させ、拡散板の劣化による照明条件の変動を防ぐ。さらに、濃度フィルタに設ける微小な凹凸の粗密度合いを円形拡散板の半径方向に沿って変化させ、レーザ光軸と略直角方向に移動させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置、及び、パターン欠陥検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ,パターンの露光用マスクなどの微細なパターンの欠陥や異物を検査したり観察するために、高解像度光学系を用いたパターン欠陥検査装置が求められている。
【0003】
解像度を高める手法として、照明光の波長を可視光から紫外光へ短波長化することが試みられている。例えば、特開平11−344447号公報には、紫外光を使用したレチクルなどの外観検査装置が記載されている。
【0004】
従来、光源としては水銀ランプが用いられ、水銀ランプの持つ種々の輝線の中から必要とする波長のみを光学的に選択して使っていた。しかしながら、水銀ランプの輝線では発光スペクトル幅が広く光学系の色収差を補正するのが困難であること。十分な照度を得るためには光源が大形になり、効率が悪いなどの問題がある。近年、半導体製造における露光装置用光源として、波長248nmのKrFエキシマレーザ装置を搭載した露光装置が開発されているが、エキシマレーザ光源は大形で高価であり、また有毒のフッ素ガスを使用しているため所定の安全対策が必要などのメンテナンス性での問題がある。
【0005】
紫外レーザ光源としては、例えば、固体のYAGレーザ光を非線形光学結晶により波長変換したレーザ装置や、Ar−Krレーザ装置等があり、波長266
nmないし355nmのレーザ光を得ることができる。これらのレーザ装置は、従来、光源としていたランプに比べ、高い出力が得られる利点はあるが、可干渉性(コヒーレンス)を有しており、レーザ光で回路パターン等を照明した場合、不要な干渉パターン(スペックルノイズ)が発生し、そのノイズが画像ノイズとして正常な画像信号とともに検出され、これが回路パターン検査に悪影響を及ぼす。
【0006】
このスペックルノイズを低減させる方法として、レーザ光路中に光を拡散させる効果をもつ拡散板を配置し、拡散効果を均質にするために拡散板を一定回転させる構成が一般的に用いられている。しかし、長時間拡散板の同一円周上に紫外レーザ光を照射しつづけると、拡散板母材のガラス材に劣化が生じ、透過率や拡散効率に変化が生じ、均質な照明が維持できなくなる。
【0007】
また、非検出物体、すなわちここで言う検査ウェハの種類によって、高感度に検出するための最適照明条件は変化する。つまり、金属配線のような反射率の高い表面を持つ検査ウェハと、酸化膜やレジスト膜のような比較的反射率の低い表面を持つ検査ウェハとを同じ照明条件で検出すると、必ずしも最適な照明状態とはならず、検査感度の劣化を引き起こす可能性がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記課題を解消し、紫外レーザ光を光源としてパターンを高解像度で安定して検査することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様においては、コヒーレンス低減手段であるレーザ光を拡散させる拡散板を用い、その拡散板の濃度フィルタに当たるレーザ光の位置を予め定められた制御内容に従って変化させ、拡散板の劣化による照明条件の変動を防ぐこととした。
【0010】
さらに、濃度フィルタに設ける微小な凹凸の粗密度合いを円形拡散板の半径方向に沿って変化させ、レーザ光軸と略直角方向に移動させることでレーザ光の濃度フィルタに当たる位置を変えて拡散効果を変化させ、試料上に照射する照明条件を変えることができるようにした。
【0011】
この機能によってレーザスペックルを抑制するとともに、基板表面状態に応じて最適な照明条件を選択できることができるようになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図1は、本発明に係わるパターン欠陥検査装置の一例を示す斜視図である。本発明ではDUV(深紫外,Deep Ultra Violet )領域で高輝度の照明を行うために、DUVレーザ光を出射するレーザ光源3としている。深紫外光のかわりに紫外光を用いても同様の効果が得られる。ステージ2はX,Y,Z,θ方向の自由度を有し、試料1として、被検査パターンが形成された被検査対象物(例えば半導体ウェハ)が載置される。ステージ2はステージ制御回路320を介して中央処理装置19に接続されている。レーザ光源3から発せられたレーザ光L2は、ミラー4,ミラー214,拡散板210,ビームエキスパンダ5,マルチスポット成形器65,レンズ
66,コヒーレンス低減光学系6,レンズ7,偏光ビームスプリッタ9、および偏光素子群10を介して対物レンズ11に入射し、被検査パターンが形成された試料1上に照射される。ビームエキスパンダ5で光束が拡大されたレーザ光L2はレンズ7によって対物レンズ11の瞳付近11aに集光された後、試料1上に照射される。
【0013】
試料1からの反射光は、試料1の垂直上方より対物レンズ11,偏光素子群
10,偏光ビームスプリッタ9,結像レンズ12を介してイメージセンサ13で検出される。偏光ビームスプリッタ9は、レーザ光の偏光方向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過する作用を持ち、ここでは、レーザ光L2が全反射するように配置されている。
【0014】
偏光素子群10は、レーザ照明光及び試料1からの反射光の偏光条件を変える機能を有する。試料1上に形成された被検査パターンは、形状,密度差により反射光の強度が変化する。このため、偏光素子群10は、パターン反射光の強度差がイメージセンサ13へ明るさむらとなって到達しないように、照明光の偏光比率を調節するもので、照明光に位相変化を与えるための1/2波長板10a,1/4波長板10bで構成されている。例えば、1/4波長板10bを光軸に対して45度回転することにより、照明光は、円偏光となって試料1に照射され、反射光は1/4波長板10bを2回通過するため、照明光と直交の偏光方向となり、偏光ビームスプリッタ9を透過して、イメージセンサ13上に到達する。イメージセンサ13は、例えばDUV領域の検出感度を持つ蓄積形のイメージセンサ(例えばTDIセンサ等)で構成され、試料1上に形成された被検査パターンからの反射光の明るさ(濃淡)に応じた濃淡画像信号を出力するものである。すなわち、ステージ2をY方向に走査して試料1を一定速度で移動させつつ、イメージセンサ13により試料1上に形成された被検査パターンの明るさ情報(濃淡画像信号)を検出する。
【0015】
焦点検出光学系300は、ステージ2が走査している間、試料1のZ方向の変位を検出するものであり、検出信号301は位置検出回路340を介して中央処理装置19に入力される。中央処理装置19は、試料1の表面が常に合焦点位置となるように、ステージ制御回路320を介してステージ2を駆動し、Z方向の変位を制御する。試料1の合焦点位置は、ステージ2の試料載置位置から離間し、検査に支障のない位置に設置された基準試料55を用いてあらかじめ設定されるものである。即ち、合焦点制御位置を、基準試料55を用いて検出した焦点位置よりオフセットして設定することにより、試料1に形成された薄膜表面の任意の位置で焦点合わせ制御を行うことが可能である。これにより、イメージセンサ13から得られる濃淡画像信号13aが、信号処理回路23に入力されて回路パターンの欠陥検査が行われる。
【0016】
信号処理回路23は、A/D変換器14,階調変換器15,遅延メモリ16,比較器17、及び中央処理装置19等から構成される。A/D変換器14は、イメージセンサ13から得られる濃淡画像信号13aをディジタル画像信号に変換し、階調変換器15は、例えば8ビットの階調変換器で構成され、A/D変換器14から出力されるディジタル画像信号に対して特開平8−320294号公報に記載されたような階調変換を施すものである。即ち、階調変換器15は対数,指数,多項式変換等を施し、プロセスで半導体ウェハ等の試料1上に形成された薄膜と、レーザ光が干渉して生じた画像の明るさむらを補正するものである。
【0017】
遅延メモリ16は、階調変換器15からの出力画像信号をイメージセンサ13の走査幅でもって、試料1を構成する1セル又は1チップ又は1ショット分を記憶して遅延させるものである。
【0018】
比較器17は、階調変換器15から出力される画像信号と、遅延メモリ16から得られる画像信号とを比較し、不一致部を欠陥として検出するものである。即ち、比較器17は、遅延メモリ16から出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した画像と、検出した画像とを比較するものである。中央処理装置19は、キーボード,記録媒体,ネットワーク等から構成された入力手段18を用いて設計情報に基づいて得られる半導体ウェハ等の試料1上における配列データ等の座標を入力しておくことにより、この入力された試料1上における配列データ等の座標に基づいて、比較器17による比較検査結果を基に、欠陥検査データを作成して記憶装置20に格納する。この欠陥検査データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段21に表示することもでき、また出力手段22に出力して、例えば他のレビュー装置等で欠陥箇所の観察も可能である。
【0019】
なお、比較器17の詳細は、特開昭61−212708号公報に示したもの等でよく、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出回路,差画像を2値化する不一致検出回路,2値化された出力より面積や長さ,座標等を抽出する特徴抽出回路から構成されている。
【0020】
次に、レーザ光源3について説明する。高解像を得るためには波長の短波長化が必要であり、検査速度の向上には高輝度照明が必要である。照明手段として、例えば水銀キセノン等の放電ランプを用い、ランプの持つ発光スペクトル(輝線)のうち、可視域を広範囲に使うことにより光強度を得ていたが、紫外,深紫外領域での輝線による光強度は、可視光の広帯域に比べると、わずか数パーセント程度であり、所望の光強度を確保するためには大形の光源が必要となる。ランプ光源は熱を発するので、使用に当たっては万全な放熱対策と、光学系への熱伝導を防止するために光学系から離して設置する等の制約がある。このような観点から、本発明では、前述のように、短波長を容易に確保できる深紫外レーザ光(DUVレーザ光)を光源3としている。
【0021】
レーザ光源(紫外レーザ発生装置)3は、図2に示すように、例えば、波長
532nmのレーザ基本波光L1を出射するレーザ装置80と、基本波光L1を2倍波に波長変換する波長変換装置81からなる。波長変換装置81の内部には、ミラーM1〜M4が配置されており、レーザ装置80から出射したレーザ光
L1は、ミラーM1を通過してミラーM2に到達する。ミラーM2は入射光の一部を透過し、残りを反射する。ミラーM2で反射されたレーザ光はミラーM3に至る。ミラーM3とミラーM4の光路中には非線形光学結晶85が配置されており、ミラーM3で全反射されたレーザ光は、非線形光学結晶85を通過してミラーM4に到達する。そしてこれらミラーM1〜M4からなる高反射率を有する光学部材によって共振器が構成される。更に非線形光学結晶85は、光学的に計算された適切な位置に配置されているので、この結晶85により、入射光L1は、波長が266nmの第2高調波L2に変換される。
【0022】
ミラーM4では、第2高調波の紫外レーザ光L2のみが出射される。すなわち、ミラーM4には、第2高調波を透過し、それ以外の波長は反射するよう反射コーティングが施されている。非線形光学結晶85で未変換のレーザ光L3は、ミラーM4で反射されてミラーM1に達し、ミラーM1を通過したレーザ光L1と同じ光路を再び辿る。ここで、ミラーM2を通過した一部の入射光は、図示しない検出手段にて、入射光の周波数と波長変換装置81の共振周波数の誤差を検出し、両者が常に共振状態となるように同調させるものである。例えば、図示しないサーボ機構(例えば圧電素子等のアクチュエータ)により、ミラーM3を高速に微動し、高精度で共振器長を制御して安定共振となるように電気的にフィードバックされると同時に、波長変換装置81に入射するレーザ光L1についても、レーザ装置80に設けられた図示しないミラーサーボ機構によりレーザ光L1が波長変換装置81の光軸と常に一致するように制御されている。
【0023】
波長変換装置81から出射された紫外レーザ光L2は、コヒーレンス(可干渉性)を有し、試料1上の回路パターンをレーザで照明した場合、スペックル(干渉縞)が発生する原因となる。従って、紫外レーザ光L2の照明では、コヒーレンスを低減する必要がある。コヒーレンスを低減するには、時間的あるいは空間的コヒーレンスのいずれかを低減させればよい。そこで、本発明では、図3に示すコヒーレンス低減光学系により、空間的コヒーレンスを低減するようにした。
【0024】
図3は本発明に係わる図1の一部分のコヒーレンス低減光学系の一実施例を示す模式図である。本発明では、コヒーレンス低減を拡散板210を用いて実現している。レーザ光L2は拡散板210を通過した後、ビームエキスパンダ5,マルチスポット成形器65を通過する。図4は拡散板210の平面図である。拡散板210には、図4に示すように、ガラス基板に微小な凹凸を密に設けたスリガラス状の濃度フィルタ220を複数設けたものであり、この拡散板210の濃度フィルタ220をレーザ光が通過することによってコヒーレンスを低減することができる。コヒーレンス低減の度合いをできる限り検査画像取り込み中で均質にするために、TDIセンサの取り込み周期に同期した周期で拡散板210をモータ200で回転させる。このようにして、レーザ光のコヒーレンスを低減し、スペックルノイズによる画像ノイズを押さえた信号を取り込み、画像処理を行う。
【0025】
この拡散板210を用いてコヒーレンスを低減しつづける場合に、拡散板210の濃度フィルタ220の同一円周上に長時間にわたって紫外レーザ光が当たりつづけることとなり、その部分のガラス母材が劣化,変質して、拡散効果の度合いが徐々に変化してしまう。つまり、拡散板210によるコヒーレンス低減効果が経時変化を生じることになる。その対策として、長時間同じ個所に紫外レーザ光が当たりつづけないようにするために、拡散板210とモータ200とをレーザ光軸と概ね直角方向に移動させる直進ステージ201を設けて、拡散板210の濃度フィルタ220の異なる円周上にレーザ光が当たるよう拡散板210を移動させる。なお、移動量は、最低、レーザ光のビーム半径以上であれば、拡散板
210の濃度フィルタ220の新たな円周位置にレーザ光を導くことができる。レーザ光の当たる位置を定期的に変化させるなど、予め定められた制御内容に従って変化させるようにすれば、ガラス母材の劣化,変質を防ぐことができる。
【0026】
拡散板210の移動指令は、あらかじめ設定した時間を経過した後、外部の制御装置(図示せず)から与えられる。拡散板210を、外部指令によってレーザ光軸と略直角方向にレーザ光のビーム半径以上を1回の移動量とする値で移動し、移動後固定するように制御する方法が考えられる。もちろん、装置を操作するオペレータが任意に移動指令を与えることも可能であり、移動指令のタイミングは特別規定されるものではない。
【0027】
図5および図6に拡散板210に設けられた濃度フィルタ220の平面図を示す。図5に示す濃度フィルタ220は、円形のガラス板の表面221に設けられた微小な凹凸が全体に均質に設けられ、全体的に同じ拡散効果が得られるようにしてある。
【0028】
図6に示す濃度フィルタ220は、検査パターンごとに最適照明条件を選択することを可能とするものである。円形の拡散板の半径方向に沿って、ガラス板の表面222の凹凸の密度が連続的にあるいは段階的に変化しており、半径方向で拡散効果が異なる構造のものである。この濃度フィルタ220を前記光学系に用いて、光軸と直角方向に移動させると、その位置に応じてレーザ光が透過する濃度フィルタ220の祖密度が異なるため、拡散効果を可変にすることができる。この構成を用いることによって、検査パターンごとに照明条件を最適化でき、常に感度の高い欠陥検査が可能となる。この場合の拡散板移動指令は、検査パターンの検出画像を元に明るさやコントラストが最適となる拡散板条件をあらかじめ設けられたテーブルから導き出し、その状態になる位置に指令を与える自動で行うオートモードと、操作者が検出画像を随時確認しながら拡散板位置を動かして最適状態を探索するマニュアルモードとによって構成される。
【0029】
これらの拡散板を用いたコヒーレンス低減照明によって照明された検査パターンから反射した反射光は、検出光学系によってTDIセンサ等の画像検知センサに入力されて画像信号となり、その画像信号を元に画像処理装置によって欠陥の有無が検査されて結果が表示装置等によって出力される。これらの一連の構成をとることによって、紫外レーザを用いた欠陥検査において、画像処理を高感度に行うために最も重要なスペックルノイズ低減が拡散板を設けることによって実現でき、しかも長期間安定して維持できるようになるとともに、種々の検査パターンに対応して最適照明条件を与えることが可能となり、より高感度な欠陥検査が実現できるようになる。
【0030】
以上、説明したように、パターン検査において、高解像・高速検査は重要な課題であり、このために、短波長でかつ高輝度な紫外レーザ光源が必要である。しかしながら、紫外レーザ光を用いた照明光学系においては、スペックルノイズにより画像ノイズが生じて検出感度が劣化するので、その解決策としてガラス基板に微小な凹凸を設けた拡散板を用いてレーザ光のコヒーレンス低減が図られる。本発明では、このコヒーレンス低減を図る拡散板に当たるレーザ光の位置を定期的に変化させることによって拡散板の局部劣化を防ぎ、コヒーレンス低減効果を長期間安定させて照明条件を均質化したので、紫外レーザ光を用いて安定した欠陥検出ができるようになる。
【0031】
さらに、拡散効果を発するガラス基板に設ける微小な凹凸を、円形拡散板の半径方向に沿って連続的に、あるいは段階的に変化させ、検査するパターンによってレーザ光が拡散板を透過する円周方向の位置を変化させる方法を用いることによって、種々のパターンに対応した最適な照明条件が選択できるようになり、高感度な欠陥検査が安定してできるようになる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、紫外レーザ光を光源としてパターンを高解像度でしかも安定して検査できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】欠陥検査装置の構成を示す斜視図。
【図2】紫外レーザ光発生装置の概略を示す構成図。
【図3】レーザコヒーレンス低減光学系を示す模式図。
【図4】拡散板の平面図。
【図5】濃度フィルタの平面図。
【図6】濃度フィルタの平面図。
【符号の説明】
1…試料、2…ステージ、3…レーザ光源、200…モータ、201…直進ステージ、210…拡散板、220…濃度フィルタ。
Claims (6)
- 紫外光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源から射出されたレーザ光の光路中にあって該レーザ光の可干渉性を低減する可干渉低減手段と、該可干渉低減手段をレーザ光光軸に対して略直角方向に移動させる移動手段と、該可干渉低減手段を通過したレーザ光が対物レンズの瞳位置に集光され試料上に照射され試料上に形成されたパターンから発生する反射光を検出する検出手段とを備え、前記試料を一定速度で移動しつつ前記検出手段で前記反射光を連続的に検出して試料のパターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査装置。
- 前記移動手段は、前記可干渉低減手段にレーザ光が当たる位置を予め定められた制御内容に従って変化させることを特徴とする請求項1に記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記可干渉低減手段は、ガラス表面に微小な凹凸を均質に形成した濃度フィルタであることを特徴とする請求項1に記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記可干渉低減手段は、ガラス表面に形成した微小な凹凸の粗密度合いが半径方向に沿って連続的あるいは段階的に変化している濃度フィルタであることを特徴とする請求項1に記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記移動手段は、前記可干渉低減手段をレーザ光のビーム半径以上の値を1回の移動量とする値でレーザ光軸と略直角方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載のパターン欠陥検査装置。
- レーザ光源からの紫外光の可干渉性を低減する可干渉低減手段をレーザ光光軸に対して略直角方向に予め定められた制御内容に従って移動しつつ該可干渉低減手段を通過したレーザ光を試料上に照射し、試料上に形成されたパターンから発生する反射光を検出し、前記試料を一定速度で移動しつつ前記検出手段で前記反射光を連続的に検出して試料のパターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
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