JP2006275779A - パターン欠陥検査装置及びこれを用いたパターン欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
【課題】 レチクルあるいはＬＳＩ自身のパターンの外観検査における、斜めエッジ部分の検査精度の向上を可能とする外観検査方法および装置を提供する。
【解決手段】 レーザビームを走査させる照明光学系１１と、試料面を検出するセンサ１５と、検出手段から得られる検出信号を用いて試料面の画像を得て欠陥検出を行う比較回路２５と、ＣＡＤデータから作成した画像をステージと同じ角度だけ回転させた画像を作成する座標回転回路２２と、試料１２を保持しＸ軸、Ｙ軸方向に駆動するＸＹステージ１３とを備え、検査する斜めエッジ部分に平行な角度で走査を行うことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、試料上のパターン欠陥を検査する試料検査装置に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク，ウェハ，或いは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥を検査する試料のパターン欠陥検査装置及びその方法に関する。

半導体装置などのデバイスは、高集積化しており、それに伴って、半導体ウェハの表面に形成されるパターンも極めて微細化している。このパターンに微細な欠陥があると半導体デバイスの機能が損なわれ、商品価値を失うことになる。半導体デバイス等を製造する工程において、半導体ウェハ表面等にパターンを形成するに当たっては通常マスク（レチクル）が用いられており、このマスクパターンの欠陥検査は極めて重要である。
従来、マスクなどのパターンの検査は、マスク等を設計したデータから、パターン画像を構成し、これと、実際のマスクに形成されたパターンを撮像した画像を比較したり、あるいはマスク上に形成された複数のパターンを撮像した画像を比較したりする等の方法で検査を行っている（特許文献１参照）。

従来技術において用いられているパターン欠陥検査装置の一例を示して説明する。図６が、従来のパターン欠陥検査装置の概略図である。図６に見られるように、ステージ６４上に載置されたマスクなどの試料６３にレーザ光源６１から照明光学系６２を介してレーザ光が照射され、透過した光が拡大光学系６５を介してセンサ６６の表面に結像しパターンが撮像される。通常センサ６６としては、一次元センサが用いられており、試料６３とセンサ６６とは、演算処理装置６７に接続されたステージ制御回路６８の指令に基づき駆動される駆動系６９によって相対的に移動してパターンをスキャンし、被検査試料表面に形成されているパターンの２次元画像であるセンサ画像が形成される。
一方、演算処理装置６７に接続されたメモリ７０には、この試料６３に形成されているパターンの設計データ（ＣＡＤデータ）が記録されており、この設計データに基づいてデータ展開回路７１及び参照回路７２によって設計データに基づく参照画像が形成される。
上記図６においては、試料パターンの撮像を透過光によって行う装置を示しているが、反射光を用いる装置も光学系の配置が異なるのみで同様の装置でパターン欠陥検出を行うことができる。

ところで、従来の装置では、フォトマスクをレーザビームによってスキャンする際に、ビームを少しずつずらしてスキャンするため、検査しようとするマスクパターンのエッジ部分がスキャン方向に平行もしくは直交している場合は、エッジ部分の凹凸などの欠陥を精度よく検出することができたが、スキャン方向に対して斜めとなるパターンエッジ部分ではビーム間で段差が発生し、欠陥信号が段差部分に入り検出されにくいことがあった。すなわち、図７に見られるように、直線部を有するパターンをスキャンする際に、パターンエッジがスキャン方向と平行もしくは直交していない場合には、センサの画素単位のいわゆるジャギーと呼ばれるのこぎり状の段差が生じることになる。すなわち、図７（ａ）に示すように、直線部分を有する遮光パターンのエッジ部分に斜め方向からスキャンを行うと、図７（ｂ）に示すように画素単位のジャギーが発生する。また、検査の元となるマスクパターンデータも斜めエッジ部分では隣り合ったデータが連続ではなく、離散値であるために正確にエッジの状態を表現することができなかった。

そのために従来は、スキャン画像、マスクパターンデータ画像、ともに近傍のデータから補間計算によって、斜め遮光パターンのエッジの形状を、算出していたが、必ずしも正確ではなかった。
特開平８−７６３５９号公報

上記したように従来、マスクの斜めパターンの検査を行う際には、計算による補間が必要になってくるため、これが誤差を含む要因となっていた。
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、斜めエッジ部分の検査精度の向上を図ることのできるパターン欠陥検査方法および装置を提供することにある。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消すべく成されたもので、レーザビームを走査させる照明光学系と、試料面を検出するセンサと、検出手段から得られる検出信号を用いて試料面の画像を得て欠陥検出を行う比較回路と、ＣＡＤデータから作成した画像をステージと同じ角度だけ回転させた画像を作成する座標回転回路と、試料を保持しＸ軸、Ｙ軸方向に駆動するＸＹステージとを備え、検査する斜めエッジ部分に平行な角度で走査を行うことを特徴とする。

すなわち第１の本発明は、表面にパターンが形成されている試料と、該試料を保持する試料保持手段と、該試料に光を照射する光源と、該光源からの光を該試料上に合焦させる照明光学系と、該試料からの光を受光して電気信号に変換しセンサ画像を形成する撮像手段と、該試料表面に形成されているパターンの設計データからパターンの画像を構成する参照画像形成手段と、該センサ画像と該参照画像とを比較する比較手段とを少なくとも備えたパターン欠陥検出装置であって、
該試料に対して任意の角度で該光を走査させる手段と、該試料の走査角度と等しい角度で該参照画像を回転させる手段を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置である。

前記第１の発明において、前記パターンの遮光エッジ部の直線部分端部と前記走査方向がなす角度をθとした場合、前記任意の角度を、θもしくは、９０−θとすることができる。

前記第１の発明において、前記任意の角度で前記光を走査させる手段として、前記試料保持手段を回転させる手段を採用することができる。

前記第１の発明において、前記任意の角度で前記光を走査させる手段として、前記試料を回転させる手段とすることができる。

前記第１の発明において、前記任意の角度で前記光を走査させる手段として、前記試料保持手段を任意の方向に移動させる手段と、前記センサを回転させる手段の組み合わせとすることができる。

前記第１の発明のパターン欠陥検査装置において、前記参照画像から、前記パターンの遮光エッジ部の直線部分と前記走査方向がなす角度を検出する回転角度検出回路をさらに備えたものとすることができる。

前記第１の発明のパターン欠陥検査装置において、前記参照回路によって形成された参照画像から遮光パターンのエッジ部を含む領域を抽出してエッジ抽出画像を形成する手段と、前記センサ画像と前記参照画像との比較画像から該エッジ画像相当領域を抽出する第２の比較手段をさらに備えたものとすることができる。

第２の本発明は、ステージ上に載置した試料を光で走査して、該試料に形成されている試料パターンをセンサによって撮像してセンサ画像を形成し、該試料パターンの設計データから前記試料パターンの参照画像を形成して、前記センサ画像と比較して試料パターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査方法であって、
前記試料パターンの遮光エッジ部に対する光の走査方向を、前記遮光エッジ部の直線部分に対して平行もしくは直交する方向となるよう、走査方向を回転させ、前記参照画像を前記走査方向の回転角度と等しい角度で回転した回転参照画像と比較することによって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である。

前記第２の発明において、前記光の走査方向の回転を、前記ステージの回転によって行うことができる。

前記第２の発明において、前記光の走査方向の回転を、前記試料の回転によって行うことができる。

前記第２の発明において、前記光の走査方向の回転を、前記ステージの移動方向の変更及び、前記センサの回転によって行うことができる。

前記第２の発明において、前記走査方向の回転の角度を、前記参照画像の遮光エッジ部の直線部分の傾斜に基づいて決定することができる。

前記第２の発明において、前記走査方向の回転角度が、予め設定されている複数の固定角度の内、前記参照画像の遮光エッジ部の直線部分の傾斜に基づいて決定される角度に最も近い角度とすることができる。

前記第２の発明において、パターン欠陥の検査を前記センサ画像及び前記参照画像から、遮光エッジ部分を含む領域を抽出して抽出センサ画像及び抽出参照画像とし、これらの抽出画像を比較することによって行うことができる。

本発明によれば、斜めエッジ部分を有するパターンの欠陥検出を、高精度で行うことができる。

以下本発明の動作原理及び作用について、本発明のパターン欠陥検査装置の概略図である図２、本発明によって撮像されたパターンエッジを示す図である図３、本発明の動作図である図４及び従来の方法によって撮像されたパターンエッジの図である図７を用いて説明する。

本発明は、図２に見られるようにマスク１２表面に形成されているパターンをセンサ１５でスキャンして撮像する際に、図７（ａ）に示すようにパターンのエッジ部分が、スキャン方向に対して傾斜している場合に、撮像したセンサ画像に図７（ｂ）に見られるようにジャギーが発生し、マスクパターンのエッジが階段状になって雑音成分となり欠陥との分離ができにくくなり、微小欠陥の検出が難しくなる。そこで、図３（ａ）のように、スキャン方向と、パターンのエッジ方向が平行もしくは直交するように回転させたパターンを取り込むことによって、図３（ｂ）のごとく撮像された画像にジャギーが解消され、データの誤差が少なくなり、エッジ部分の微小な欠陥を検出することができるようになるものである。

すなわち、図２に見られるように、マスク１２のパターンのエッジ部分が、マスク１２を載置したステージ１３の移動方向（スキャン方向）であるＹ軸方向とは異なる方向に角度θだけ傾いている場合に、図４（ａ）に示すようにステージ１３もしくはマスク１２を角度θ分回転させ、マスクパターンのエッジ部分とスキャン方向が平行もしくは直交するようにするか、もしくは図４（ｂ）に示すようにステージ１３の移動方向（スキャン方向）を角度θ分変化させてスキャンすることによってジャギーの発生を防止し、欠陥検出の精度を向上させるものである。

［第１の実施の形態］
この実施の形態は、前記本発明において、マスクを固定載置したステージを回転して、パターンのエッジ部分とスキャン方向とを整合させるものである。
以下、図面を参照しながら本実施の形態を説明する。
図１には本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置の概略構成を示す。
本実施の形態のパターン欠陥検査装置は、レーザ光のような光を照射する光源１０と、この光源から照射されるレーザ光を、表面にパターンを有する試料表面に合焦させる照明光学系１１と、試料であるマスク１２およびこれを載置したステージ１３と、試料からのレーザ光を集光する拡大光学系１４と、該拡大光学系からの光を受光して電気信号に変換するセンサ１５、及びこのセンサ１５の出力信号を元に、パターンの画像を構成してマスク画像（図１（ａ））とするセンサ回路１６を備えている。

また、試料であるマスクの表面に形成されたパターンの設計データであるＣＡＤデータ１７から、パターンの設計画像を形成する第１のデータ展開回路１８と、このデータ展開回路によって形成されたパターン画像である参照画像（図１（ｂ））から、パターンのエッジ部分を検知し、このエッジ部分方向をスキャン方向と平行もしくは直交させるために必要な回転角度を検出する回転角度検出手段１９と、この回転角度検出手段によって決定された回転角度をステージ上のマスクの回転及びＣＡＤデータの座標回転を制御する回転角度制御手段２０を備えている。そしてこの回転角度制御手段２０の出力は、ステージ１３を回転させる回転機構２１及びＣＡＤデータの座標回転を制御する座標回転回路２２に出力され、それぞれを同期させて回転させる。

前記回転角度検出手段において、エッジ角度の検出は、データ展開回路１８によって展開されたマスク上の遮光パターンデータを、微分フィルターなどを適用することにより検出することができる。

前記座標回転回路２２によって変換された座標系に従って、第２のデータ展開回路２３がＣＡＤデータを処理して、画像データに変換し、あらかじめ決められたパラメータに従い、データ展開回路２３で展開された画像データを、参照回路２４が、画像の拡大または縮小や画質の補正を行い、欠陥がない状態のセンサ画像１６に近づけた参照画像を形成する。

センサ画像形成回路１６によって形成されたセンサ画像と、参照回路２４から得られた回転後の参照画像を比較する比較回路２５によって、両画像が公知のアルゴリズムによって比較され、パターンの欠陥が検出される。

尚、上記本実施の形態である図１において、センサ回路１６、第１のデータ展開回路１８、回転角度検出手段１９、回転角度制御手段２０、座標回転回路２２、第２のデータ展開回路２３、参照回路２４、比較回路２５等は、電子的回路のハードウェアによって実現することもできるが、演算処理装置のプログラムによってソフトウェアとして実現することもできる。

また、パターンの遮光エッジ部分が直交している場合には、いずれか一方のエッジ部分を対象として上記処理を行うことができる。また、遮光エッジ部分が直交しない場合には、直線部分が長いエッジ部分を対象として上記処理を行うことによって、検出精度の低下を最小限にすることができる。

（変形例１）
上記本実施の形態においては、本発明で実現しようとする、マスクパターンのエッジ角度と走査角度とを整合させるために、ステージ１３の角度調整を、回転角度制御機構２０の指令に基づいて駆動されるモータなどの回転機構２１によって回転させる方法を示したが、ステージ１３をオペレータが手動によってθ度回転させて行うこともできる。この場合には、回転角度制御機構２０がステージ１３の回転角度を、図示しない表示装置などを用いて表示するなどの方法によってオペレータに通知することによって実現できる。

（変形例２）
前記第１の本実施の形態においては、マスクパターンのエッジ角度と走査角度の整合を、ステージ１３を回転駆動することによって行っているが、ステージの回転に代えて、ステージ上に搭載するマスクの配置を回転させて、エッジ角度と走査角度の整合を行うこともできる。

［第２の実施の形態］
前記第１の実施の形態においては、パターンの全体について、センサ画像と、参照画像の比較を行って欠陥を検出したが、比較に当たって、エッジ方向と平行な部分がもっとも検査精度が高くなるため、もしエッジ付近に欠陥が発生していた場合には、検査結果でエッジの荒さとして検出され、エッジ検出回路２６にて得られるエッジ周辺部のみを検査結果として出力することで、高い精度でマスクの欠陥を検出することができる。
この実施の形態について、パターン欠陥検査装置のブロック図である図５を用いて説明する。図５において、図１と同等の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
前述の第１の実施の形態と同様にして、センサ回路１６によってセンサ画像（図５（ａ））を形成する。一方、ＣＡＤデータを処理し、参照回路２４で、回転した参照画像（図５（ｃ））を形成する。この参照回路２４の出力を用いて、エッジ検出回路２６でパターンのエッジ部分を抽出する（エッジ抽出画像：図５（ｄ））。このエッジ抽出画像を用いて、比較回路２５による比較結果２７を処理することにより、エッジ部分についての欠陥検出を行うことができる（図５（ｅ））。
この方法によれば、少ないデータ処理量で、エッジ部分について、高い検出精度で欠陥を検出することができる。

［第３の実施の形態］
前記第１の実施の形態においては、走査方向の変更をステージもしくはマスクの回転によって行っているが、本実施の形態においては、センサを所定の角度回転させ、かつ、ステージの移動を、Ｘ方向及びＹ方向同時に行い、レーザ光が、所定の角度で試料表面を走査することによって、前記第１の実施の形態と同等のパターン欠陥検出を行うこともできる。
また、走査角度の変更を、マスクを回転させるのではなく、図２においてセンサ１５をθ度回転させ、またステージ１３の制御をＸ方向とＹ方向同時に行い、センサの回転角度に対して直角に動かすことで、座標系のひずみを打ち消し、参照画像の作成を容易にすることができる。

（変形例４）
前記第３の実施の形態の方法では、レーザ光の走査は、ステージを移動させることによって行っているが、この方式に代えて、照明光学系１１にローテーションプリズムを配置し、光源１０から照射される光の方向を変動させて、マスク上の所要位置に走査することもできる。この場合に、センサ１５も、レーザ光の照射位置に位置するよう追従させる必要がある。

［他の変形例］
以下、前記実施の形態についての変形例を示す。
（変形例５）
検出された角度データがマスクデータ内に複数存在する場合は、異なる角度データ領域ごとに複数回のマスク検査を行うこととなる。なお、この場合に、検査は目標とする角度の遮光エッジ部分だけを行うことになるので、目標エッジ部分以外の部分は省略することができ検査時間を短縮することができる。

（変形例６）
マスクのエッジ角度が既知である場合は、図１及び図５における回転角度検出回路１９を省略し、回転制御回路２０に対して予めオペレータが必要なパラメータを入力し、これに従い、マスクやＣＡＤデータの回転を行うこともできる。これによって回転角度検出の工程を短縮することができ、処理を高速化できる。

（変形例７）
上記各実施の形態においては、検出されたもしくは予め設定されたパターンのエッジ角度と等しい角度で、マスク、ステージまたは走査機構を回転させているが、複数の固定回転角度を予め設定しておき、回転角度検出回路１９によって検出した回転角度に最も近い固定回転角度を用いて、マスク、ステージまたは走査機構を回転させることもできる。これに依れば、より高速に欠陥検査処理を行うことができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では透過画像の例を説明したが、これに限らず反射画像に適用することができる。また、回転角度等の条件は、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、検査装置処理構成は、必ずしも図１及び図５に示すフローチャートに限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

本発明の第１の実施の形態において用いるパターン欠陥検出装置の概略構成図 本発明の装置の動作原理を説明するための図 本発明においてパターンエッジ検出の動作を示す図 本発明の動作を示す図 本発明の第２の実施の形態において用いるパターン欠陥検出装置の概略構成図 従来のパターン欠陥検出装置の概略構成図 従来のパターンエッジ検出の動作を示す図

符号の説明

１０：光源
１１：照明光学系
１２：マスク
１３：ステージ
１４：拡大光学系
１５：センサ
１６：センサ回路
１７：ＣＡＤデータ
１８：第１のデータ展開回路
１９：回転角度検出回路
２０：回転角度制御回路
２１：回転機構
２２：座標回転回路
２３：第２のデータ展開回路
２４：参照回路
２５：比較回路
２６：エッジ検出回路
２７：第２の比較回路
６１：光源
６２：照明光学系
６３：マスク
６４：ステージ
６５：拡大光学系
６６：センサ回路
６７：演算処理装置
６８：ステージ制御回路
６９：駆動系
７０：メモリ
７１：データ展開回路
７２：参照回路
７３：比較回路

Claims (14)

1. 表面にパターンが形成されている試料と、該試料を保持する試料保持手段と、該試料に光を照射する光源と、該光源からの光を該試料上に合焦させる照明光学系と、該試料からの光を受光して電気信号に変換しセンサ画像を形成する撮像手段と、該試料表面に形成されているパターンの設計データからパターンの画像を構成する参照画像形成手段と、該センサ画像と該参照画像とを比較する比較手段とを少なくとも備えたパターン欠陥検出装置であって、
   該試料に対して任意の角度で該光を走査させる手段と、該試料の走査角度と等しい角度で該参照画像を回転させる手段を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
2. 前記任意の角度が、前記パターンの遮光エッジ部の直線部分端部と前記走査方向がなす角度をθとした場合、θもしくは、９０−θ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。
3. 前記任意の角度で前記光を走査させる手段が、前記試料保持手段を回転させる手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
4. 前記任意の角度で前記光を走査させる手段が、前記試料を回転させる手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
5. 前記任意の角度で前記光を走査させる手段が、前記試料保持手段を任意の方向に移動させる手段と、前記センサを回転させる手段の組み合わせであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
6. 前記参照画像から、前記パターンの遮光エッジ部の直線部分と前記走査方向がなす角度を検出する回転角度検出回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のパターン欠陥検査装置。
7. 前記参照回路によって形成された参照画像から遮光パターンのエッジ部を含む領域を抽出してエッジ抽出画像を形成する手段と、前記センサ画像と前記参照画像との比較画像から該エッジ画像相当領域を抽出する第２の比較手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のパターン欠陥検査装置。
8. ステージ上に載置した試料を光で走査して、該試料に形成されている試料パターンをセンサによって撮像してセンサ画像を形成し、該試料パターンの設計データから前記試料パターンの参照画像を形成して、前記センサ画像と比較して試料パターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査方法であって、
   前記試料パターンの遮光エッジ部に対する光の走査方向を、前記遮光エッジ部の直線部分に対して平行もしくは直交する方向となるよう、走査方向を回転させ、前記参照画像を前記走査方向の回転角度と等しい角度で回転した回転参照画像と比較することによって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。
9. 前記光の走査方向の回転を、前記ステージの回転によって行うことを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査方法。
10. 前記光の走査方向の回転を、前記試料の回転によって行うことを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査方法。
11. 前記光の走査方向の回転を、前記ステージの移動方向の変更及び、前記センサの回転によって行うことを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査方法。
12. 前記走査方向の回転の角度が、前記参照画像の遮光エッジ部の直線部分の傾斜に基づいて決定することを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査方法。
13. 前記走査方向の回転角度が、予め設定されている複数の固定角度の内、前記参照画像の遮光エッジ部の直線部分の傾斜に基づいて決定される角度に最も近い角度とすることを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査方法。
14. 前記センサ画像及び前記参照画像から、遮光エッジ部分を含む領域を抽出して抽出センサ画像及び抽出参照画像とし、これらの抽出画像を比較することを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査方法。
    
    

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