JP2006275780A - パターン検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン検査装置で使用されるＴＤＩセンサのキャリブレーションを高速かつ高精度に行うことを目的とする。
【解決手段】検査対象となる試料１１３を載置するステージ１１４上に設置した補正用透過部および遮光部をセンサ１１６で撮像して得た電気信号により、該センサの動作条件を補正する第一の補正係数を求める第一の補正係数算出工程と、該試料１１３の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、該第二の補正係数算出工程で得られた該センサ１１６の特性値に基づいて該センサ１１６の動作条件を設定する動作条件設定工程の各ステップによってキャリブレーションする。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するパターン検査方法に関わる。

多大な製造コストのかかる大規模集積回路（ＬＳＩ）の製造に、歩留まりの向上は欠かせない。歩留まりを低下させる要因の一つとして、半導体ウェハ上に微細パターンを転写する際に使用されるリソグラフィ用マスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、検出しなければならない欠陥の最小寸法も微細化している。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

パターン検査装置では、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像し、設計データ、あるいは試料上の同一パターンの撮像と比較することにより検査を行う。試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

このようなパターン検査装置においてセンサとしては、一般的に時間遅延蓄積（ＴＤＩ）センサが、用いられている。このＴＤＩセンサは、水平方向に並んだセンサの出力を遅延しながら空間的に積分するセンサで、高い感度が特徴である。図４にＴＤＩセンサの簡単な原理を示す。図４は、センサの正面図であり、図４において、Ａ方向と、Ｂ方向に、センサ素子の画素が複数配列されている。このセンサに対してステージはＢ方向に進行して画像を撮像する。従ってＡ方向に並んだセンサ素子の画素数だけの画像情報が同時に得られる。単一時間に撮像されセンサ素子の画素に蓄積された画像情報は、次の単一時間にＸ軸方向に隣接するセンサ素子の画素に転送され蓄積されるとともに、ステージが移動して隣接するセンサ素子の画素においても同一のパターン位置を撮像する。このように、このセンサで光学像を正しく得るためには蓄積時間と同期して光学像を移動させる必要がある。通常は、ステージ上に試料を置き、ステージの走行速度をセンサの蓄積時間と同期させることにより、画像を取得する。

このようなセンサは、画素を構成する複数のセンサ単一素子が集合しており、これらのセンサ単一素子の間で、センサの特性にばらつきがあると、誤動作の原因となる。従って、センサを構成する全てのセンサ単一素子は電気的に等しい特性、すなわちゲイン及びオフセット特性を有していることが必要である。そこで、センサを使用する際に、これらの特性を整合させるために、センサのキャリブレーションが行われている。
このセンサのキャリブレーションは、パターンの検査を行う試料上に形成されている明部、および暗部の領域を撮像して、その部分の明るさの値が全画素に渡って所定の値となるようにゲインやオフセットを調節することによって行われる（特許文献１参照）。図２に示すように試料の明部、および暗部の領域が十分に大きい場合はステージを静止させてＴＤＩセンサを蓄積動作すれば、その明るさを全画素に渡って高速に取得することが出来る。しかし、試料上の明部、暗部領域を撮像する際に、図３示すようにその領域がセンサのサイズに対して小さい場合、全ての画素について撮像データを得るには何度もステージ走行を繰り返さなければならず、センサのキャリブレーションに多大な時間がかかってしまう。例えば、リソグラフィ用マスクの種類によっては、十分な大きさのキャリブレーション領域を確保できないことがあるため、キャリブレーションの実行に問題が生じている。
特開２００１−２８１１５９号公報

本発明は、パターン検査装置で使用されるＴＤＩセンサのキャリブレーションを高速かつ高精度に行うことを目的とする。

第１の本発明は、検査対象となる試料を載置するステージ上に設置した補正用透過部および遮光部を、センサで撮像して得た電気信号により、該センサの動作条件を補正する第一の補正係数を求める第一の補正係数算出工程と、
該試料の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、
該第二の補正係数算出工程で得られた該センサの特性値に基づいて該センサの動作条件を設定する動作条件設定工程と、
該試料に形成されたパターンに光を照射し、該パターンの光学像を該センサにより撮像して電気信号に変換する撮像工程と、
該撮像工程によって得られた光学画像と、該パターンの設計データから求めた基準画像、もしくは、該パターンと同一の設計形状を有する他のパターンを撮像した光学画像とを比較して欠陥を検査することを特徴とするパターン検査方法である。

第２の本発明は、補正用透過部及び遮光部を備えた補正用マスクのパターンをセンサで撮像して得た電気信号により第一の補正係数を求める第一の補正係数算出工程と、
該試料の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、
該第二の補正係数算出工程で得られた該センサの特性値に基づいて該センサの動作条件を設定する動作条件設定工程と、
該試料に形成されたパターンに光を照射し、該パターンの光学像を該センサにより撮像して電気信号に変換する撮像工程と、
該撮像工程によって得られた光学画像と、該パターンの設計データから求めた基準画像、もしくは、該パターンと同一の設計形状を有する他のパターンを撮像した光学画像とを比較して欠陥を検査することを特徴とするパターン検査方法である。

第３の本発明は、試料に形成されているパターンを撮像するセンサであって、そのセンサの動作条件補正係数を記録保存する装置を有するパターン検査装置を用い、該記録保存装置に保存されているセンサ補正係数から、センサに設定する係数を選択する係数選択工程と、
試料の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、
該第二の補正係数算出工程で得られた該センサの特性値に基づいて該センサの動作条件を設定する動作条件設定工程と、
該試料に形成されたパターンに光を照射し、該パターンの光学像を該センサにより撮像して電気信号に変換する撮像工程と、
該撮像工程によって得られた光学画像と、該パターンの設計データから求めた基準画像、もしくは、該パターンと同一の設計形状を有する他のパターンを撮像した光学画像とを比較して欠陥を検査することを特徴とするパターン検査方法である。

上記本発明によれば、センサのキャリブレーションを、マスクのパターンに依存することなく高速、かつ高精度に行うことができるという特徴を有している。

［第１の実施の形態］
以後、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態において用いるのに適した欠陥検査装置の構成図である。観測データ生成部１１０は、光源１１１、試料１１３を載置するステージ１１４、試料に光を照射する照明光学系１１２、試料のパターンに対応した光学像を撮像する結像光学系１１５及びセンサ回路１１６、ステージの制御を行うステージ制御回路１０２から構成されている。

試料１１３は、図示しないオートローダ機構によりステージ１１４上に自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出される。ステージ１１４の上方には、光源１１１及び照明レンズからなる照明光学系１１２が配置されている。光源１１１より発した光束は照明レンズ１１２を介して試料１１３を照射する。試料１１３の下方には、拡大光学系（結像光学系）１１５及びセンサ回路１１６が配置されている。露光用マスクを透過した透過光は拡大光学系１１５を介してセンサ回路１１６のセンサ面に結像される。拡大光学系１１５は自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされる。

ステージ１１４は、ホスト計算機１０１の指令を受けたステージ制御回路１０２により制御され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータである駆動系１０８によって駆動される。このＸモータ、Ｙモータ、θモータとしては、ステップモータを用いることができる。ステージ１１２上には、ＴＤＩセンサのキャリブレーションのためのパターン１１７が設けられている。

センサ回路には、図示しないＴＤＩセンサが設置されている。ステージ１１４をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料のパターンを撮像する。この撮像データは、測定パターンデータとして比較回路１０７に送られる。測定パターンデータは例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。

比較回路１０７では、データメモリ１０４に蓄積されているパターンの設計データを元に、検査対象のパターン画像の基準となる基準画像を形成するデータ展開回路１０５及び参照回路１０６で生成した基準パターンデータと、参照データ生成部で生成された測定パターンデータを取り込み、位置合わせをした後に複数のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。

ＴＤＩセンサのキャリブレーションは以下のステップに従って行われる。
（ａ）ステージをキャリブレーション用の光透過部と遮光部に順次移動し、各部位における光量を測定する。キャリブレーション用の光透過部と遮光部は結像後にＴＤＩセンサを偏りなく覆うことが出来る大きさをもつものとする。このとき、ステージは静止状態でＴＤＩセンサを空間的な平均値Ｌ_０，Ｄ_０を測定する。測定は、全ての画素について行う。

（ｂ）前記ステップａの測定値を元に、ＴＤＩセンサのキャリブレーションを行う。
ＴＤＩセンサの出力のモデルは、センサ出力（階調値）Ｓ，ゲインＧ，定数ｋ，センサ信号Ｉ，オフセットＯＳとすると、

と表される。

暗部データＤ，明部データＬ，暗部センサ出力Ｉ_Ｄ，明部センサ出力Ｉ_Ｌ，初期ゲインＧ_０，初期オフセットＯＳ_０＝０とする。

採取するデータＤ_０，Ｌ_０は次式で表される。

暗部、明部の目標値をＢ_０，Ｗ_０とすると、キャリブレーション後の状態は次式で表される。Ｂ_０，Ｗ_０は任意であるが、出力が飽和しない範囲で、極力レンジを広くとることが望ましい。

式（２）（３）よりＩ_Ｄ，Ｉ_Ｌを消去すると、求めるゲイン，オフセットは次式で与えられる。

ＴＤＩセンサの全ての画素について上記の計算を行う。

（ｃ）前記ステップｂのキャリブレーションを行った状態で試料上の指定された明部、暗部の領域の光量Ｌ，Ｄを測定する。このとき、ステージはＴＤＩセンサの蓄積時間と同期して移動させる。ｂのキャリブレーションを行った結果、ＴＤＩセンサ上のどの画素で測定を行ってもＬ，Ｄは同じ値を得ることができるので、全ての画素で測定を行う必要がない。

（ｄ）前記ステップｃで得た光量値を元に、ＴＤＩセンサの最終キャリブレーションを行う。
すなわち、暗部データＤ，明部データＬ，暗部センサ出力Ｉ_Ｄ，明部センサ出力Ｉ_Ｌ，仮ゲイン値Ｇ_１，仮オフセット値ＯＳ_１とする。
採取するデータＤ，Ｌは次式で表される。この時、ステージ移動モードで画像を取得する。

求めるゲインＧ，オフセットＯＳとすると、キャリブレーション後の暗部、明部の目標値Ｂ，Ｗは次式で表される。

式（６）および（７）よりＩ_Ｄ，Ｉ_Ｌを消去すると、求めるゲイン，オフセットは次式で与えられる。

ＴＤＩセンサの全ての画素について上記の計算を行う。

（ｅ）前記ステップｄで得たゲイン、オフセットの値を、ＴＤＩセンサに設定する。

以上のステップに従うことにより、試料上のキャリブレーション領域が狭い場合でも短時間で高精度のＴＤＩセンサキャリブレーションを行うことが出来る。

以下、上記プロセスでＴＤＩセンサに設定したゲイン、およびオフセットの値を用いて、ＴＤＩセンサを駆動して、試料パターンの撮像を行って測定パターンデータを作成する。
一方、前記パターン検査装置のデータメモリ１０４に格納されている当該パターンを設計したＣＡＤ等のデータより、基準パターンデータを作成する。次いで前記測定パターンデータと、基準パターンデータとを、あらかじめ画素位置ズレ等を補正した後、両画像を比較して検査し、両画像間に所定の閾値以上の際があれば欠陥と判断する。

［第２の実施の形態］
以後、本発明の第２の実施の形態について詳細に説明する。前記第１の実施の形態と同等の構成についてはその詳細な説明は省略する。
前記第１の実施の形態において、補正用の光透過部と遮光部を、試料を載置するステージ上に設けていたが、本実施の形態は、補正用の光透過部と遮光部を、キャリブレーション用のマスクに設け、試料の検査の前にこのキャリブレーション用のマスクを用いてキャリブレーションを行うものである。

この実施の形態において、ＴＤＩセンサのキャリブレーションは以下のステップに従って行われる。
（ａ）装置内部に格納されているＴＤＩセンサキャリブレーション用の試料をステージ上に搬送する。ステージを試料上のキャリブレーション用の光透過部と遮光部に順次移動し、各部位における光量を測定する。キャリブレーション用の光透過部と遮光部は結像後にＴＤＩセンサを偏りなく覆うことが出来る大きさをもつものとする。このとき、ステージは静止状態でＴＤＩセンサを空間的な平均値Ｌ_０，Ｄ_０を測定する。測定は、全ての画素について行う。

（ｂ）前記ステップａの測定値を元に、前記第１の実施の形態と同様にしてＴＤＩセンサのキャリブレーションを行う。

（ｃ）検査を行う試料をステージ上に搬送し、前記ステップｂのキャリブレーションを行った状態で試料上の指定された明部、暗部の領域の光量Ｌ，Ｄを測定する。このとき、ステージはＴＤＩセンサの蓄積時間と同期して移動させる。ステップｂのキャリブレーションを行った結果、ＴＤＩセンサ上のどの画素で測定を行ってもＬ，Ｄは同じ値を得ることができるので、全ての画素で測定を行う必要がない。

（ｄ）前記ステップｃの光量値を元に、ＴＤＩセンサの最終キャリブレーションを行う。

（ｅ）前記ステップｄで得たゲイン、オフセットを、ＴＤＩセンサに設定する。

以上のプロセスでＴＤＩセンサのキャリブレーションが完了するので、以下、試料についてパターンの撮像を行い、上記第１の実施の形態と同様にして試料のパターン検査を行う。この方法によれば、パターン検査装置を改造する必要がなく、従来の装置を用いることが可能である。

［第３の実施の形態］
以後、本発明の第３の実施の形態について詳細に説明する。前記第１及び第２の実施の形態と同等の構成についてはその詳細な説明は省略する。

この実施の形態においては、センサのキャリブレーションのデータは、パターン検査装置に備えられている記録保存装置に記録されており、以後のパターン検査の際のキャリブレーションは、この記録保存装置に記録されているデータを用いて行うものである。

以下このキャリブレーションについて説明する。ＴＤＩセンサのキャリブレーションは以下のステップに従って行われる。
（ａ）過去に行ったＴＤＩセンサのキャリブレーション結果をデータ格納装置から読み出し、ＴＤＩセンサに設定する。

（ｂ）検査を行う試料をステージ上に搬送し、前記ステップａの設定を行った状態で試料上の指定された明部、暗部の領域の光量Ｌ，Ｄを測定する。このとき、ステージはＴＤＩセンサの蓄積時間と同期して移動させる。ａのキャリブレーション結果を用いることにより、ＴＤＩセンサ上のどの画素で測定を行ってもＬ，Ｄは同じ値を得ることができるので、全ての画素で測定を行う必要がない。

（ｃ）前記ステップｂの光量値を元に、ＴＤＩセンサの最終キャリブレーションを行う。

（ｄ）前記ステップｃで得たゲイン、オフセットを、ＴＤＩセンサに設定する。
以上のステップにより、ＴＤＩセンサのキャリブレーションが完了するので、以下試料について、定法によりパターン検査を行う。
この方法は、連続して類似しているマスクを同等の条件で検査する場合に適した方法であり、この方法によれば、第一の補正係数算出工程が不要となるため、キャリブレーションの迅速化に効果がある。

［他の変形例］
また、上記説明は、撮像データ（測定パターンデータ）と設計データ（基準パターンデータ）を比較するDie to Database 方式として説明したが、撮像データ同士を比較するDie to Die方式あるいはこれら両者の併用方式でも良い。さらに、試料のパターンを撮像する方法として、試料の透過光を用いて検査を行った例を示したが、反射光あるいは透過光と反射光を同時に用いても良い。
さらに、上記実施の形態においては、センサのキャリブレーションを行った後、試料パターンの撮像を行い、パターンの検査を行う例を示したが、先に試料パターンの撮像を行い、次いで、キャリブレーションを行った後、前記キャリブレーションによって得られたセンサのゲイン及びオフセットのデータを元に、撮像データを補正してパターン検査に用いることもできる。
本発明は上述の実施の形態に限定されず、この他にも本発明の主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。

本発明で用いることのできるパターン検査装置の一例を示すブロック図。 従来のセンサとキャリブレーション領域との関係を示す図。 本発明のセンサとキャリブレーション領域との関係を示すための図。 ＴＤＩセンサの動作を説明するための図。

符号の説明

１００…演算制御部
１０１…ホスト計算機
１０２…ステージ制御回路
１０４…データメモリ
１０５…データ展開回路
１０６…参照回路
１０７…比較回路
１０８…駆動系
１１０…画像取得部
１１１…光源
１１２…照明光学系
１１３…試料
１１４…ステージ
１１５…結像光学系
１１６…センサ回路
１１７…キャリブレーション領域

Claims (3)

1. 検査対象となる試料を載置するステージ上に設置した補正用透過部および遮光部を、センサで撮像して得た電気信号により、該センサの動作条件を補正する第一の補正係数を求める第一の補正係数算出工程と、
   該試料の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、
   該第二の補正係数算出工程で得られた該センサの特性値に基づいて該センサの動作条件を設定する動作条件設定工程と、
   該試料に形成されたパターンに光を照射し、該パターンの光学像を該センサにより撮像して電気信号に変換する撮像工程と、
   該撮像工程によって得られた光学画像と、該パターンの設計データから求めた基準画像、もしくは、該パターンと同一の設計形状を有する他のパターンを撮像した光学画像とを比較して欠陥を検査することを特徴とするパターン検査方法。
2. 補正用透過部及び遮光部を備えた補正用マスクのパターンをセンサで撮像して得た電気信号により第一の補正係数を求める第一の補正係数算出工程と、
   該試料の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、
   該第二の補正係数算出工程で得られた該センサの特性値に基づいて該センサの動作条件を設定する動作条件設定工程と、
   該試料に形成されたパターンに光を照射し、該パターンの光学像を該センサにより撮像して電気信号に変換する撮像工程と、
   該撮像工程によって得られた光学画像と、該パターンの設計データから求めた基準画像、もしくは、該パターンと同一の設計形状を有する他のパターンを撮像した光学画像とを比較して欠陥を検査することを特徴とするパターン検査方法。
3. 試料に形成されているパターンを撮像するセンサであって、そのセンサの動作条件補正係数を記録保存する装置を有するパターン検査装置を用い、該記録保存装置に保存されているセンサ補正係数から、センサに設定する係数を選択する係数選択工程と、
   試料の一部を撮像して該第一の補正係数に基づいて補正した電気信号により第二の補正係数を求める第二の補正係数算出工程と、
   該第二の補正係数算出工程で得られた該センサの特性値に基づいて該センサの動作条件を設定する動作条件設定工程と、
   該試料に形成されたパターンに光を照射し、該パターンの光学像を該センサにより撮像して電気信号に変換する撮像工程と、
   該撮像工程によって得られた光学画像と、該パターンの設計データから求めた基準画像、もしくは、該パターンと同一の設計形状を有する他のパターンを撮像した光学画像とを比較して欠陥を検査することを特徴とするパターン検査方法。
   
   

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