JP2007040915A - 周期構造の欠陥測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各次数の回折光が小さい角度で生じる場合、特定の次数の回折光を検出する方法によらず、被検査物の周期構造の欠陥を検出する装置を提供すること。
【解決手段】周期構造が形成された被検査物に、光源からの光を略平行光として照射する光照射手段と、該被検査物から生ずる回折光の画像を検出する画像検出手段を有し、該画像検出手段は、前記回折光の光強度の包絡線におけるメインローブあるいはサイドローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする周期構造の欠陥検出装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体関連部品や液晶関連部品等に形成された周期構造に生ずる欠陥を測定する装置であり、詳しくは周期構造で生ずる回折光から周期構造の欠陥を画像検出する装置に関する。

半導体基板や液晶関連部品の基板などでは、周期的に微細な構造が形成されている。ここで、フォトリソグラフィの工程においてレジストの膜厚の変化や、異物がフォトマスクとの間に存在した場合の露光不良などが原因で、基板の周期構造に部分的な欠陥が生じる場合がある。周期構造の欠陥は、基板に形成される線幅や構造の寸法変化となる。

このような原因で生じる周期構造の欠陥を、画像処理手法を利用して検査するには、各周期構造の寸法変化が非常に小さいため、局所的な寸法の変化が一部の領域に密集して存在する場合のマクロな欠陥を検出する手法が多く用いられる。

周期構造のマクロな欠陥を検出する場合、照明光が被検査物に照射され、周期構造によって生じる回折光を画像検査する手法が多く用いられる（例えば特許文献１参照。）。回折光を利用した検査では、特定の次数の回折光を、寸法の変化が最も回折光の強度変化に影響を及ぼす角度で検出している。

従来の方法の問題として、回折光の各次数間の角度は、周期構造のピッチが大きいほど小さくなってしまう。例えばピッチが１０μｍ以上の場合、各次数の回折間の角度は数度以下となる。液晶部品などでは、数十μｍ以上のピッチの周期構造も多く、この場合、各次数の回折光を分離して検出することが難しくなり、周期構造の寸法の変化によって光強度があまり変化しない回折光成分が同時に検出されることになり、感度が低下する。
また、低次の回折光を検出する場合、０次の回折光との分離が難しかった。高次になるほど角分散が大きくなり、自由領域が狭くなったり存在しなくなるため、各次数での分離検出が難しくなっていた。

また、従来の方法で、特定の次数の回折光を検出する場合、多波長の照明光が照射されると、寸法の変化による回折光の強度の変化が各波長で相殺しあう場合や、寸法の変化によって回折光の強度の変化が小さい波長があり、できるだけ狭い波長幅の照明光を照射する必要がある。このため、光源に狭帯域フィルタなどを設けた場合、回折光が微弱になり検出できる光量が低下する問題がある。

特開平１１−５１８７４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、各次数の回折光が小さい角度で生じる場合、特定の次数の回折光を検出する方法によらず、被検査物の周期構造の欠陥を検出する装置である。

本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１の発明は、周期構造が形成された被検査物に、光源からの光を略平行光として照射する光照射手段と、該被検査物から生ずる回折光の画像を検出する画像検出手段を有し、該画像検出手段は、前記回折光の光強度の包絡線におけるメインローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする周期構造の欠陥検出装置を提供する。

請求項２の発明は、周期構造が形成された被検査物に、光源からの光を略平行光として照射する光照射手段と、該被検査物から生ずる回折光の画像を検出する画像検出手段を有し、該画像検出手段は、前記回折光の光強度の包絡線におけるサイドローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする周期構造の欠陥検出装置を提供する。

請求項３の発明は、前記光照射手段は、光源から多波長の略平行光を照射する請求項１または２記載の周期構造の欠陥検出装置を提供する。

本発明の装置によれば、各次数の回折光が近接しており、各次数を分離して画像検出することが難しい場合でも、被検査物のマクロ的な周期構造の欠陥を感度よく検出できる。

本発明の装置によれば、各次数の回折光が近接している場合でも、回折光の光強度の包絡線のメインローブあるいはサイドローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度で検出することで、複数の回折光を同時に検出しても、周期構造の欠陥を光強度として検出することができる。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。まず本発明の方法を実施する装置を図１、図２に従って説明する。

本発明の欠陥検出装置の第１実施形態としての光照射手段は、光源１と、光源１から出射した光を略平行光にする集光レンズ２とを有する。また、画像検出手段は、非検査物から生ずる回折光の画像を検出する画像検出器８と、該画像における光強度変化が生じている部分を求めるための画像処理装置９を有する。

図１において、光源１から出射した光は、集光レンズ２で略平行光とし、周期構造をもつ被検査物３へ照明する。光源１はハロゲン光、メタルハライド光、ＬＥＤ光、キセノン光などを用いる。周期構造１１は、光を透過する開口部であり、被検査物３において周期構造１１以外の部分では光は透過しないとする。周期構造１１をもつ被検査物３では、１次元方向で考えた場合、周期構造の幅４と、周期構造の間隔５の関係によって回折光が生じる。

光源１から被検査物３への照射位置までの距離６と、光源１から被検査物３への垂線と照射位置までの距離７において、距離７を距離６で割ったもの、すなわち光源１から照射位置との方向余弦ｐをとる。回折角度１０は、９０度から方向余弦ｐの逆余弦を、差分したものとなる。

方向余弦ｐで光源装置１から特定の波長の光を照射した場合、画像検出器８では、被検査物３で生じる回折光が検出される。方向余弦ｐと画像検出器８で検出される光強度の関係を単波長の回折光について図２に示す。

周期構造の幅４をｓ、周期構造の間隔５をｄとおき、照射エリアの周期構造の数をＮとする。画像検出器８で検出される回折光の強度は、図２（ａ）で示すように波長λをｄで割った周期ごとに鋭い強度が表れるｓｉｎ（Ｎｘ）／ｓｉｎ（ｘ）の２乗の特性の項１２と、図２（ｂ）に示すように波長λをｓで割った周期ごとに強度が零となるｓｉｎｃ（ｘ）の２乗の特性の項１３の積で表される。この時、ｘはｋｐｄ／２であり、ｋは２π／λである。すなわち、画像検出器８で検出される光強度１４は、図２（ｃ）に示すように方向余弦ｐに対し、ある波長λにおいて、λ／ｄの周期で鋭い光強度が表れ、λ／ｓの周期で零になるｓｉｎｃ関数の２乗で増減する。

ここで、周期構造の間隔５が比較的大きいと、光強度１４において、方向余弦ｐに対しλ／ｄの間隔で発生する各次数の回折が近づいてしまう。そのため、画像検出器８で、各次数の回折光のみを検出することが難しくなってしまう。各次数の回折光において、寸法の変化が光強度の変化に最も影響を及ぼす方向余弦ｐにおける角度は限られているため、寸法の変化によってあまり光強度の変化が生じない成分も検出されてしまい、感度が低下してしまう。

ここで、光強度１４は項１３で示されるように、方向余弦ｐに対しｓｉｎｃ(ｘ)の２乗を包絡線として項１２の成分が増減する。周期構造の幅ｓは、必ず周期構造の間隔ｄより小さいため、方向余弦ｐに対しｓｉｎｃ(ｘ)の２乗の特性で増減する周期は、方向余弦ｐに対する光強度１４のピーク間隔であるλ／ｄより大きくなる。

周期構造の幅ｓに、欠陥が生じてｓ’となった場合、図２（ｄ）に示すようにｓの場合の方向余弦ｐに対する光強度１５が、ｓ’では光強度１６の特性となる。画像検出器８を用いて画角１７の範囲の光強度を検出したとする。このときｓｉｎｃ(ｘ)の２乗の特性において光強度が零となる方向余弦ｐが変化する。そのため、回折光の光強度の包絡線のメインローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度の回折光を画像検出器８で検出し、画像処理装置９で画像における光強度変化が生じている部分を求めることで、周期構造の幅ｓの欠陥を検出することができる。

尚、測定する回折角度の選定においては、正常な光強度１５と欠陥が発生した部分の光強度１６における光強度の差の比率が大きくなる回折角度を選択することになるが、光強度の絶対値すなわち光量も考慮する必要があり、これらのバランスの取れる回折角度を選定することになる。

次に、本発明の第２の実施形態について図３を用いて説明する。

周期構造の幅がｓのときの，方向余弦ｐに対する光強度１８は、周期構造がｓ’の場合、光強度１９の特性となる。ここで、回折光のサイドローブにおいて回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す画角２０、または画角２１の回折角度の光強度を画像検出器８で検出する。これにより、周期構造の幅ｓと、欠陥を有するｓ’の部分では、両者の光強度の差が生じるため、周期構造の欠陥を光強度として検出できる。尚、回折角度の選定については、第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について図１、図４を用いて説明する。

光源１から多波長の光を、集光レンズ２で略平行光として、被検査物３へ照射する。周期構造の幅がｓのとき、波長λの場合には方向余弦ｐに対して光強度２２となり、波長λ’の場合には方向余弦ｐに対して光強度２３となる。ここで周期構造の幅がｓ’になった場合、波長λ、波長λ’の光強度はそれぞれ、光強度２４、光強度２５となる。

全波長の回折光の光強度の包絡線のメインローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度である画角２６での回折光を画像検出器８を用いて検出し、画像処理装置９で光の強度が変化する部分を求めることで、周期構造の幅ｓの欠陥を光強度変化として検出することができる。

尚、多波長の場合の測定する回折角度の選定においては、全ての波長の光強度の合計値を基づいて、単波長の場合と同様に選定するのが好ましい。

次に、本発明の第４の実施形態について図１、図５を用いて説明する。

光源１から多波長の光を、集光レンズ２で略平行光として、被検査物３へ照射する。周期構造の幅がｓのとき，波長λの場合、方向余弦ｐに対して光強度２７、波長λ’の場合、方向余弦ｐに対して光強度２８となる。ここで周期構造の幅がｓ’になった場合、波長λ、波長λ’での光強度はそれぞれ、光強度２９、光強度３０の特性となる。

ここで、多波長の各波長の回折光のサイドローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す画角３１、または画角３２の回折角度の光強度を画像検出器８で検出する。これにより、周期構造の幅ｓと、欠陥を有するｓ’の部分では、両者の光強度の差が生じるため、周期構造の欠陥を光強度として検出できる。尚、回折角度の選定については、第３の実施形態と同様である。

以上、被検査物３では周期構造１１を光源１の照明光が透過する例で示した。被検査物３において周期構造１１では光を反射し、周期構造１１以外の部分では光を反射しない場合、光源１を画像検出器８と同方向から被検査物３を照射することで、同様の効果が実現できる。

液晶ディスプレイの製造に用いられるフォトスペーサー用の透明感光性樹脂被膜の塗布ムラを検出するのに好適である。

本発明の欠陥検出装置を模式的に示す構成図である。 本発明の第１の実施形態を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態を説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態を説明する説明図である。 本発明の第４の実施形態を説明する説明図である。

符号の説明

１・・・光源
２・・・集光レンズ
３・・・被検査物
４・・・周期構造の幅
５・・・周期構造の間隔
６、７・・・距離
８・・・画像検出器
９・・・画像処理装置
１０・・・回折角度
１１・・・周期構造
１２、１３・・・項
１４〜１６、１８、１９、２２〜２５、２７〜３０・・・光強度
１７、２０、２１、２６、３１、３２・・・画角

Claims (3)

1. 周期構造が形成された被検査物に、光源からの光を略平行光として照射する光照射手段と、該被検査物から生ずる回折光の画像を検出する画像検出手段を有し、該画像検出手段は、前記回折光の光強度の包絡線におけるメインローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする周期構造の欠陥検出装置。
2. 周期構造が形成された被検査物に、光源からの光を略平行光として照射する光照射手段と、該被検査物から生ずる回折光の画像を検出する画像検出手段を有し、該画像検出手段は、前記回折光の光強度の包絡線におけるサイドローブにおいて、回折光強度がピーク強度より低く、０より大きい値を示す回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする周期構造の欠陥検出装置。
3. 前記光照射手段は、光源から多波長の略平行光を照射する請求項１または２記載の周期構造の欠陥検出装置。

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