JP2007121269A - 欠陥検査装置及び方法、フォトマスクの製造方法、パターン転写方法、並びに半導体ウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な種類の被検査体の様々なピッチの繰り返しパターンに対しても、充分に欠陥を捉えることができること。
【解決手段】単位パターン５３が規則的に配列されてなる繰り返しパターン５１を表面に備えた被検査体５０の、上記繰り返しパターンに発生した欠陥を検査する欠陥検査装置１０であって、被検査体の検査領域を含む領域に、所望の入射角θｉから光を照射するための光源を有する光源装置１２と、該光源装置から光を照射した際に被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光する受光光学系１４を有する観察装置１３とを有し、光源装置１２は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源が用いられたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像デバイス、メモリデバイス等における繰り返しパターンの欠陥を検査し、または映像デバイス、メモリデバイス等のパターンを製造するための繰り返しパターンを有するフォトマスクにおけるパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法、並びにそれらを用いたフォトマスクの製造方法、パターン転写方法、及び半導体ウェハの製造方法に関する。

従来、撮像デバイス及び表示デバイス等の映像デバイス、或いは、それらを製造するためのフォトマスクにおいては、表面に形成されたパターンの検査項目として欠陥検査がある。この欠陥は例えば、規則的に配列したパターンに、意図せずに発生した異なる規則性をもつパターンが発生するエラーであり、ムラ欠陥とも呼ばれる。こうした欠陥は、製造工程等において何らかの原因により発生する。

撮像デバイスや表示デバイスにおいて、欠陥（ムラ欠陥）が存在すると、感度ムラ及び表示ムラが発生し、デバイス性能の低下につながる恐れがある。撮像デバイスや表示デバイスを製造する際に用いられるフォトマスクにおいても、フォトマスクのパターンに欠陥が発生すると、その欠陥が映像デバイスのパターンに転写されるため、映像デバイスの性能が低下する恐れがある。

従来、上述のような映像デバイスのパターンやフォトマスクのパターンにおける欠陥は、通常微細な欠陥が規則的に配列していることにより、個々のパターンの形状検査においては検出できない場合が多いものの、領域全体として見たときに、他の部分と異なる状態となってしまうものである。そのため、欠陥検査は、目視による斜光検査等の外観検査によって主に実施されている。

しかしながら、この目視検査は、作業者によって検査結果にばらつきが発生するという問題があるため、欠陥検査装置の自動化が望まれていた。
目視の斜光検査を自動化した装置としては、例えば、半導体ウエハのマクロ検査装置がその一つである。例えば、特許文献１には、半導体ウエハ上の周期的構造(繰り返しパターン)に所望の波長の光を照射する光源と、基板の表面からの回折光を受光するカメラと、このカメラによって撮影した画像データと無欠陥の基準データとを比較することによって欠陥を検出するための検出手段と、を有する装置が開示されている。このマクロ検査装置は、焦点のオフセット、ウエハの下面にゴミ（粒子）が存在してウエハ上下位置が変動することによるデフォーカス、ウエハの現像／エッチング／剥離工程における誤差等に起因する半導体ウエハ表面の周期的構造における表面欠陥を、ウエハ全面を単一視野で検査するというものである。

特許文献１のような回折光を用いた欠陥検査においては、図５に示されるように、被検査体である半導体ウエハ上の周期的構造（単位パターン１５３が規則的に配列された繰り返しパターン１５１）のピッチをｄ、入射角をθｉ、回折光の次数がｍの場合の回折角をθｍ、入射光の波長をλとしたとき、回折式
ｄ（ｓｉｎθｍ±ｓｉｎθｉ）＝ｍλ …（１）
を用いることができる。ここで、０次回折光（直接光）は、微細な欠陥情報が相対的に極めて少ないことから、微細な欠陥情報を得るために、０次回折光（直接光）より絶対値の大きな次数の回折光を捉える必要がある。また、上記式（１）からも判るように、周期的構造(繰り返しパターン)のピッチｄによって、回折次数ｍと回折角θｍが変動する。

この特許文献１では、半導体ウエハに現在使用されているデザインルールを包含する０．６μｍから４μｍのピッチに対し、一次回折光を捉えるために、回折光の方向(回折角θｍ)や、入射光の入射角θｉ及び波長λを変更することが記載されている。回折角θｍを変更する方法としては、具体的には、複数の角度に設置されたカメラを備える構造等が開示されている。
特開平９-３２９５５５号公報

しかしながら、特許文献１のように、観察装置であるカメラの角度を変化させ、斜め方向から撮影すると、カメラの対物レンズと被写体との距離が均一にならないため、面内で遠近感が生じ、本来均一な寸法の繰り返しパターン像が均一にならなかったり、面内でフォーカスがずれるという問題がある。そのために画像処理等により遠近感を補正する処理が必要となり、処理が煩雑となる。このような煩雑な処理を用いずに欠陥（ムラ欠陥）を観察するためには、観察装置における受光光学系は、前記光源装置から光を照射した際に前記被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光するように、被検査体の真上に配置することが最も好ましい。

ところが、図６に示すように、観察装置１１３を被検査体１５０の真上に配置して、光源（反射光を検出する場合は光源１１２、透過光を検出する場合は光源１１２’）から入射光（反射光を検出する場合には入射光Ｒｉ、透過光を検出する場合には入射光Ｒｉ’）を照射した場合、光源１１２、１１２’のスポット径によって決まる照射領域（反射光を検出する場合には照射領域Ａ、透過光を検出する場合には照射領域Ａ’）、カメラで被検査体を撮影する際のフォーカスコントロール等によって決まる被検査体１５０と観察装置１１３の対物レンズ（図示せず）との距離Ｂ、及び観察装置１１３の対物レンズの径Ｄによっては、光の入射角θiが小さいと、０より絶対値の大きいｍ次回折光Ｒmと共に、入射角θiと同じ角度の０次回折角θ_０にて反射又は透過する０次回折光Ｒ_０が観察装置１１４の対物レンズに取り込まれてしまい、欠陥情報が明瞭化されない光を多く含むことになり、欠陥情報のコントラストが低下してしまう。

このように、ある程度大きい入射角θiで光を入射するような位置に光源装置を配置すると、式（１）からもわかるように、絶対値のより大きな次数の回折光が観察装置に取り込まれることとなる。絶対値の大きな次数の回折光は、微小構造を捉えるという点では有利であるが、図７に示すように、次数の絶対値が大きくなればなるほど光量が小さくなってしまい、カメラの感度が不十分となる傾向になり、欠陥を観察することが困難になるという問題点があった。

しかも、被検査体として、液晶パネル等の表示装置やそれらの製造に用いる大型フォトマスクを対象とする場合、画素ピッチが５０〜８００μｍ、ＣＣＤ等撮像装置用半導体ウエハの画素ピッチが０．５〜８μｍ、ＣＣＤ等撮像装置用半導体ウエハの製造に使用するフォトマスクの画素ピッチが８〜５０μｍと非常に広い範囲のピッチに対応する必要がある。繰り返しパターンのピッチｄが大きくなると回折光の次数の絶対値が大きくなるため、０次回折光が取り込まれないぎりぎりの入射角としても、回折光の次数の絶対値が大きくなり、欠陥を検出するための光の光量が不足することが考えられる。さらに、回折光の光量は、繰り返しパターンのピッチｄの他に繰り返しパターンのエッジ幅ａ（図５参照）によっても変化するため、被検査体のエッジ幅ａによっても光量が不足してしまうことも考えられる。

尚、感度が不十分なカメラに取り込まれた画像を、強調処理等の画像処理によって欠陥を強調する方法により光量の不足を捕捉する方法も考えられるが、その場合には、カメラそのものに起因する欠陥も捉えてしまうことになり、好ましくない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、光源装置から光を照射した際に、被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光するように、受光光学系を被検査体の真上に配置することで、煩雑な画像処理を行わずとも均一な観察領域を観察することができ、かつ、様々な種類の被検査体の様々なピッチの繰り返しパターンに対しても、充分に欠陥を捉えることができるパターンの欠陥検査装置及び欠陥検査方法、並びにそれらを用いたフォトマスクの製造方法、パターン転写方法、及び半導体ウェハの製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の欠陥検査装置は、単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを表面に備えた被検査体の、上記繰り返しパターンに発生したムラ欠陥を検査するムラ欠陥検査装置であって、前記被検査体の検査領域を含む領域に、所望の入射角から光を照射するための光源を有する光源装置と、前記光源装置から光を照射した際に前記被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光する受光光学系を有する観察装置とを有し、前記光源装置は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源が用いられたものであることを特徴とするものである。

さらに、本発明の請求項２に記載の欠陥検査装置は、請求項１に記載の発明において、前記光源が、超高圧水銀ランプを用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の欠陥検査装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源装置を、前記受光光学系に、実質的に０次回折光が入射されないような入射角となる位置に配置することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の欠陥検査装置は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、前記観察装置が、前記受光光学系により受光した光により像を撮像する撮像装置を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の欠陥検査装置は、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明において、前記被検査体が、映像デバイス、メモリデバイス又はそれらを製造するために使用されるフォトマスクであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の欠陥検査方法は、単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを表面に備えた被検査体の、上記繰り返しパターンに発生した欠陥を検査する欠陥検査方法であって、前記被検査体の検査領域を含む領域に、所望の入射角から光を照射し、前記被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光光学系により受光する受光工程を有し、前記光は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源から発光された光であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載の欠陥検査方法は、請求項６に記載の発明において、前記受光工程は、被検査体の発生する、０次より次数の大きな回折光を受光光学系により受光することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載の欠陥検査方法は、請求項６に記載の発明において、前記受光工程は、被検査体の発生する、７次以上の回折光を受光光学系により受光することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載の欠陥検査方法は、請求項６〜８の何れか一項に記載の発明において、前記光源が、超高圧水銀ランプであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載の欠陥検査方法は、請求項６〜９の何れか一項に記載の発明において、前記入射角は、前記受光光学系に、実質的に０次回折光が入射されないような入射角であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に記載の欠陥検査方法は、請求項６〜１０の何れか一項に記載の発明において、前記受光光学系により受光した光により像を撮像し、撮像した画像に基づいて検査を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に記載の欠陥検査方法は、請求項６〜１１の何れか一項に記載の発明において、前記被検査体が、映像デバイス、メモリデバイス又はそれらを製造するために使用されるフォトマスクであることを特徴とするものである。

更に、本発明の請求項１３に記載のフォトマスクの製造方法は、透明基板上に遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に光の照射によって所定のパターンを描画する工程と、レジスト膜上の描画部又は非描画部を選択的に除去してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングし、遮光膜にパターンを形成する工程と、レジストを除去する工程とを有するフォトマスクの製造方法において、前記所定のパターンは、単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを含むものであり、前記レジストパターン又は遮光膜のパターンが形成された面を検査面とし、該検査面に所望の入射角から光を照射し、該検査面に対し垂直方向に発生する、０次より次数の大きな回折光を受光光学系により受光する欠陥検査工程を有し、前記光は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源から発光された光であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１４に記載のパターン転写方法は、請求項１３に記載の製造方法により製造されたフォトマスクを用いて、該フォトマスクに形成されたパターンを転写することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１５に記載の半導体ウェハの製造方法は、請求項１３に記載の製造方法により製造されたフォトマスクを用いて、該フォトマスクに形成されたパターンを転写して半導体ウェハを製造することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１６に記載の半導体ウェハの製造方法は、半導体ウエハの製造方法において、単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを表面に備えた半導体ウエハの、上記繰り返しパターンに発生した欠陥を検査する欠陥検査工程を含み、該欠陥検査工程においては、前記繰り返しパターンが形成された表面である検査面に、所望の入射角から光を照射し、前記検査面に対し垂直方向に発生する、０次より次数の大きな回折光を受光光学系により受光し、前記光は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源から発光された光であることを特徴とするものである。

請求項１または６に記載の発明によれば、光源として、平行性が良好である光源を用いることにより欠陥を顕在化することができる。しかも、高輝度（高照度）な光源を用いることによって、受光光学系に受光される光量が増えるため、観察可能な回折光の次数が絶対値の高い次数まで広がる。これらの結果、受光光学系を最も均一な画像を受光できる真上に固定配置することで、装置上の制約により入射角が制限されたとしても、広範囲の種類の繰り返しパターンピッチの被検査体に対し、欠陥を検出することが可能となる。したがって、煩雑な画像処理を行わずとも均一な観察領域を観察することができ、かつ、様々な種類の被検査体の様々なピッチの繰り返しパターンに対しても、充分に欠陥を捉えることができる。

請求項２または９に記載の発明によれば、光源に、超高圧水銀ランプを用いることにより、上述のように、平行性が良好で、高輝度（高照度）な光を得ることが可能となる。

請求項３、７、８または１０に記載の発明によれば、光源装置を、前記受光光学系に、実質的に０次回折光が入射されないような入射角度となる位置に配置すること、即ち、実質的に０よりも絶対値の大きな回折光のみを受光光学系により受光することによって、欠陥情報が極めて少ない光の受光を防止し、欠陥が検出し易くなる。

請求項４または１１に記載の発明によれば、観察装置が、前記受光光学系により受光した光により像を撮像する撮像装置を備えることによって、画像データを用いた解析等が可能となる。

請求項５または１２に記載の発明によれば、映像デバイスやフォトマスクなどの被検査体は、繰り返しパターンを有することから、本発明の欠陥検査装置及び方法は、これらの被検査体の欠陥を検査するのに、特に適している。

更に、請求項１３、１４または１５に記載の発明によれば、光源として、平行性が良好である光源を用いることにより欠陥を顕在化することができる。しかも、高輝度（高照度）な光源を用いることによって、受光光学系に受光される光量が増えるため、観察可能な回折光の次数が絶対値の高い次数まで広がる。これらの結果、受光光学系を最も均一な画像を受光できる真上に固定配置することで、装置上の制約により入射角が制限されたとしても、広範囲の種類の繰り返しパターンピッチのフォトマスクに対し、欠陥を検出することが可能となる。したがって、煩雑な画像処理を行わずとも均一な観察領域を観察することができ、かつ、様々な種類のフォトマスクの様々なピッチの繰り返しパターンに対しても、充分に欠陥を捉えることができる。

また、請求項１６に記載の発明によれば、光源として、平行性が良好である光源を用いることにより欠陥を顕在化することができる。しかも、高輝度（高照度）な光源を用いることによって、受光光学系に受光される光量が増えるため、観察可能な回折光の次数が絶対値の高い次数まで広がる。これらの結果、受光光学系を最も均一な画像を受光できる真上に固定配置することで、装置上の制約により入射角が制限されたとしても、広範囲の種類の繰り返しパターンピッチの半導体ウェハに対し、欠陥を検出することが可能となる。したがって、煩雑な画像処理を行わずとも均一な観察領域を観察することができ、かつ、様々な種類の半導体ウェハの様々なピッチの繰り返しパターンに対しても、充分に欠陥を捉えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
[Ａ] 第１の実施の形態
図１は、本発明に係るパターンのムラ欠陥検査装置における第１の実施の形態の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態は、反射光を用いて検査する検査装置の例である。
この図１に示す欠陥検査装置１０は、ステージ１１、光源装置１２、観察装置１３、観察装置に備えられた受光光学系１４を有して構成される。

前記ステージ１１は、被検査体５０を載置する台である。このステージ１１は、Ｘ-Ｙ方向に可動なＸ-Ｙステージとすることで、被検査体５０における検査領域を所定位置に設定することができる。また、ステージは、被検査体の検査面に対して垂直方向を軸に回転可能とすることによって、検査面に対し異なる方向から入射光を入射して検査することができる。

光源装置１２は、高輝度（照度が３０００００Ｌｘ以上）で、平行性が高い（平行度が２°以内）の光源を用いる。このような条件を満足することができる光源としては、超高圧水銀ランプが最も好ましい光源として挙げられる。この超高圧水銀ランプは、同じ電力のキセノンランプやメタルハライドランプより発光体が小さく高輝度で、また発光効率も高いため、理想的な点光源が得られ、平行光線が作り易い。超高圧水銀ランプの発光効率はキセノンランプより高く、エネルギーの強い精密な光を得ることができる。さらに、低圧水銀ランプや高圧水銀ランプのように発光体が長い（電極間が長い）ランプと比較して、超高圧水銀ランプは、アークサイズが極めて点光源に近いために、光学系での光の集中・拡散が容易で、均一で平行度の高い光及び均一な照度分布を得ることができる。

超高圧水銀ランプは、電源の電力（Ｗ）が大きいものを用いると照度が高いが、平行度が低下してしまうため、平行度と照度のバランスを考慮して選択される。尚、上記平行度とは、直進する光に対して光が広がる角度を言い、光源から発光された光を、レンズまたはスリットなどにより視準することにより、平行度の小さい光が得られる。尚、平行度は、1°以内とすることがさらに好ましい。

また、本実施形態においては、照度は、３０００００Ｌｘ以上とし、さらに好ましくは、４０００００Ｌｘ以上である。また、８０００００Ｌｘ以下とすることが実用的である。尚、前記照度は、ウシオ電機社製 分光放射照度ＵＳＲ-４０Ｖ／Ｄの測定結果に基づくものである。

また、光源としては、照度分布が小さいものを用いることが、検査面の面内で均一な強度の光を得る上で好ましく、具体的には、照度分布（上記照度計受光面にφ５ピンホールマスクを装着し、中心と上下左右の計５点を測定し、最高照度と最低照度の比を％で表したもの）が±１０％以下、さらに好ましくは±７％以下とすることが好ましい。照度分布に関しても、電源の電力（Ｗ）が大きいものを用いると低下してしまう傾向があるため、照度分布と照度とのバランスを考慮して選択される。超高圧水銀ランプは、高い照度で、小さい照度分布が得られるという点においても、優れている。

さらに、光源の波長としては、３８０〜８００ｎｍの範囲を用いることが好ましい。３８０ｎｍより小さい波長の紫外域の光を含むと、目視で検査する場合等において、安全上の問題がある。また８００ｎｍより大きい赤外域の光を含むと、熱をもつことから、被検査体や観察装置に対し悪影響を及ぼす危険性がある。光源の波長は、同様の観点からさらに好ましくは４００〜７５０ｎｍである。超高圧水銀ランプは、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ、５４６ｎｍ、５７９ｎｍに、相対強度が５０％以上の波長ピークを有する輝線スペクトルを有するため、３８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長域で、単色成分を多く含む光を用いて検査を行うことができ、このことから、ブロードな輝線スペクトルを有する光に比べ、欠陥のコントラストが良好となる。波長帯の選択は、光源装置内において、波長フォルタを設けて選択することが好ましい。

また、用いる波長又は波長帯により、欠陥の種類によって欠陥が顕在化され易い場合がある等の理由により、光の波長又は波長帯をさらに選択したい場合には、光源と被検査体の間、又は被検査体と観察装置との間に、波長フィルタを設けることもできる。

上述の光源装置１２は、ステージ１１の一方側上方に配置されて、被検査体５０の表面の、単位パターン５３が規則的に配列された繰り返しパターン５１へ斜め上方から光を照射するために、ミラー１５を用いて入射光を屈折するようにしている。尚、入射角を調整するために光ファイバを用いる方法もあるが、光ファイバによる光量の損失が考えられる。このため、超高圧水銀ランプを搭載した光源装置のように、傾斜することが好ましくない光源装置の場合には、ミラーを用いて入射光を屈折して入射角を調整することが好ましい。

観察装置１３は、例えば対物レンズを備えたＣＣＤカメラを撮像装置として用いることができ、被検査体５０の真上（被検査体の検査領域中心部と、対物レンズの中心部が一致する位置）に配置されている。観察装置１３を斜めに配置すると、その対物レンズと被検査体との距離が均一にならないために面内で遠近感が生じ、本来均一な寸法の繰り返しパターン像が均一にならなかったり、面内でフォーカスがずれるという問題を生ずるが、観察装置１３を真上に配置することによって、上記問題を低減することができる。

また、観察装置１３は、様々な大きさの被検査体及びその周期性構造(繰り返しパターン)のピッチに対応するために、対物レンズにズームレンズが用いられて、幅広くフォーカス調整できることが好ましい。また、同様の理由により、観察装置１３は上下可動とすることが好ましい。

上述のように、観察装置１３を被検査体５０の真上に設け、０次回折光（直接光）よりも絶対値の大きな次数の回折光を受光するためには、図２に示すように、入射角θiがある角度以上となるように配置する必要がある。

また、観察装置１３がＣＣＤカメラ等のカメラを撮像装置として用いることにより、このＣＣＤカメラより取り込んだ画像を表示画面に表示させることができ、またその画像を画像データとして解析装置（図示せず）により解析することができる。尚、観察装置としては、接眼レンズを用いてもよい。

解析装置としては、得られた画像データそのものに閾値を設ける等により検査する方法と、無欠陥データとの差分信号に対して閾値を設ける等により検査する方法がある。後者のような所謂比較検査は、欠陥以外のノイズを消去することができるという利点はあるが、パターン欠陥の検査の場合にはパターンデータとの比較ができないため、実データを無欠陥データとして用いることになり、完全な無欠陥データを得ることが困難であるという欠点がある。これに対し、前者のように、得られた画像データそのものを検査する方法は、目視検査と同様の手法であり、ノイズ成分に対し欠陥を顕在化することができれば、簡便かつ正確な検査が可能となる。

被検査体５０としては、撮像デバイスと表示デバイス等の映像デバイス、メモリデバイス及びそれらを製造する際に用いられるフォトマスクが挙げられる。撮像デバイスは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＶＭＩＳ等の固体撮像装置が代表的なものであり、表示デバイスは、液晶表示装置、プラズマ表示装置、ＥＬ表示装置、ＬＥＤ表示装置、ＤＭＤ表示装置等が代表的なものであり、メモリデバイスは、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の半導体メモリが代表的なものである。被検査体５０としては、上記デバイスに用いられる半導体ウエハ、カラーフィルタ、アクティブマトリックス基板等、各種基板を含むものである。
フォトマスクを検査する場合には、フォトマスクの表面（パターン面）から検査しても、フォトマスク裏面から検査してもよい。即ち、被検査体５０の検査面とは、繰り返しパターンの回折像が得られる面である。

被検査体として、液晶パネル等の表示装置やそれらの製造に用いる大型フォトマスクを対象とする場合には、画素ピッチが５０〜８００μｍであり、ＣＣＤ等撮像装置用半導体ウエハを対象とする場合には、画素ピッチが０．５〜８μｍであり、ＣＣＤ等撮像装置用半導体ウエハの製造に使用するフォトマスクを対象とする場合には、画素ピッチが８〜５０μｍであり、本実施の形態の欠陥検査装置１０は、これらの全てのピッチに対応することができる。

尚、繰り返しパターンのピッチが小さい場合には、回折光の次数の絶対値が小さくなることから、光源の光量が大きすぎ、明るすぎて検査がし難い場合も想定されるが、その場合には、例えば、光学フィルター等により光量を減少させるようにしてもよい。

次に、本実施の形態の欠陥検査装置１０を用い、繰り返しパターン５１に生じた欠陥を検査する方法について説明する。
まず、被検査体５０を、ステージ１１の上に置き、被検査体５０の被検査領域を指定する。
次に、所定の入射角θiに設置された光源装置１２により、光源からの光を入射させる。次に、被検査領域の真上に設置された観察装置１３によりフォーカスコントロールを行い、被検査領域の像を捉える。尚、検査領域は必ずしも光源からの光の照射領域全面とする必要はなく、照射領域の一部を検査領域としてもよい。そして、その像に基づいて、被検査体５０の繰り返しパターン５１における欠陥の検査を行う。

[Ｂ] 第２の実施の形態
図３は、本発明に係るパターンの欠陥検査装置における第２の実施の形態の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態は、透過光を用いて検査する検査装置の例である。

この図３に示す欠陥検査装置２０は、ステージ１１、光源装置１２、観察装置１３、観察装置に備えられた受光光学系１４を有して構成される。
本実施の形態においては、被検査体５０の下方に光源装置１２を配置し、被検査体５０の下方から入射光を入射させ、透過光を用いて検査すること以外は、第１の実施の形態と同様である。

尚、被検査体としては、繰り返しパターンの間から光が透過するものが好ましい。主に、撮像デバイスと表示デバイス等の映像デバイスに用いられるフォトマスク等が本実施形態の被検査体として好ましく、このフォトマスクの透明基板上に形成された繰り返しパターンの検査に対して、本実施形態は特に有利である。

図８(Ａ)は、欠陥を形成したテストパターンに対して、第１または第２の実施形態の欠陥検査装置１０、２０を用いて上記欠陥を検査した結果を示す図である。１２μｍピッチの繰り返しパターン（メインパターン）の中に、１０〜１００ｎｍの、後述する寸法変動系の欠陥が発生している上記テストパターンを、欠陥検査装置１０、２０を用いて観察、撮像したところ、メインパターンによる回折光の中に、欠陥によって生じた異種の回折光（回折光の乱れ）が明確に出現していることが分かる。尚、図中の４本の縦線は、左から、それぞれ100ｎｍ、50ｎｍ、20ｎｍ、10ｎｍの寸法ずれによる欠陥を検出したときの検出結果である。また、図８(Ｂ)は、上記撮像結果の濃度を微分したチャートである。

以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
第１の実施の形態に記載された欠陥検査装置を用いて、ＣＣＤの受光部を形成するための、ピッチ８μｍの繰り返しドットパターンが形成されたフォトマスクを検査した。
観察装置として、ＮＡ＝０．１０、レンズ径５０ｍｍ、０．３９倍〜４．７倍のズームタイプの対物レンズを有する１／２インチのＣＣＤカメラを用いた。この場合、一回に画像を取り込むことができる検査領域は、約１．５〜２０ｍｍ角である。また、対物レンズと被検査体の距離は、カメラの上下移動及びカメラのフォーカスによって被写体のピントを調節し、約１００ｍｍの距離とした。

光源は、電力５００Ｗ、照度４０００００Ｌｘ、照度分布±５％、平行度が０．６°の超高圧水銀ランプを用い、入射角を３０°とし、照射領域は直径５０ｍｍであった。このとき、超高圧水銀ランプの波長域を４０５〜５８０ｎｍとした場合、式（１）を用いた計算によると、被検査体に対し垂直方向へ反射する回折光の次数は、７〜１０次である。

次に、被検査体であるＣＣＤの受光部を形成するためのフォトマスクについて説明する。フォトマスクは、通常、合成石英ガラス基板等の透明基板上にクロム膜等の遮光膜が設けられ、この遮光膜が所望のパターンとなるように部分的に除去されたものである。本実施例において検査されるフォトマスクは、単位パターンが規則的に配列して構成された繰り返しパターンが形成されてなるチップが、５×５個設けられているものである。

一般的に、この種のフォトマスクの製造方法としては、まず、透明基板上に遮光膜を形成し、この遮光膜上にレジスト膜を形成する。次に、このレジスト膜に描画機における電子線またはレーザのビームを照射して描画を施し、所定のパターンを露光する。次に、描画部と非描画部を選択的に除去してレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングし、この遮光膜に繰り返しパターンを形成し、最後に、残存レジストを除去してフォトマスクを製造する。

上述の製造工程では、電子線またはレーザのビームの走査により、レジスト膜に直接描画を施す際に、ビームの径やスキャン幅に依存して描画に繋ぎ目が生じ、この繋ぎ目に、描画不良によるエラーが描画単位ごとに周期的に発生することがあり、これが繰り返しパターンにおける欠陥発生の一因となっている。

この欠陥の一例を図４に示す。この図４では、欠陥領域を符号５４で示す。図４（Ａ）は、ビームによる描画の繋ぎ目に位置ずれが発生することによって、繰り返しパターン５１における単位パターン５３の間隔が部分的に異なってしまうことによる欠陥を示す。図４（Ｂ）は、同じく、ビームによる描画の繋ぎ目に位置ずれが発生することによって、繰り返しパターン５１における単位パターン５３の位置が、他の単位パターンに対しずれてしまうことによる欠陥を示す。これらの図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す欠陥を座標位置変動系の欠陥と称する。また、図４（Ｃ）及び（Ｄ）は、描画機のビーム強度がばらつくこと等によって、繰り返しパターン５１の単位パターン５３が部分的に細くなったり、太くなる欠陥であり、これらの欠陥を寸法変動系の欠陥と称する。

本実施例の欠陥検査装置を用いて、欠陥の検査を行ったところ、図４（Ｂ）に示されるような位置ずれによる欠陥における位置ずれ量が１０ｎｍ程度の欠陥、及び図４（Ｃ）及び（Ｄ）における寸法変動系の欠陥における寸法変動量が１０ｎｍ程度の欠陥を検出することが可能であった。

（実施例２）
実施例１と同じ欠陥検査装置を用いて、２μｍのピッチの繰り返しパターンを有するサイズが４ｍｍ角のチップを、複数有する８インチサイズの半導体ウエハを検査した。このとき、超高圧水銀ランプの波長域を４０５〜５８０ｎｍとした場合、式（１）を用いた計算によると、被検査体に対し垂直方向へ反射する回折光の次数は、２次である。

上記半導体ウエハは、予め製造されたフォトマスクの繰り返しパターンを転写することによって製造される。この半導体ウエハの繰り返しパターンにおける欠陥は、パターン転写の際に用いられたフォトマスクの欠陥と同様の傾向を示すフォトマスク起因の欠陥と、半導体ウエハ上のレジスト塗布ムラ等のように、半導体ウエハ製造プロセスに起因する欠陥とが存在すると考えられる。

本実施例においては、半導体ウエハの面内のうち、検査対象チップを選択し、各チップの検査領域を選択して検査を行った。
その結果、フォトマスク起因の欠陥であると考えられる横方向の縞状のムラと、半導体ウエハのプロセス起因と考えられる斜め方向の縞状のムラとが観察された。このように、本実施例においては、半導体ウエハ上のチップレベルでの欠陥の評価が可能であった。

上述の両実施形態及び両実施例によれば、次の効果(１)〜(４)を奏する。
(１) 光源装置１２の光源として、平行性が良好である光源を用いることにより欠陥を顕在化することができる。しかも、高輝度（高照度）な光源を用いることによって、受光光学系１４に受光される光量が増えるため、観察可能な回折光の次数が絶対値の高い次数まで広がる。これらの結果、受光光学系１４を、最も均一な画像を受光できる真上に固定配置することで、装置上の制約により入射角θｉが制限されたとしても、広範囲の種類の繰り返しパターンピッチの被検査体５０に対し、欠陥を検出することが可能となる。したがって、煩雑な画像処理を行わずとも均一な観察領域を観察することができ、かつ、映像デバイス、メモリデバイス又はそれらを製造するために使用されるフォトマスクのような様々な種類の被検査体５０の様々なピッチの繰り返しパターン５１に対しても、充分に欠陥を捉えることができる。

(２) 光源装置１２の光源に、超高圧水銀ランプを用いることにより、平行性が良好で、高輝度（高照度）な光を得ることが可能となる。

(３)光源装置１２を、前記受光光学系１４に、実質的に０次回折光が入射されないような入射角度θｉとなる位置に配置すること、即ち、実質的に０よりも絶対値の大きな回折光のみを受光光学系１４により受光することによって、欠陥の情報が極めて少ない光の受光を防止し、欠陥が検出し易くなる。

(４) 観察装置１３が、前記受光光学系１４により受光した光により像を撮像するＣＣＤカメラを備えることによって、画像データを用いた解析等が可能となる。

本発明に係るパターンの欠陥検査装置における第１の実施の形態を示す概略図である。 図１の欠陥検査装置のおける入射光の入射角を説明するための図である。 本発明に係るパターンの欠陥検査装置における第２の実施の形態を示す概略図である。 実施例１で用いられるフォトマスクにおけるチップに形成された繰り返しパターンに発生した欠陥を示し、（Ａ）及び（Ｂ）が座標変動系の欠陥、（Ｃ）及び（Ｄ）が寸法変動系の欠陥をそれぞれ示す図である。 被検査体の周期的構造を示す概略図である。 欠陥検査装置の従来の問題点を説明するための図である。 回折光の次数に対する光強度を示すグラフである。 欠陥が形成されたテストパターンにおける上記欠陥を、第１または第２の実施形態の欠陥検査装置により検査したときの検査結果を示す図である。

符号の説明

１０、２０ ムラ欠陥検査装置
１２ 光源装置
１３ 観察装置
１４ 受光光学系
５０ 被検査体
５１ 繰り返しパターン
５３ 単位パターン

Claims (16)

1. 単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを表面に備えた被検査体の、上記繰り返しパターンに発生した欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   前記被検査体の検査領域を含む領域に、所望の入射角から光を照射するための光源を有する光源装置と、
   前記光源装置から光を照射した際に前記被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光する受光光学系を有する観察装置とを有し、
   前記光源装置は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源が用いられたものであることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記光源が、超高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記光源装置は、前記受光光学系に実質的に０次回折光が入射されないような入射角となる位置に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記観察装置が、前記受光光学系により受光した光により像を撮像する撮像装置を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
5. 前記被検査体が、映像デバイス、メモリデバイス又はそれらを製造するために使用されるフォトマスクであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
6. 単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを表面に備えた被検査体の、上記繰り返しパターンに発生した欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   前記被検査体の検査領域を含む領域に、所望の入射角から光を照射し、前記被検査体の検査面に対し垂直方向に発生する光を受光光学系により受光する受光工程を有し、
   前記光は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源から発光された光であることを特徴とする欠陥検査方法。
7. 前記受光工程は、被検査体の発生する、０次より次数の大きな回折光を受光光学系により受光することを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査方法。
8. 前記受光工程は、被検査体の発生する、７次以上の回折光を受光光学系により受光することを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査方法。
9. 前記光源が、超高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の欠陥検査方法。
10. 前記入射角は、前記受光光学系に、実質的に０次回折光が入射されないような入射角であることを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の欠陥検査方法。
11. 前記受光光学系により受光した光により像を撮像し、撮像した画像に基づいて検査を行うことを特徴とする請求項６〜１０の何れか一項に記載の欠陥検査方法。
12. 前記被検査体が、映像デバイス、メモリデバイス又はそれらを製造するために使用されるフォトマスクであることを特徴とする請求項６〜１１の何れか一項に記載の欠陥検査方法。
13. 透明基板上に遮光膜を形成する工程と、
    前記遮光膜上にレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜に光の照射によって所定のパターンを描画する工程と、
    レジスト膜上の描画部又は非描画部を選択的に除去してレジストパターンを形成する工程と、
    前記レジストパターンをマスクとしてエッチングし、遮光膜にパターンを形成する工程と、
    レジストを除去する工程とを有するフォトマスクの製造方法において、
    前記所定のパターンは、単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを含むものであり、
    前記レジストパターン又は遮光膜のパターンが形成された面を検査面とし、
    該検査面に所望の入射角から光を照射し、該検査面に対し垂直方向に発生する、０次より次数の大きな回折光を受光光学系により受光する欠陥検査工程を有し、
    前記光は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源から発光された光であることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
14. 請求項１３に記載の製造方法により製造されたフォトマスクを用いて、該フォトマスクに形成されたパターンを転写することを特徴とするパターン転写方法。
15. 請求項１３に記載の製造方法により製造されたフォトマスクを用いて、該フォトマスクに形成されたパターンを転写して半導体ウェハを製造することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。
16. 半導体ウエハの製造方法において、
    単位パターンが規則的に配列されてなる繰り返しパターンを表面に備えた半導体ウエハの、上記繰り返しパターンに発生した欠陥を検査する欠陥検査工程を含み、
    該欠陥検査工程においては、前記繰り返しパターンが形成された表面である検査面に、所望の入射角から光を照射し、
    前記検査面に対し垂直方向に発生する、０次より次数の大きな回折光を受光光学系により受光し、
    前記光は、平行度が２°以内で、照度が３０００００Ｌｘ以上の光源から発光された光であることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。