JP2007170827A

JP2007170827A - 周期性パターンの欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2007170827A
Application number: JP2005364498A
Authority: JP
Inventors: Masashi Gunjima; 政司郡嶋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】本発明は、周期構造パターンに応じた、正確な回折光角度を求め最適な回折検査光を照射することが可能な、主に半導体関連基板、特にメモリーイメージャー関係のホトマスクのムラ等の欠陥の検出を行う、周期性パターンの欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】表面に周期性パターンを持つ基板の表面欠陥を検査する装置であって、前記検査対象基板に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源を備えた照明駆動部と、検査対象基板から生ずる回折光の検出手段と、その回折光を光強度情報に変換する手段を具備していることを特徴とする周期性パターンの欠陥検査装置である。
【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る、周期的な構造を有する平坦な基板の表面欠陥の検出を行う装置に関し、主には半導体関連、特にメモリーイメージャー関係のホトマスクのムラ等の欠陥の検出を行う周期性パターンの欠陥検査装置に関する。

周期構造が形成された検査物の検査方法では下記に示すような寸法精度、位置精度、パターン欠陥がある。
１）寸法精度［設計寸法からの偏差（線幅リニアリティー、ＸＹ寸法誤差、疎密製）］
・面内バラツキ
・面間バラツキ
２）位置精度（レジストレーション精度）
・トータルピッチズレ
・個別ピッチズレ
・チップ倍率、歪
・チップローテーション、レクチル直交度
・チップ挿入精度
３）パターン欠陥
・繰り返し欠陥（共通欠陥）の有無
・ランダム欠陥の密度、有無
・欠陥サイズ
・異物、パターン形状（フィールドつなぎ精度、コーナー丸まり、エッジ形状）汚れ傷
一般的な検査方法で上記の観点から品質保証を行うが、それぞれの検査方法はミクロ的に行われている。一方、ミクロ検査では良品判定でも官能検査で不良品として判断されるものがある。周期的な僅かなズレが周期的に発生する現象がマクロ的観察でスジムラとなって現れる。例えば、フォトマスクの場合ムラのあるフォトマスクで露光されたＬＣＤ等イージャー系製品ではムラが目視で見えてしまうことから、不良品と判断される。このように被検査物を回折格子に見立てて平行光を照射することで透過光に現れる欠陥ををエリアカメラで検出している。このときの平行光の照射角度が欠陥の出現に大きく影響する。

このように、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。

従来技術では周期性パターンのムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明を用いて透過率画像を撮像し、各々の画像での光の強度を比べて欠陥部と正常部を視認する方法である。そのため、元々欠陥部と正常部との光の強度差が少ないコントラストが低い画像で、その強度差の処理方法を工夫することで、差を拡大して欠陥部の抽出、検査を行っている。しかし、上記従来方法では、格子状の周期性パターンのブラックマトリクスの欠陥、特に開口部の大きいブラックマトリクスの欠陥の撮像において、欠陥部と正常部でのコントラストの向上が望めず、強度差の処理を工夫したとしても、元画像のコントラストが低い画像の場合の検査では、目視での官能検査方法より低い検査能力しか達成できない問題がある。

そこで、周期性のあるパターン、例えば、ブラックマトリクス欠陥を安定的、高精度に撮像、検出可能な検査装置を提供することを目的として、例えば特許文献１に記載されているような検査装置が提案された。撮像装置により撮像された周期性パターンの検査する検査装置において、光軸に平行な撮像側平行光学系を備え、画像を撮像する手段を具備するＸＹステージと、光軸の上下方向及び前記ＸＹステージの左右平行方向及び光軸で回転する上下左右回転駆動部と、該駆動部の先端に固定した光軸に平行な照明側平行光学系の照明をする手段を具備する斜め透過照明部とを備え、前期撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターン欠陥検査の工程を逐次処理する手段を具備する処理部を備えた周期性パターンの検査をする検査装置であって、斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光を撮像することを特徴とする検査装置が考えられた。

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。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り正確な回折光角度を求めることが困難であった。

下記に特許文献を記す。
特開２００３−３８７５７４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って、基板の表面に有する周期構造パターンに応じた、正確な回折光角度を求め最適な回折検査光を照射することが可能な、主に半導体関連基板、特にメモリーイメージャー関係のホトマスクのムラ等の欠陥を検査する、周期性パターンの欠陥検査装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、すなわち、
請求項１に係る発明は、表面に周期性パターンを持つ基板の表面欠陥を検査する装置であって、
前記検査対象基板に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源を備えた照明駆動部と、検査対象基板から生ずる回折光の検出手段と、その回折光を光強度情報に変換する手段を具備していることを特徴とする周期性パターンの欠陥検査装置である。

請求項２に係る発明は、前記照明駆動部が、円弧ガイドと円弧状ラックガイドを備え、その円弧ガイドと同じ曲率の円弧状ラックガイドに嵌合して駆動伝達ピニオンが取り付けられ、さらに原点検出ドグを検出する円弧原点検出器を備えた構成からなり、前記検査対象基板の一点を中心に円弧動作する回折検査光源を光源回転台座に搭載されて、その光源回転台座を回転させる回転台座ベースの外周と回転台座回転モータに直結された回転プーリーを回転伝達ベルトで連結されて回転させ、回転台座位置検出器を備えて回転台座位置検出ドグを検出し回折検査光のねじれの向きを制御し、前記検査対象基板に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源を備えた照明駆動部であることを特徴とする請求
項１記載の周期性パターンの欠陥検査装置である。

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するための最適な照射角度を得られる。

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、回折光が多角的に生じていても、検査光照射角度を微細に可変できるとこから、自在にその回折光を検出することが出来る。

本発明においては、周期構造のパターンから正しい回折角度を捉えることが重要であるために、正確な回折角度を知りそれを最適な検査条件とするための装置である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の周期性パターンの欠陥検査装置の一例を示す主要部の斜視図である。図２は、本発明の周期性パターンの欠陥検査装置の一例における回折光像を説明する模式図である。図３は、図１に示す回折をＡ矢視方向から観察した模式図である。図４は、本発明の周期性パターンの欠陥検査装置の一例における光源調製機構を説明する模式図である。図５は、周期構造を持つ被検査物へ照射した光源の角度とその回折を光強度検出器で受光した光強度との関係を示す図である。

図１で示すように、本発明の一実施例としての周期性パターンの欠陥検査装置は、表面に周期性パターンを持つ基板の表面欠陥を検査する装置であって、前記検査対象基板（３）に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源を備えた照明駆動部（５，６，１１〜１４，１７〜１９）と、検査対象基板から生ずる回折光の検出手段とその回折光を光強度情報に変換する手段（１）を具備していることを特徴とするものであり、上記記照明駆動部が、円弧ガイド（１７）と円弧状ラックガイド（１２）を備え、その円弧ガイド（１７）と同じ曲率の円弧状ラックガイド（１７）に嵌合して駆動伝達ピニオン（１３）が取り付けられ、さらに原点検出ドグ（１９）を検出する円弧原点検出器（１８）を備えた構成からなる、上記記検査対象基板（３）の一点を中心に円弧動作する回折検査光源を（５）光源回転台座に搭載されてなり、その光源回転台座（１５）を回転させる回転台座ベース（１６）の外周と回転台座回転モータ（２２）に直結された回転プーリーを回転伝達ベルト（２３）で連結されて回転させ、回転台座位置検出器（２１）を備えて回転台座位置検出ドグ（２０）を検出し回折検査光（４）のねじれの向きを制御し、前記検査対象基板（３）に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源（５）を備えた照明駆動部であることを特徴とする。

周期構造を持つ被検査物（３）へ照射する角度を自在に可変する構造を有し、入射角度を可変することで、周期構造を持つ被検査物の回折を変化させる。

回折検査光源（５）から照射された光は集光レンズ（６）を介して平行な光となり、周期構造を持つ被検査物（３）のある一点を中心に円弧軌道をなし、周期構造を持つ被検査物（３）とは一定の照射距離を保持する。

周期構造を持つ被検査物（３）のある一転を中心に円弧軌道を成す構造は、回折検査光源（５）、ならびに、集光レンズ（６）は光源台（１１）にそれぞれが固定され、円弧動作は円弧ガイド（１７）によって規制され円弧軌道を可能としている。

前記円弧軌道を高精度に駆動させるための構造として、円弧ガイド（１７）と同じ曲率のラックガイド（１２）と、そのラックに嵌めあうピニオンギヤとピニオンギヤに直結する駆動モータから構成される。

前記円弧駆動を実現するための円弧状のラック（１２）と駆動伝達ピニオン（１３）の歯車はそれぞれ隙間無く取り付けられ、バックラッシュは０．０５ｍｍ程度とされており、円弧原点検出器（１８）に原点検出ドグ（１９）が検出されることによって位置の再現性が保たれている。

円弧原点検出器（１８）に原点検出ドグ（１９）が検出された位置の回折検査光（４）の照射角度を測定し、その位置を絶対原点位置としてプリセットする。駆動モータが直結された駆動ピニオン（１３）の回転量に応じて、角度計算された回折検査光（４）として扱う。駆動モータは例えばステッピングモータであり、回転移動量は移動パルス量より容易に求めることが出来る。またサーボモータであれば、内部のエンコーダにより移動量を容易に求めることが出来る。

周期構造を持つ被検査物（３）へ照射した光がねじれて回折した場合は、前記方法と更に、光源回転台座（１５）を回転させることによって、前記装置全体を回転し、周期構造を持つ被検査物（３）へ照射した光のねじれの向きを変更し、回折光強度検出器（１）へ回折光を導く。

前記、光源回転台座の構造は、光源台座の上面部へ前記、周期構造を持つ被検査物（３）のある一点を中心に円弧軌道を成す構造の回折検査光源（５）一式を搭載し、光源回転台座（１５）の回転中心は、被検査物（３）のある一転を中心に円弧軌道をなす中心点から鉛直線上に位置する構造を成している。

回転駆動方法としては、回転台座ベース（１６）の外周と回転台座回転モータ（２２）に直結された回転プーリーを回転伝達ベルト（２３）で連結されている回転の原点は回転台座位置検出器（２１）で回転台座位置検出ドグ（２０）を検出した位置とし、このときの角度を測定し絶対原点とする。更に、回折を回折光強度検出器（１）へ導いた際の回転角度は、前記原点より、回転台座回転モータ（２２）の回転量より角度計算される。駆動モータは例えばステッピングモータであり、回転移動量は移動パルス量より容易に求めることが出来る。またサーボモータであれば、内部のエンコーダにより移動量を容易に求めることが出来る。

図２において、光源（５）から出射した光を、集光レンズ（６）で平行光とし、周期構造をもつ被検査物（３）へ照明する。光源（５）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。また、回折光を可視化するには、例えば６３０ｎｍ付近の赤色レーザーなどを使用しても良い。ただし、この場合は白色光源とは異なるため、回折角度も変化するため使用する光波長に応じて回折角度変換を行う必要性が生じる。被検査物（３）の周期構造は、光を透過する回折格子であり、回折光が生じる。

回折格子によって回折した光を回折光強度検出器へ取り込むことで、欠陥の最適検査条件を得る。

図３では、図２の回折をＡ矢視方向から観察した模式図を示しているが、周期構造をもつ被検査物のパターンによって回折角度が異なるため、最適な状態で回折光を検出できなくなる。

これら、回折はスクリーン（７）に回折光像（８）として投影されるため、容易に回折
を可視化している。

図４では、光源を調整機構（１０）で傾けることで、回折強度検出器（１）へ導き導入光路（９）としている。

周期構造を持つ被検査物（３）へ照射した光源の角度と、その回折を光強度検出器（１）で受光した時の関係を図５に示す。

本発明の周期性パターンの欠陥検査装置の一例を示す主要部の斜視図である。本発明の周期性パターンの欠陥検査装置の一例における回折光像を説明する模式図である。図１に示す回折をＡ矢視方向から観察した模式図である。本発明の周期性パターンの欠陥検査装置の一例における光源調製機構を説明する模式図である。周期構造を持つ被検査物へ照射した光源の角度とその回折を光強度検出器で受光した光強度との関係を示す図である。

符号の説明

１・・・回折光強度検出器
２・・・回折
３・・・被検査物
４・・・回折検査光
５・・・回折検査光源
６・・・集光レンズ
７・・・スクリーン
８・・・回折光像
９・・・導入光路
１０・・・調整角機構
１１・・・光源台
１２・・・円弧ラック
１３・・・駆動ピニオン（モータ）
１４・・・光源ライトガイド
１５・・・光源回転台座
１６・・・回転台座ベース
１７・・・円弧ガイド
１８・・・円弧原点検出器
１９・・・原点検出ドグ
２０・・・回転台座位置検出ドグ
２１・・・回転台座位置検出器
２２・・・回転台座回転モータ
２３・・・回転伝達ベルト

Claims

表面に周期性パターンを持つ基板の表面欠陥を検査する装置であって、
前記検査対象基板に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源を備えた照明駆動部と、検査対象基板から生ずる回折光の検出手段と、その回折光を光強度情報に変換する手段を具備していることを特徴とする周期性パターンの欠陥検査装置。
前記照明駆動部が、円弧ガイドと円弧状ラックガイドを備え、その円弧ガイドと同じ曲率の円弧状ラックガイドに嵌合して駆動伝達ピニオンが取り付けられ、さらに原点検出ドグを検出する円弧原点検出器を備えた構成からなり、前記検査対象基板の一点を中心に円弧動作する回折検査光源を光源回転台座に搭載されて、その光源回転台座を回転させる回転台座ベースの外周と回転台座回転モータに直結された回転プーリーを回転伝達ベルトで連結されて回転させ、回転台座位置検出器を備えて回転台座位置検出ドグを検出し回折検査光のねじれの向きを制御し、前記検査対象基板に対し照射距離が一定であるように制御可能な照明光源を備えた照明駆動部であることを特徴とする請求項１記載の周期性パターンの欠陥検査装置。