JP2007205828A - 光学画像取得装置、パターン検査装置、光学画像取得方法、及び、パターン検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象試料のパターンの高コントラスト光学画像を得ること。
【解決手段】検査対象試料を載置する載置部と、載置部に載置された検査対象試料に光を照射する光照射部と、検査対象試料に照射する照射光の光量を増減する光量調整部と、検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、を備え、検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する、光学画像取得装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マスクなどの検査対象試料上に作成されたパターンから光学画像を取得する光学画像取得装置、光学画像取得方法、パターンの欠陥を検査するパターン検査装置、及び、パターン検査方法に関するものである。

従来のパターン検査装置においては、ランプや連続発振レーザなどの光源から発した連続光を照明光学系を介してレチクルやマスク等の検査対象試料へ導き、その検査対象試料を照明する。ここで、照明光は、検査対象試料上の限られた領域をスポット状或いは矩形状に照明する。そして、このスポット状あるいは矩形状に照明された領域からの光は結像光学系を介して集光され、ＣＣＤ或いはＴＤＩ等の光電検出素子の受光面上に検査対象試料の照明領域の像が形成される。光電検出素子からの光電検出信号（画像情報）は、画像処理系に入力されて、その画像処理系は、検査対象試料の欠陥検出のための画像処理を行う。

このとき、画像処理系は、検査対象試料を載置する移動ステージ（テーブル）の２次元移動と画像情報の取り込み（光電検出素子からの光電検出信号の取り込み）と同期させて画像処理を行うことにより、検査対象試料の２次元的な光学画像を得ることができる。ここで、検査対象試料の良否を判定するために参照用のデータ（検査対象試料の設計上のデータ）は、画像処理系の内部に設けられたメモリ部に格納されており、画像処理系の内部に設けられた比較処理部によって、光電検出素子からの画像情報と参照画像とを比較検査することによって、検査対象試料に生じている傷、欠陥、ゴミ等の異物等を発見することができる。そして、画像処理系の内部の比較処理部からの比較判定結果がＣＲＴモニター等の表示装置にて表示される。

しかし、半導体製造用マスクなどの回路パターンは年々微細化しており、パターン検査装置に要求される分解能も厳しくなってきている。分解能向上のために、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化等の手法が用いられているが、光学系倍率の増大、センサなどの光電検出素子に取り込む光量の低下のため、高コントラストの画像を取得することが困難になってきている。また、短波長化に伴い光源としてレーザが用いられることにより、レーザの持つ干渉性に起因するスペックルノイズが検査の外乱となりえる。したがって、スペックル低減のために照明光学系に位相変化素子を挿入しスペックルを低減する手法が用いられているが、要求検査感度の向上によりスペックルが感度に影響を及ぼすようになり問題である。そのため、高コントラスト画像を得て高精度の検査感度を有するパターン検査装置が期待されている。そこで、マスクのパターン毎に検査精度を設定して、パターンの検査を行うことが知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−１９１９５７

（１）本発明は、高コントラストの光学画像を得る光学画像取得装置、また、光学画像取得方法を得ることにある。
（２）又は、本発明は、検査対象試料の高コントラストの光学画像を取得してパターンを検査するパターン検査装置、また、パターン検査方法を得ることにある。

（１）本発明は、検査対象試料のパターンの光学画像を取得する光学画像取得装置において、検査対象試料を載置する載置部と、載置部に載置された検査対象試料に光を照射する光照射部と、検査対象試料に照射する照射光の光量を増減する光量調整部と、検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、を備え、検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する、光学画像取得装置にある。
（２）また、本発明は、検査対象試料のパターンの光学画像を取得し、パターンを検査するパターン検査装置において、検査対象試料を載置する載置部と、載置部に載置された検査対象試料に光を照射する光照射部と、検査対象試料に照射する照射光の光量を増減する光量調整部と、検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、受光した光学画像を記憶する光学画像記憶部と、光学画像を基準画像と比較する比較処理部と、を備え、検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減して光学画像を取得し、取得した光学画像を基準画像と比較する、パターン検査装置にある。
（３）また、本発明は、検査対象試料のパターンに対して照射光を走査して、パターンの光学画像を取得する光学画像取得方法において、検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する光量増減ステップと、検査対象試料に照射された照射光を受光して光学画像を取得する光学画像取得ステップと、を備える、光学画像取得方法にある。
（４）また、本発明は、検査対象試料のパターンの光学画像を取得し、パターンを検査するパターン検査方法において、検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する光量増減ステップと、検査対象試料に照射された照射光を受光して光学画像を取得する光学画像取得ステップと、光学画像と基準画像を比較処理する比較処理ステップと、を備える、パターン検査方法にある。

以下、本発明の実施形態によるパターン検査装置、光学画像取得装置、パターン検査方法、光学画像取得方法について説明する。

（パターン検査装置の概要）
パターン検査装置は、レチクルなどの検査対象試料に形成されたパターンの欠陥を検査するものである。パターン検査装置は、光学画像取得装置を備えている。光学画像取得装置は、検査対象試料に形成されたパターンに光を照射し、パターンを光学画像として取得するものである。パターン検査装置は、例えば図１に示すように、光照射部４２、光量調整部４４、光学画像受光部４６、光学画像を比較するための基準となる基準画像を作成する基準画像作成部４８、光学画像と基準画像を比較処理する比較処理部５０を備えている。パターン検査装置は、検査対象試料のパターンに照射光を照射する際、特定パターンに対して照射光の光量を調整する。特定パターンは、要求されるパターン精度を有しており、特定パターンごとに照射光の光量が変化させる。光学画像受光部４６は、照射光を受光して、パターンの光学画像を取得する。比較処理部５０は、この光学画像と基準画像とを比較処理、画像処理などの処理をして光学画像の欠陥を検査する。これにより、高精度が要求される特定パターンは、高コントラストで受光されるので、高精度の特定パターンに生じた傷、欠陥、ゴミ等の異物等は、より確実に発見することができる。

パターン検査装置の中、主に、光学画像取得装置は、光照射部４２から出た光線を検査対象試料に対して相対的に走査し、検査対象試料に形成されたパターンの光学画像を光学画像受光部４６で取得する。光線を検査対象試料上で走査する際、光学画像取得装置は、高精度の検査を要求するパターンについて、光学画像受光部４６が照射光の光量を蓄積する時間を増大し、光学画像受光部４６の感度を高め、高コントラストの画像を取得することができる。すなわち、高欠陥検出精度を必要とするパターン画像の採取時には、検査対象試料に対して光線をゆっくりと走査（スキャン）するために、検査対象試料を載置する載置部（テーブル）の速度を低下させる。光学画像取得装置は、載置部（テーブル）と光線との相対速度を調整する代わりに、高精度のパターンを採取する場合、照射光の光量を増大し、低精度のパターンを採取する場合、照射光の光量を減少するような光量調整部４４を備えていれば良い。これにより、検査対象試料の高精度パターンにおける信号強度を増加させることができる。更には、スペックルノイズについても光学画像受光部４６の蓄積時間の増大（平均化効果）により、スペックルノイズを低減することができる。そのため、高精度パターン画像の採取には有効である。パターン検査装置は、光学画像取得装置と共に、データ処理装置を備え、光学画像と基準画像とを比較処理して、検査対象試料に描画された光学画像の欠陥を検査する。ここで、基準画像は、一般に使用されるＤＢ比較（ｄｉｅ−ｄａｔａｂａｓｅ比較）のための参照画像、又は、一般に使用されるＤＤ比較（ｄｉｅ−ｄｉｅ比較）のための光学画像がある。参照画像は、検査対象試料の設計データから光学画像に類似するように作成される画像である。なお、以下、検査対象試料としてレチクルについて説明するが、検査対象試料は、パターンが形成されるものであればどのようなものでもよく、マスク、ウエハなどもある。

（パターン検査装置）
パターン検査装置３０は、具体的には、例えば図２に示すように、光学画像取得装置４０とデータ処理装置８０を備えている。光学画像取得装置４０とデータ処理装置８０とは、明確に区別する必要はなく、各構成要素を共有する。光学画像取得装置４０は、必要に応じて、オートローダ５２、光源５４、照明光学系５６、レーザ測長システム５８、レチクル３２を載置するＸＹθテーブル６０、θモータ６２、Ｘモータ６４、Ｙモータ６６、拡大光学系６８、ＣＣＤ、ＴＤＩやフォトダイオードアレイなど光電検出素子の受光装置７０、バッファメモリなどを有するセンサ回路７２などを備えている。

データ処理装置８０は、必要に応じて、中央演算処理部８２、バス９６、バス９６に接続されたオートローダ制御部８４、ＸＹθテーブル６０を制御するテーブル制御部８６、データベース８８、データベース作成部９０、展開部９２、展開部９２から設計データのパターンデータを受信すると共に、センサ回路７２から光学画像を受信し、参照画像を作成する参照部９４、センサ回路７２から光学画像を受信し、参照部９４から参照画像を受信し、光学画像と参照画像を比較処理する比較処理部５０、レーザ測長システム５８からテーブル６０の位置信号を受信する位置測定部９８、主記憶装置１００、大容量記憶装置１０２、表示装置１０４、印刷装置１０６などを備えている。また、オートローダ制御部８４とテーブル制御部８６は、光学画像装置４０の構成要素を制御するので、光学画像装置４０にも属している。なお、パターン検査装置３０は、電子回路、プログラム、又は、これらの組み合わせにより構成できる。

（光学画像取得装置）
光学画像取得装置４０は、レチクル３２のパターンの光学画像を取得する。検査対象試料となるレチクル３２は、ＸＹθテーブル６０の上に載置される。ＸＹθテーブル６０は、テーブル制御部８６からの指令で、ＸＹθ各軸のモータ６２、６４、６６によって水平方向及び回転方向に移動するように制御される。光源５４からの光は、照明光学系５６を介して、レチクル３２に形成されたパターンに照射される。光線５４は、例えば、スポット状あるいは矩形状の連続した平行光線とする。レチクル３２を透過した光は、拡大光学系６８を介して、受光装置７０に光学画像として結像する。受光装置７０に取り込まれた画像は、センサ回路７２で処理されて、基準画像と比較するための光学画像のデータとなる。取得された光学画像は、センサ回路７２内のバッファメモリ、主記憶装置１００、大容量記憶装置１０２などの所定の記憶装置の光学画像記憶部に記憶される。

図３は、レチクル３２の走査方法を示している。レチクル３２の被検査領域は、図３に示すようにＹ方向に向かって、走査幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ３４に仮想的に分割される。その分割された各検査ストライプ３４は、連続的に走査される。そのために、ＸＹθテーブル６０は、テーブル制御部８６の制御のもとでＸ方向に移動する。その移動に従って、各検査ストライプ３４の光学画像は、受光装置７０により取得される。受光装置７０は、走査幅Ｗの画像を連続的に取得する。レチクル３２の高精度の特定パターンを走査する際、テーブル制御部８６は、ＸＹθ各軸のモータ６２、６４、６６の回転速度を遅くして、ＸＹθテーブル６０の移動速度を遅くする。テーブル制御部８６、ＸＹθ各軸のモータ６２、６４、６６などにより、走査速度調整部を構成している。この制御により、受光装置７０は、速い移動速度の時に比して、多くの光量を受光することができる。受光装置７０は、受光した光量が多いほど、感度が高まる。その結果、レチクル３２のパターンのコントラストが高まり、正確に光学画像を取得することができる。しかし、レチクル３２の面全体を走査する場合、走査相対速度が遅いと、トータルな走査時間が多くなるため、高精度を必要とするパターンに対して走査相対速度を速め、精度の高低に応じて、走査相対速度を変える。この制御により、レチクルの光学画像の精度を高め、しかも、レチクル３２のトータルの走査時間を短縮することができる。

受光装置７０は、第１の検査ストライプ３４ａの画像を取得した後、その画像の取得と逆方向であるが、同様な方法で、第２の検査ストライプ３４ｂの画像を走査幅Ｗで連続的に取得する。第３の検査ストライプ３４ｃの画像は、第２の検査ストライプ３４ｂの画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ３４ａの画像を取得した方向に取得される。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。ここでは、例えば、走査幅Ｗは、２０４８画素とする。

受光装置７０上に結像されたパターン像は、受光装置７０によって光電変換され、更にセンサ回路７２によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。光源５４、照明光学系５６、拡大光学系６８、受光装置７０、センサ回路７２は、高倍率の検査光学系を構成する。

ＸＹθテーブル６０は、中央演算処理部８２の制御の下にテーブル制御部８６により駆動される。ＸＹθテーブル６０の移動位置は、レーザ測長システム５８により測定され、位置測定部９８に送られる。また、テーブル６０上のレチクル３２は、オートローダ制御部８４の制御の基でオートローダ５２から搬送される。センサ回路７２から出力されたストライプ３４の測定パターンデータは、位置測定部９８から出力されたＸＹθテーブル６０上のレチクル３２の位置を示すデータとともに、参照部９４と比較処理部５０に送られる。光学画像のデータと、比較対象の基準画像とは、適当な画素サイズのエリアに切り出される。例えば、５１２×５１２画素の領域に切り出される。

図４は、光学画像取得装置４０の一例を示している。光源５４から出た光線は、ハーフミラー１１０により矢印ａと矢印ｂの２方向に分配される。矢印ａの光線は、レチクル３２を上面から透過して第１光学画像受光部４６ａに受光される。矢印ｂの光線は、レチクル３２の下面で反射して第２光学画像受光部４６ｂに受光される。詳しくは、矢印ａの光線は、光偏光素子１２２ａを通って９０度偏光し、ミラー１１４で反射し、第１レンズ系１１６を通り、レチクル３２の上面に照射される。矢印ａの光線の一部は、レチクル３２のパターン３２２で遮断され、一部は、パターン３２２を通過し、第２レンズ系１１８を通り、光偏光素子１１２ｃを通って９０度偏光し、第１スプリッタ１２０で方向を変えられ、第１光学画像受光部４６ａに受光される。矢印ｂの光線は、光偏光素子１１２ｂを通って９０度偏光し、２つのミラー１１４、１１４で反射し、第２スプリッタ１２２、第１スプリッタ１２０を通り、更に、光偏光素子１１２ｃを通って９０度偏光し、第２レンズ系１１８を通る。第２レンズ系１１８を通った矢印ｂの光線の一部は、レチクル３２のパターン３２２で反射し、一部は透過する。パターン３２２で反射した矢印ｂの光線は、第２レンズ系１１８を通り、光偏光素子１１２ｃを通って９０度偏光する。９０度偏光した光線ｂは、第１スプリッタ１２０を通り、第２スプリッタ１２２で方向が曲げられ、第２光学画像受光部４６ｂに受光される。矢印ａと矢印ｂの光線がレチクル３２を走査している際、光量調整部４４は、パターン３２２の特徴データに基づいて、レチクル３２２の移動速度を変えることにより、特定のパターンに照射する光量を調整して、受光部に受光される単位時間の光量を調整することができる。

（レチクルのパターンの特徴データ）
レチクル３２は、パターン毎に特徴データを持つとよい。特徴データは、レチクル３２の画像の特定パターンを指定し、レチクル３２のパターンの特徴部分を示すものである。特徴データは、例えば、レチクル３２のパターンを設計する段階で作成され、レチクル３２のパターンの位置に対応しており、パターンを指定するパターンの識別データである。特定パターンは、例えば、パターンの線幅、パターンの透過光量、パターンのエッジの粗さ、ダミーパターン、又は、補助パターンなどを示している。特定パターンの特徴データは、パターン精度を示し、例えば０から２５５の範囲の値とする。数が大きいほど高精度を示している。特徴データは、特定パターンと共に大容量記憶装置１０２や主記憶装置１００などの記憶装置の所定の特徴データ記憶部に記憶される。なお、本実施の形態で使用するパターンとは、相互に比較ができるものであればどのような形状でもよく、例えば、独立したパターンでも、独立したパターンの結合したパターンでも、独立したパターンの部位（一部）のパターンでも、又は、結合したパターンの部位（一部）のパターンでもよい。

（基準画像作成部）
基準画像作成部４８は、参照画像、又は光学画像取得部４０で取得した光学画像を基準画像として作成するものである。基準画像の参照画像を作成する基準画像作成部４８は、検査対象レチクルの設計データから光学画像に似せた画像である参照画像を作成する。参照画像の基準画像作成部４８は、設計データに対して種々の変換を行って参照画像を作成する。参照画像の基準画像作成部４８は、図２に示すような展開部９２と参照部９４で構成することができる。展開部９２は、レチクルの画像の設計データを大容量記憶装置１０２から中央演算処理部１１０を通して読み出し、イメージデータに変換する。参照部９４は、展開部９２からイメージデータを受け取り、図形の角を丸めたり、多少ボカしたりして、光学画像に似せる処理を行い、参照画像を作成する。また、基準画像の光学画像を作成する基準画像作成部４８は、光学画像取得部４０で取得した、例えば高精度の光学画像を比較処理が容易になるように記憶装置の所定領域に格納して、基準画像とする。

（パターン検査方法）
図５は、パターン検査方法の流れ図を示している。パターン検査方法は、光学画像取得方法で得た光学画像と基準画像作成部で得た基準画像とを比較処理部で比較して、レチクル３２のパターン検査をより適切に、正確に行うことができる。光学画像取得方法は、ＸＹθテーブル６０の移動により、レチクル３２のパターンに照射された光線を走査し、その光線を受光装置７０で受光し、レチクル３２のパターンの光学画像を取得する。レチクルのパターンを走査する走査相対速度は、レチクルのパターンの特徴データに基づいて決めることができる。特徴データが高精度パターンを指定している場合、走査相対速度を遅くして、受光装置７０に多くの光量を受光させる。また、低精度パターンを指定している場合、走査相対速度を速くして、受光装置７０に少ない光量を受光させる。この操作により、高精度のパターンに対して高精度の光学画像を取得でき、しかも、レチクル３２のトータルの走査時間を短縮することができる。このようにして得られた光学画像と、基準画像を比較して、適切なパターン検査を行う。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る特定パターンの部位は、図６（Ａ）に示されている。それらに対応した特徴データは、図６（Ｂ）に画像データとして示されている。図６（Ａ）の右側の白い四角の点状のホール、例えばコンタクトホールのパターンは、描画精度の高いパターンである。図６（Ｂ）の特徴データは、コンタクトホールのパターンの画像位置に対応しており、２５５の値を示している。特徴データは、画像で表現されており、画素値で表されている。この例では、特徴データの値は、例えば０から２５５の範囲としてある。数が大きいほど高精度パターンを示している。

図６（Ａ）の左側の白いパターンは、描画精度の低いパターン、例えばダミーパターンである。図６（Ｂ）の左側のパターンは、ダミーパターンの画像位置に対応しており、１５の値を示している。このように、高い精度の特定パターンには、大きな画素値の特徴データが付与され、精度があまり要求されないパターンには、小さな画素値の特徴データが付与される。光量調整部４４は、走査さしている特定パターンについて、特徴データ記憶部に記憶された特徴データを読み出し、特定パターンの特徴データの画素値に基づいて、走査時の特定パターンに照射する光量を調整する。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る特定のパターンの部位は、図７（Ａ）に示されている。それらに対応した特徴データは、図７（Ｂ）に画像データとして示されている。図７（Ａ）の白い太い帯状のパターンは、描画精度の高いパターンであり、その両側の細い帯状のパターンは、描画精度があまり要求されないパターン、例えば補助パターンである。図７（Ａ）の描画精度の高いパターンの特徴データは、２５５の値で示している。図７（Ａ）の補助パターンの特徴データは、６３の値で示している。補助パターンの特徴データは、図６のダミーパターンに比して、大きい値を有している。

パターン検査装置のブロック図 パターン検査装置の構成を示す概念図 レチクルのパターンをスキャンする説明図 光学画像取得装置の一実施例のブロック図 パターン検査方法のフローの図 特定のパターンの特徴を示す特徴データの説明図 別の特定のパターンの特徴を示す特徴データの説明図

符号の説明

３０・・パターン検査装置
３２・・レチクル
３２２・パターン
３４・・ストライプ
４０・・光学画像取得装置
４２・・光照射部
４４・・光量調整部
４６・・光学画像受光部
４８・・基準画像作成部
５０・・比較処理部
５２・・オートローダ
５４・・光源
５６・・照明光学系
５８・・レーザ測長システム
６０・・ＸＹθテーブル
６２・・θモータ
６４・・Ｘモータ
６６・・Ｙモータ
６８・・拡大光学系
７０・・受光装置
７２・・センサ回路
８０・・データ処理装置
８２・・中央演算処理部
８４・・オートローダ制御部
８６・・テーブル制御部
８８・・データベース
９０・・データベース作成部
９２・・展開部
９４・・参照部
９６・・バス
９８・・位置測定部
１００・主記憶装置
１０２・大容量記憶装置
１０４・表示装置
１０６・印刷装置
１１０・ハーフミラー
１１２・偏光素子
１１４・ミラー
１１６・第１レンズ系
１１８・第２レンズ系
１２０・第１スプリッタ
１２２・第２スプリッタ

Claims (8)

1. 検査対象試料のパターンの光学画像を取得する光学画像取得装置において、
   検査対象試料を載置する載置部と、
   載置部に載置された検査対象試料に光を照射する光照射部と、
   検査対象試料に照射する照射光の光量を増減する光量調整部と、
   検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、を備え、
   検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する、光学画像取得装置。
2. 請求項１に記載の光学画像取得装置において、
   光量調整部は、照射光を検査対象試料に対して相対的に走査し、その走査の相対速度を調整できる走査速度調整部であり、
   検査対象試料の特定パターンに対して照射光の走査相対速度を調整する、光学画像取得装置。
3. 請求項１に記載の光学画像取得装置において、
   検査対象試料の特定パターンの精度を示す特徴データを記憶する特徴データ記憶部を備え、
   光量調整部は、特定パターンの特徴データを読み出して、特定パターンに対して照射光の光量を増減する、光学画像取得装置。
4. 検査対象試料のパターンの光学画像を取得し、パターンを検査するパターン検査装置において、
   検査対象試料を載置する載置部と、
   載置部に載置された検査対象試料に光を照射する光照射部と、
   検査対象試料に照射する照射光の光量を増減する光量調整部と、
   検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、
   受光した光学画像を記憶する光学画像記憶部と、
   光学画像を基準画像と比較する比較処理部と、を備え、
   検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減して光学画像を取得し、取得した光学画像を基準画像と比較する、パターン検査装置。
5. 検査対象試料のパターンに対して照射光を走査して、パターンの光学画像を取得する光学画像取得方法において、
   検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する光量増減ステップと、
   検査対象試料に照射された照射光を受光して光学画像を取得する光学画像取得ステップと、を備える、光学画像取得方法。
6. 請求項５に記載の光学画像取得方法において、
   光量増減ステップは、照射光を検査対象試料に対して相対的に走査し、その走査の相対速度を調整できる走査速度調整ステップであり、
   検査対象試料の特定パターンに対して照射光の走査相対速度を調整する、光学画像取得方法。
7. 請求項５に記載の光学画像取得方法において、
   光量増減ステップは、特定パターンの精度を示す特徴データに基づいて、照射光量を調整する、光学画像取得方法。
8. 検査対象試料のパターンの光学画像を取得し、パターンを検査するパターン検査方法において、
   検査対象試料の特定パターンに対して照射光の光量を増減する光量増減ステップと、
   検査対象試料に照射された照射光を受光して光学画像を取得する光学画像取得ステップと、
   光学画像と基準画像を比較処理する比較処理ステップと、を備える、パターン検査方法。