JP2007256145A

JP2007256145A - 欠陥検査装置における照明角度設定方法

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Publication number: JP2007256145A
Application number: JP2006082495A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamano; 晃司山野; Yasuyuki Yanagisawa; 恭行柳沢; Takashi Inamura; 崇稲村
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】被検査物の周期構造の欠陥を画像検出するために、透過回折光によるコントラストの高い画像を検出するに最適な照明角度を容易に見出せるようにする。
【解決手段】欠陥検査装置において、
周期構造を持つ被検査物に光源からの光を略平行光として裏面より照射する事で生じる被検査物からの透過回折光の分光測定を複数の照明角度で行い、各照明角度での波長ごとの透過回折光強度を取得する透過回折光強度データ取得ステップと、
各照明角度での波長ごとの透過回折光強度データを蓄積するデータ蓄積ステップと、
該蓄積データに各波長に対応する重み付けの係数を掛け合わせて照明角度と透過回折光強度の関係のデータを作成するデータ作成ステップと、
該照明角度と透過回折光強度の関係を用いて、透過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照明角度を選択して設定する照明角度決定ステップと、
を含む欠陥検査装置における照明角度設定方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、周期性パターンの欠陥検査における検査条件を設定する技術に関する。

フォトマスクの周期性パターン（以下、ＰＭパターンと呼ぶ）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（明るさ）を比べてムラ部と正常部とを視認している。そのため、ＰＭパターンにおいては元々ムラ部と正常部との光の強度差が少ない、すなわち、コントラストが低い画像をその強度差の処理方法を工夫することで、差を拡大してムラ部の抽出し、検査を行っている。

しかし、上記従来技術においては、格子状の周期性パターンのブラックマトリクスのムラ、特に開口部の大きいブラックマトリクスのムラの撮像において、ムラ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という問題がある。なお、周期性パターンとは、一定の間隔（以下ピッチと記す）を持つスリットのパターンの集合体を称し、例えば、１本のパターンが所定ピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、又は開口部のパターンが所定ピッチで配列したマトリクス状の周期性パターン等である。

一方、微細な表示と明るい画面の電子部品の増加により、前記周期性パターンでは、微細化、又は開口部比率アップへの傾向が進んでいる。将来、更に開口部の大きいより微細形状のブラックマトリクス用の周期性パターンのムラ検査の方法及びその装置が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界である。

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ムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な、周期性パターンムラ検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査物に照射され、周期構造によって生じる透過回折光を画像検査する検査装置が提案された（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法において、所望の欠陥検査感度を満たす画像を得るためには被検査物の種類毎に最適な検査レシピの設定が必要であり、その最適な検査レシピ設定には作業者の熟練や多大な時間が必要となる。

一方、適切な検査条件の選定を容易に行える欠陥検査装置を提供することを目的として、複数の中心波長並びに入射角度で測定された被検体の欠陥を有していない部位の反射率データを取得し、この反射率データに基づいて、欠陥の検出に用いる画像の撮影時の中心波長と、入射角度とを設定する欠陥検査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、フォトマスクの検査において反射光を検査に用いた場合は、検査画像に多重反射による疑似欠陥が顕著に現れ、欠陥検査の精度に問題が生じる。
特開２００５−１４７９１８号特開２００５−２７４１５６号

本発明は上記の問題点を解決するものであって、被検査物の周期構造の欠陥を画像検出するために、透過回折光によるコントラストの高い画像を検出するに最適な照明角度を容
易に見出せるようにすることを課題とする。

本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、欠陥検査装置にて行われる方法であって、
周期構造を持つ被検査物に光源からの光を略平行光として裏面より照射する事で生じる被検査物からの透過回折光の分光測定を複数の照明角度で行い、各照明角度での波長ごとの透過回折光強度を取得する透過回折光強度データ取得ステップと、
各照明角度での波長ごとの透過回折光強度データを蓄積するデータ蓄積ステップと、
該蓄積データに各波長に対応する重み付けの係数を掛け合わせて照明角度と透過回折光強度の関係のデータを作成するデータ作成ステップと、
該照明角度と透過回折光強度の関係を用いて、透過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照明角度を選択して設定する照明角度決定ステップと、
を含む欠陥検査装置における照明角度設定方法としたものである。

また請求項２の発明では、前記各波長に対応する重み付けの係数に、欠陥検査装置が装備する光学機器の波長特性に基づいて用意された値を用いることを特徴とした請求項１記載の欠陥検査装置における照明角度設定方法としたものである。

また請求項３の発明では、前記照明角度決定ステップにおいて照明角度を選択する際に、検査に用いる撮影手段のダイナミックレンジに基づいて照明角度を選択することを特徴とする請求項１又は２記載の欠陥装置における照明角度設定方法としたものである。

本発明の欠陥検査装置における照明角度設定方法は、基板上に形成された周期性パターンにおいて、照明角度を変えながら、周期性パターンからの波長ごとの透過回折光強度を取得し、対象パターンにおける照明角度と透過回折光強度の関係を把握し、透過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を検査に用いる照明角度として決定する。

従って、本発明の方法によれば、検査レシピの設定に際して、所望する検査感度が得られるまで検査条件を変え、検査の実行とその結果の観察の繰返し作業を行わなければならないという工程を排し、検査レシピの設定にかかる労力を削減することが可能となる。

また、得られる波長ごとの透過回折光強度データを蓄積しておくことで、照明角度と透過回折光強度の関係を、計算パラメーターを変えて再計算することにより、複数の検査時の波長に関わる光学条件に対応した照明角度の最適化が可能となる。ここで、検査時の波長に関わる光学条件とは、例えば照明部に装備される波長選択フィルターに代表される波長選択機能による照明の波長制限などである。

また、フォトマスクの検査において、反射光を検査に用いた場合は検査画像に多重反射による擬似欠陥が顕著に現れるが、本発明によれば検査照明に透過光を用いる事で擬似欠陥を抑制し、欠陥検査の精度を向上させることができる。

以上、本発明は、被検査物の周期構造の欠陥を画像検出するために、透過回折光によるコントラストの高い画像を検出するに最適な照明角度を容易に見出せるという効果がある。

以下に図面を参考にして本発明の最良の一実施形態を説明する。

図１には、本発明に係る検査に用いる照明角度を設定する方法を適用する欠陥検査装置のシステム構成例を示す。光照射手段としては光源１と出射した光を略平行光にする集光レンズ２を有する。透過回折光受光部としては、被検査物から生ずる透過回折光を分光して受光する分光器６、得られた透過回折光強度のデータを蓄積する透過回折光強度データ蓄積部９、得られたデータより照明角度と透過回折光強度の関係を計算する透過回折光強度データ処理部１０、処理されたデータを作業者に提示するデータ表示部１２を有する。また、本発明を適用するにあたっては検査に用いる画像検出器７が前記の分光器６と共にリニアスライダ８に設置され、平行移動によって受光側の光軸上に画像検出器７と分光器６が切り替えられる様に配置されている形態が望ましい。この機構により、検査条件と同一条件での最適照明角度の探査が可能となる。画像検出器７は検出した画像を処理する画像処理部１１と接続されており、照明角度設定後の欠陥検査においては、これらを用いて検査結果をデータ表示部１２に提示する。

以上、図１に示すような欠陥検査装置の構成を用いて照明角度設定方法の実施の形態ついて図２に従って説明する。

図１に示す光源１から出射された光は、集光レンズ２で略平行光とし周期構造を持つ被検査物３へ照明する。光源はハロゲン光、メタルハライド光、ＬＥＤ光、キセノン光などを用いる。

被検査物３に照射された光は周期構造１３の周期構造の幅４と周期構造の間隔５の寸法に依存した透過回折光を生じる。この透過回折光は分光器６により分光され、波長ごとに透過回折光強度として検出される。この透過回折光強度の測定を、光の照明角度１４を一定量ずつ変化させて、その都度行い（Ｓ２０１）、各々の照明角度ごとの各波長における透過回折光強度のデータを透過回折光強度データ蓄積部９に蓄積する（Ｓ２０２）。

以上のようにして蓄積されたデータを用いて、透過回折光強度データ処理部１０において、照明角度と透過回折光強度の関係を計算し（Ｓ２０３）、図１のデータ表示部１２に提示される該照明角度と透過回折光強度の関係を基に、検査に用いる照明角度を選択し決定する（Ｓ２０４）。

照明角度と透過回折光強度の関係を計算するステップ（Ｓ２０３）について図３を用いて説明する。この関係に用いる透過回折光強度の評価値１７として、各照明角度における各波長での透過回折光強度の値１５に、各波長に対応した一連の重み付け係数１６をかけあわせ、その値の合計値を用いる。すなわち、１５および１６に示すように照明角度θ_iにおける波長λ_jでの値をＩ_ijとして、波長λ_jにおける重み付け係数をＣ_jとすると、１７に示す照明角度θ_iにおける透過回折光強度の評価値Ｐ_iは、以下の数１で計算される。

この時の一連の重み付け係数１６には欠陥検査装置の光学機器の波長特性に基づいた値を用いても良い。光学機器の波長特性とは、具体的には欠陥検査時に使用する波長変換フィルターの透過特性や、欠陥検査に用いる画像検出機器の波長感度等を指す。また、用意される一連の重み付け係数は複数存在しても良く、照明角度と透過回折光強度の関係を計算する直前においてそれらの中から任意に選択しても良い。更に上記の処理ステップ（Ｓ２０３）においてスムージング処理等を行い、ノイズ除去を行っても良い。

ステップ（Ｓ２０４）で用いられる、得られた照明角度と透過回折光強度の関係より、最適な検査角度を選択する方法について図４を用いて説明する。

図４は所定の波長域における照明角度と透過回折光強度の関係を模式的に示したものである。横軸に照射光源角度、縦軸に透過回折光強度をとる。透過回折光強度１８は正常部における透過回折光強度を示し、透過回折光強度１９は周期構造の幅４及び周期構造の間隔５に欠陥が生じた欠陥部における透過回折光強度を示す。所定の照明角度において画像を検出した時、その照明角度における正常部からの透過回折光強度１８および欠陥部からの透過回折光強度１９に示される透過回折光強度の差が画像の正常部と欠陥部のコントラストとして現れる。

つまり検査に最適な角度の決定するにはこの強度差が大きく現れる個所を選択すればよく、その角度はピーク強度より低く０より大きい角度が適切である。例えば図４に示す照明角度２０、照明角度２１および照明角度２２が最適な検査角度と言える。

このように正常部の光強度と欠陥部の光強度における差の比率が検査に最適な角度の選択基準となるが、実際の選定においては光強度の絶対値すなわち光量も考慮する必要が有り、これらのバランスの取れる回折角度を選定する事となる。

例えば、検査にＣＣＤカメラを用い、そのダイナミックレンジを考慮する場合を図５の（ａ）から（ｃ）を用いて説明する。図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図４に示す照明角度２０、照明角度２１、照明角度２２におけるＣＣＤダイナミックレンジ２３内での正常部の光強度２４と欠陥部の光強度２５を模式的に表した図である。各照明角度において、正常部の光強度２４を標準値として調整した時、照明角度２０より照明角度２１ないしは照明角度２２の方が、正常部と欠陥部の強度比率により光強度差２６が大きく出る。つまり、検査画像において光量の高い照明角度２０より照明角度２１ないしは照明角度２２の方が正常部と欠陥部のコントラストが高い画像が得られる。

即ち、検査角度は、前ステップ（Ｓ２０３）において得られた照明角度と透過回折光強度の関係より、検査に適した照明角度の候補を見出し、それらの中から光量と正常部と欠陥部の光強度差のバランスの取れる回折角度を検査に最適な照明角度として選定する事となる。より具体的に述べるならば、光量が高いメインローブより、光量がやや抑えられているサイドローブにおける光強度がピーク強度より低く０より大きい角度が検査角度として好ましい。

以上のように本発明では照明角度を変化させ、各照明角度における透過回折光強度データを蓄積し、その後照明角度と透過回折光強度の関係を把握し、欠陥検査に最適な照明角度を選択する。

また本発明は、被検査物の透過回折光強度データを蓄積することによって、複数の波長に関する光学条件に対して検査を行う場合でも、蓄積データを基に速やかに最適な検査角度を再選択する事ができる。これを図６に従って説明する。なお、複数の波長に関する光学条件に対して検査を行う場合とは、具体的には、波長変換機能等を用いて光源からの出射光の波長制限を複数通りで検査する場合等の事を指す。

所定の被検査物に照明角度を変えながら照明を行い、波長ごとの透過回折光強度を測定し（Ｓ４０１）、各照明角度における波長ごとの透過回折光強度データを蓄積する（Ｓ４０２）。これらのステップを終了した後に、予定される検査光学条件に基づいた重み付け係数を使用し、照明角度と透過回折光強度の関係を計算し（Ｓ４０３）、得られた照明角度と透過回折光強度の関係より検査照明角度を決定する（Ｓ４０４）。これらのステップの後に、他に検査する検査光学条件が無いかを判断し（Ｓ４０５）、有るならば第２の光学条件に基づいた波長ごとの重み付け係数を選択する（Ｓ４０６）。そして新しく選択した重み付け係数を用いて第２の照明角度と透過回折光強度の関係を計算し（Ｓ４０３）、
第２の検査照明角度を決定し（Ｓ４０４）、再び他の光学検査条件が無いかを判断する（Ｓ４０５）。この様に重み付け係数を変えてステップＳ４０３、Ｓ４０４を繰り返すことにより、１回の透過回折光強度データの測定で、複数の検査光学条件に対してそれぞれの条件での最適な照明角度を求めることが出来る。

本発明によれば、フォトマスクやウェハ等の矩形周期性パターンを有する製品における検査装置おいて検査レシピ設定作業の労力の削減が実行できる。

本発明に係る欠陥検査装置のシステム構成の実施例を示す図である。本発明に係る照明角度決定のフローを示す図である。本発明に係る照明角度と透過回折光強度の関係の計算法を説明する図表である。本発明に係る照明角度決定の実施例を示す図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図４に示す照明角度２０、照明角度２１、照明角度２２におけるＣＣＤダイナミックレンジ２３内での正常部の光強度２４と欠陥部の光強度２５を模式的に表した図である。本発明に係る複数の光学条件においての照明角度決定のフローを示す図である。

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…分光器
７…画像検出器
８…リニアスライダ
９…透過回折光強度データ蓄積部
１０…透過回折光強度データ処理部
１１…画像処理部
１２…データ表示部
１３…周期構造
１４…照明角度
１５、１６、１７…データテーブル
１８、１９…透過回折光強度
２０、２１、２２…照明角度
２３…ダイナミックレンジ
２４、２５…光強度
２６…光強度差

Claims

欠陥検査装置にて行われる方法であって、
周期構造を持つ被検査物に光源からの光を略平行光として裏面より照射する事で生じる被検査物からの透過回折光の分光測定を複数の照明角度で行い、各照明角度での波長ごとの透過回折光強度を取得する透過回折光強度データ取得ステップと、
各照明角度での波長ごとの透過回折光強度データを蓄積するデータ蓄積ステップと、
該蓄積データに各波長に対応する重み付けの係数を掛け合わせて照明角度と透過回折光強度の関係のデータを作成するデータ作成ステップと、
該照明角度と透過回折光強度の関係を用いて、透過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照明角度を選択して設定する照明角度決定ステップと、
を含む欠陥検査装置における照明角度設定方法。
前記各波長に対応する重み付けの係数に、欠陥検査装置が装備する光学機器の波長特性に基づいて用意された値を用いることを特徴とした請求項１記載の欠陥検査装置における照明角度設定方法。
前記照明角度決定ステップにおいて照明角度を選択する際に、検査に用いる撮影手段のダイナミックレンジに基づいて照明角度を選択することを特徴とする請求項１又は２記載の欠陥装置における照明角度設定方法。