JP2008209664A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間コヒーレンシーの高い光源を用いたケーラー照明系を実現する上で好適な光学構成を提供すること。
【解決手段】マスクのパターンを検査するパターン検査装置において、レーザ光を発生するレーザ発生装置と、パターンを有するマスクと、レーザ発生装置とマスクの間の光路に配置され、レーザ光を拡大して平行光束の光路を形成するエキスパンダ光学系と、平行光束の光路に配置され、光路を２つの光路に分けるビームスプリッタ光学系と、一方の光路に配置され、マスクに透過光を照射する透過照明光学系と、他方の光路に配置され、マスクに反射光を照射する反射照明光学系と、マスクのパターン画像を受光する受光装置と、受光装置で受光したパターン画像と基準画像とを比較する比較部と、備える、パターン検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクのパターンを検査するパターン検査装置に関するものである。

従来、パターン検査装置において、マスクパターンの微細化に対応して、光源としてレーザ光が使用されている。レーザ光は干渉性が高く、干渉縞が発生し、微細化の障害となっている。そこで、干渉縞低減のために、照明光学系に波長以下の段差が無数に掘り込まれた位相板を設置し、これをモータ等で回転させる光学系が既に提案されている（特許文献１）。近年、レーザ光源を用いたケーラー照明系を実現する上で好適な光学構成が求められている。
特開昭６３−１７３３２２

本発明は、空間コヒーレンシーの高い光源を用いたケーラー照明系を実現する上で好適な光学構成を提供することにある。

本発明は、マスクのパターンを検査するパターン検査装置において、レーザ光を発生するレーザ発生装置と、パターンを有するマスクと、レーザ発生装置とマスクの間の光路に配置され、レーザ光を拡大して平行光束の光路を形成するエキスパンダ光学系と、平行光束の光路に配置され、光路を２つの光路に分けるビームスプリッタ光学系と、一方の光路に配置され、マスクに透過光を照射する透過照明光学系と、他方の光路に配置され、マスクに反射光を照射する反射照明光学系と、マスクのパターン画像を受光する受光装置と、受光装置で受光したパターン画像と基準画像とを比較する比較部と、備える、パターン検査装置にある。

本発明は、回転位相板と透過反射分離ビームスプリッタの配置の最適化が可能となり、空間コヒーレンシーの高い光源を用いたケーラー照明系を実現する上で好適な光学構成を提供することができる。

以下、本発明の実施形態のパターン検査装置について説明する。

（パターン検査装置）
図１は、パターン検査装置１０のブロック構成を示している。パターン検査装置１０は、マスク４０に描かれたパターンの欠陥を検査するものであり、マスク４０に描かれたパターンのパターン画像１２を求めるパターン画像形成装置３０と、このパターン画像１２とマスク４０のパターンの基準となる基準画像１４とを比較して、パターンの欠陥を検出する比較部２０を備えている。この基準画像１４は、マスク４０のパターンを作製するためのＣＡＤなどの設計データから求めた参照画像、又は、パターン画像形成装置３０で求めた基準となるパターン画像がある。

（パターン画像形成装置）
パターン画像形成装置３０は、レーザ光源などのレーザ発生装置３２、エキスパンダ光学系３２０、位相板３４、ビームスプリッタ光学系３６、インテグレータ光学系３８ａ、３８ｂ、マスク４０、結像光学系４２、受光装置４４などを備えている。

エキスパンダ光学系３２０は、レーザ発生装置３２から発生したレーザ光を拡大して平行光束の光路を形成するもので、エキスパンダレンズなどが使用される。

位相板３４は、均一照明を実現するものであり、例えば、円板の表面全体に深さの異なる小さなピットが彫られている。ピットは、透過する光の位相をずらせるようにガラスや石英など透明板に掘り込まれている。

ビームスプリッタ光学系３６は、光路を複数の光路に分けるものであり、例えば、ハーフミラーを入射する光路の光軸に対して斜めに配置して、透過する光路と反射する２つの光路に分ける。２つの光路は、マスク４０に透過光を照射する透過照明光路とマスク４０に反射光を照射する反射照明光路がある。

インテグレータ光学系３８は、集光した光を効率よくマスク４０へ導くとともに、マスク面での光の均一性を得るためのもので、オプティカルインテグレータなどが使用される。インテグレータ光学系３８は、例えば、複眼レンズ構造をした石英レンズ集合体があり、マスク面に照射された各々の光は、マスク面上で積分されるため、照度の分布は均一となる。

マスク４０は、レチクルやフォトマスクなど、検査すべきパターンを有し、テーブル４００に載置され、ＸＹθの３次元方向に位置制御される。結像光学系４２は、マスク４０のパターンを受光装置４４に結像するものであり、結像レンズなどが使用される。受光装置４４は、ＣＣＤやフォトダイオードアレイなどパターン画像を電気信号に変換するものである。

図２は、パターン画像形成装置３０の具体的な構成（パターン投影装置）を示している。レーザ発生装置３２から発したレーザ光は、エキスパンダ光学系３２０で拡大され、平行光束となる。その後、レーザ光は、位相板３４によって空間コヒーレンシーが低減される。

位相板３４は、レーザ光の平行光束部（３２０、３８ａの光学系）に設置することにより前後の空間を確保でき、モータ３４０によって回転による振動・空気揺らぎ等、周辺の光学素子に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。また、位相板３４をエキスパンダ光学系３２０でレーザ光を広げた後に設置することにより、回転位相板３４の微細構造がレーザ光のビーム径に対して相対的に小さくでき、かき乱し効果が向上する。

位相板３４を通過した光は、ビームスプリッタ光学系３６で透過照明光路（３６、３８ａ、３２２、３２４の光学系）と反射照明光路（３６、３２６、３８ｂ、３３０、３２８の光学系）に分岐される。ビームスプリッタ３６を平行光束部（３２０、３８ａの光学系）に設置することにより、透過照明光路（３６、３８ａ、３２２、３２４の光学系）と反射照明光路（３６、３２６、３８ｂ、３３０、３２８の光学系）の配置を任意にできる。

透過照明光路には、インテグレータ光学系３８ａ、ミラー３２２、コンデンサレンズ３２４などの透過照明光学系が配置される。透過照明光学系は、マスク４０に透過光を照射するものである。反射照明光路には、ミラー３２６、インテグレータ光学系３８ｂ、ハーフミラー３３０、対物レンズ３２８などの反射照明光学系が配置される。反射照明光学系は、マスク４０に反射光を照射するものである。即ち、透過照明光路に導入された光は、インテグレータ光学系３８ａで分割され、反射照明光路に導入された光は、ミラー３２６を介してインテグレータ光学系３８ｂで分割される。透過照明光路の光は、ミラー３２２、コンデンサレンズ３２４を介してマスク４０にケーラー照明される。反射照明光路の光は、ハーフミラー３３０、対物レンズ３２８を介してマスク４０にケーラー照明される。

マスク４０から透過あるいは反射された光は、対物レンズ３２８で集められ、ハーフミラー３３０を透過し、結像光学系４２で受光装置４４の面に結像される。

このように、パターン画像形成装置３０は、レーザ光源３２から発した光をエキスパンダ光学系３２０で拡大した後、回転位相板３４で空間コヒーレンシーを低減する。その後、透過照明光路（３６、３８ａ、３２２、３２４の光学系）と反射照明光路（３６、３２６、３８ｂ、３３０、３２８の光学系）に分岐する。各々の照明光路中には、別々のインテグレータ光学系３８ａ、３８ｂを設置し、ケーラー照明用の面光源を独立に生成する。その後、必要に応じてリレー光学系を配し、マスク４０にケーラー照明を行っている。

以上の構成により、回転位相板３４、および、透過反射分離ビームスプリッタ３６を平行光束部（３２０、３８ａの光学系）に配置できる。回転位相板３４を平行光束部に配置することにより、回転体の周辺にスペースを確保することが可能となり、回転体の振動、熱、空気揺らぎ等の影響を最小限に抑えることができる。及び、透過反射分離ビームスプリッタ３６を平行光束部に配置することにより、透過照明光路と反射照明光路を自由に配置することが可能となる。

（パターン検査装置の構成例）
図３は、パターン検査装置１０の構成例を示している。パターン検査装置１０は、マスク４０からの透過光又は反射光を検出してパターン画像を取得するパターン画像形成装置３０、設計データなどのデータを記憶し、設計データから基準画像１４となる参照画像を作成し、種々のデータを演算処理するデータ処理部５０などを備えている。

パターン画像形成装置３０は、マスク４０のパターンからパターン画像１２を取得する。マスク４０は、ＸＹθテーブル４００上に載置される。ＸＹθテーブル４００は、Ｘ方向、Ｙ方向に移動し、θ方向に回転する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）マニピュレータである。ＸＹθモータ４０２は、中央演算処理部５２から指令を受けたテーブル制御部４０４により駆動制御され、ＸＹθテーブル４００をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に移動する。ＸＹθモータ４０２は、公知のサーボモータやステップモータ等を用いることができる。ＸＹθテーブル４００の位置座標は、レーザ測長システム（図示省略）により測定され、その出力が位置測定部（図示省略）に送られる。位置測定部から出力されたＸＹθテーブル４００の位置座標は、テーブル制御部４０４にフィードバックされる。

マスク４０は、オートローダ制御部（図示省略）の制御の基で、オートローダ（図示省略）によりＸＹθテーブル４００上に自動的に供給され、検査終了後に自動的に排出される。ＸＹθテーブル４００の上方には、レーザ発生装置３２が配置されている。レーザ発生装置３２からのレーザ光は、透過照明経路又は反射照明経路を介してマスク４０に照射される。マスク４０の下方には、結像光学系４２が配置され、マスク４０のパターン画像１２が受光装置４４に照射され、電気信号に変換される。結像光学系４２は、ピエゾ素子等の焦点調整装置（図示省略）で自動的に焦点調整される。この焦点調整装置は、中央演算処理部５２に接続されたオートフォーカス制御回路（図示省略）により制御される。焦点調整は、別途設けられた観察スコープでモニタリングしてもよい。受光装置４４としてのフォトダイオードアレイは、複数の光センサを配設したラインセンサもしくはエリアセンサである。ＸＹθテーブル４００をＸ軸方向に連続的に移動することにより、フォトダイオードアレイは、マスク４０のパターンに対応した測定信号を検出する。

この測定信号は、センサ回路４６でデジタルデータに変換され、パターン画像のデータとして、バッファメモリ５６に入力される。バッファメモリ５６は、複数設けることができる。バッファメモリ５６の出力は、比較部２０に送られる。パターン画像のデータは、例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさを表現するものとする。この種のパターン検査装置１０は、通常、これらのパターンデータを１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ程度のクロック周波数に同期して、フォトダイオードアレイから読み出し、適当なデータの並び替えを経て、ラスター走査された２次元画像データとして取り扱われる。

（パターン画像の取得手順）
マスク４０に描かれたパターンのパターン画像の取得は、パターン画像形成装置３０でマスク４０を走査することによって行われる。マスク４０のパターンは、例えば、マスク４０の一辺の方向（例えばＸ方向）に細長く切った短冊のパターン画像として取得される。その短冊は、ストリームとする。ストリームは、一辺の方向（Ｘ方向）に４分割した更に細長い短冊のパターン画像とする。４分割されたストリームは、サブストリームとする。サブスリームは、上記辺（Ｘ方向）と直交する他辺の方向（Ｙ方向）に複数に切断される。切断されたパターン画像は、フレームとする。フレームは、例えば一辺（Ｘ方向）が５１２画素、他辺（Ｙ方向）が５１２画素のパターン画像とする。なお、１画素は２５６階調のグレースケールとする。

（データ処理部）
データ処理部５０は、主に、データの演算処理をする中央演算処理部５２、オートローダを制御するオートローダ制御部、ＸＹθテーブル４００を制御するテーブル制御部４０４、設計データからパターン画像１２に類似する、基準画像１４となる参照画像を作成する参照画像作成部５４、パターン画像１２と基準画像１４とを比較して検査画像の欠陥を検査する比較部２０、パターン画像１２のデータを一時的に記憶するバッファメモリ５６、レーザ側長システムで測定したＸＹθテーブル４００の位置データからマスク４０の位置を求める位置測定部、設計データのデータベースなどの多量のデータやプログラムを記憶する外部記憶装置６２、演算処理に必要なデータやプログラムを記憶する主記憶装置６４、プリンタ６６、ＣＲＴ６８、バス６０などを備えている。例えばマスク４０の設計データは、検査エリア全体を短冊状のエリアに分けて格納される。

（参照画像作成部）
参照画像作成部５８は、設計データを展開し、イメージデータを形成し、図形の角を丸めたり、多少ボカしたりして、パターン画像１２に似せる処理を行い、参照画像を作成する。参照画像は、設計データから作成されるので、パターン画像形成装置３０で生じるような、歪、変形やレベル、諧調の変動がない。

本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。なお、上記説明において、各装置は、回路などのハードウエアで構成しても、又は、プログラムなどソフトウエアで構成しても、又は、これらの組み合わせで構成しても良い。

パターン検査装置のブロック図 パターン画像形成装置の説明図 パターン検査装置の構造図

符号の説明

１０・・パターン検査装置
１２・・パターン画像
１４・・基準画像
２０・・比較部
３０・・パターン画像形成装置
３２・・レーザ発生装置
３２０・エキスパンダ光学系
３２２・ミラー
３２４・コンデンサレンズ
３２６・ミラー
３２８・対物レンズ
３３０・ハーフミラー
３４・・位相板
３４０・モータ
３６・・ビームスプリッタ光学系
３８・・インテグレータ光学系
４０・・マスク
４００・テーブル
４０２・モータ
４２・・結像光学系
４４・・受光装置
４６・・センサ回路
５０・・データ処理部
５２・・中央演算処理部
５４・・参照画像作成部
５６・・バッファメモリ
６０・・バス
６２・・外部記憶装置

Claims (3)

1. マスクのパターンを検査するパターン検査装置において、
   レーザ光を発生するレーザ発生装置と、
   パターンを有するマスクと、
   レーザ発生装置とマスクの間の光路に配置され、レーザ光を拡大して平行光束の光路を形成するエキスパンダ光学系と、
   平行光束の光路に配置され、光路を２つの光路に分けるビームスプリッタ光学系と、
   一方の光路に配置され、マスクに透過光を照射する透過照明光学系と、
   他方の光路に配置され、マスクに反射光を照射する反射照明光学系と、
   マスクのパターン画像を受光する受光装置と、
   受光装置で受光したパターン画像と基準画像とを比較する比較部と、
   を備える、パターン検査装置。
2. 請求項１に記載のパターン検査装置において、
   エキスパンダ光学系とビームスプリッタ光学系の間の光路に配置された位相板と、を備える、パターン検査装置。
3. 請求項２に記載のパターン検査装置において、
   透過照明光学系と反射照明光学系は、それぞれ、インテグレータ光学系を備える、パターン検査装置。

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