JP2009115469A - 基板検査装置、およびマスク用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成にしたがって、あらゆる方向に沿って延びる微小な線状のキズを確実に検出することのできる基板検査装置。
【解決手段】 基板（３０）の異物を検査する基板検査装置は、輪帯形状の光源（１４）と、光源からの光束に基づいて基板の所定領域を重畳的に照明する照明光学系（１５）と、所定領域を暗視野観察する撮像系（２）とを備えている。光源は、中央に形成された中空部（１４ａ）を有する。照明光学系は、中央に形成された貫通部（１５ａ）を有する。撮像系の撮像範囲（２ａ）は、照明光学系の貫通部および光源の中空部を貫通している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板検査装置、およびマスク用基板の製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、液晶表示素子のようなデバイスをリソグラフィー工程で製造するための液晶露光装置に用いられるマスク用基板のキズの検出に関するものである。

液晶露光装置に用いられるマスク用基板（転写パターンの形成されていない状態の透明ガラス基板）には、例えば２μｍ程度の長さのキズ（欠陥）も存在してはならないという要求がある。ただし、基板の表面に形成された線状（またはスリット状）のキズを検出することは非常に困難である。微小な線状のキズからの散乱光が形成する像のコントラストが低いだけでなく、キズに対する照明の方向や観察の方向によってコントラストが著しく変化するからである。

そのため、高照度照明装置を用いた目視検査が主流であり、基板の検査領域に対する照明の方向や観察の方向を手作業で変化させつつ目視で検査を行っているのが現状である。手作業による目視検査の手法は、再現性、コストなどの観点から望ましくない。そこで、複数の方向から基板の検査領域に検査光を照射し、キズからの前方散乱光を暗視野観察する基板検査装置が提案されている（特許文献１を参照）。

特開平４−３４４４４７号公報

特許文献１に開示された基板検査装置では、基板の法線に対する複数の検査光の角度を規定している。しかしながら、この基板検査装置では、あらゆる方向に沿って延びる微小な線状のキズを確実に検出することはできない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、あらゆる方向に沿って延びる微小な線状のキズを確実に検出することのできる基板検査装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、基板の異物を検査する基板検査装置において、
輪帯形状の光源と、
前記光源からの光束に基づいて前記基板の所定領域を重畳的に照明する照明光学系と、
前記所定領域を暗視野観察する撮像系とを備えていることを特徴とする基板検査装置を提供する。

本発明の第２形態では、マスク用基板の製造方法において、
第１形態の基板検査装置を用いて、前記マスク用基板の異物を検査する検査工程を含むことを特徴とする製造方法を提供する。

本発明の基板検査装置では、輪帯形状の光源からの光束に基づいて基板の所定領域を重畳的に照明するので、基板の照明領域内の異物、例えば線状キズには、あらゆる角度方向から照明光が照射される。その結果、あらゆる角度方向から照明光が照射された線状キズから発生する散乱光（回折光）は、特定の方向に沿って一次元的に広がることなく、あらゆる角度方向に二次元的に広がることになり、基板の照明領域を暗視野観察する撮像系により確実に検出される。すなわち、本発明の基板検査装置では、あらゆる方向に沿って延びる微小な線状のキズを確実に検出することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる基板検査装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態では、液晶露光装置に用いられるマスク用基板（以下、単に「基板」という）のキズを検査する基板検査装置に対して本発明を適用している。図１を参照すると、本実施形態の基板検査装置は、検査対象である基板３０を照明する照明系１と、照明系１により照明された基板３０上の領域を暗視野観察する撮像系２とを備えている。

照明系１は、照明光（検査光）を供給する光源として、例えばハロゲンランプ１１を備えている。ハロゲンランプ１１は、楕円鏡１２の第１焦点位置に配置されている。ハロゲンランプ１１からの光は、楕円鏡１２で反射された後、楕円鏡１２の第２焦点位置に光源像を形成する。楕円鏡１２の第２焦点位置には、ライトガイド１３の入射端１３ａが配置されている。

ライトガイド１３は、多数の細い光ファイバを束ねることにより構成されたバンドルファイバであって、１つの入射端１３ａと複数の射出端１３ｂとを有する。複数の射出端１３ｂは、例えば照明系１の光軸ＡＸを中心とした円環状（輪帯形状）に配置されている。したがって、ライトガイド１３の入射端１３ａに集光された光は、ライトガイド１３の内部を伝播した後、輪帯形状に配置された複数の射出端１３ｂから射出される。なお、図１では、図面の明瞭化のために、ライトガイド１３の入射端１３ａの近傍から輪帯形状に配置された複数の射出端１３ｂまでの図示を省略している。

このように、ハロゲンランプ１１、楕円鏡１２、およびライトガイド１３は、輪帯形状の光源１４を形成する輪帯光源形成手段を構成している。輪帯形状の光源１４は、中央に形成された中空部、例えば光軸ＡＸを中心とした円形状の中空部１４ａを有する。輪帯形状の光源１４からの光は、例えば１つまたは複数のレンズからなる照明光学系１５を介して、基板３０を照明する。

照明光学系１５は、中央に形成された貫通部、例えば光軸ＡＸを中心とした円形状の貫通部１５ａを有する。また、ライトガイド１３の輪帯形状に配置された複数の射出端１３ｂは、照明光学系１５の前側焦点面に配置されている。したがって、輪帯形状に配置された各射出端１３ｂからの光は、照明光学系１５の円環状の屈折領域を介して平行光となって基板３０上の同じ領域へ導かれ、ひいては基板３０の所定領域を重畳的に照明する。

撮像系２は、照明系１から供給されて基板３０を透過した０次光を直接受光することがないように、ひいては基板３０上の照明領域を暗視野観察することができるように、例えば照明系１の光軸ＡＸに沿って配置されている。すなわち、撮像系２の光軸は、照明系１の光軸ＡＸと共軸である（一致している）。撮像系２として、例えばＣＣＤカメラを用いることができる。

また、撮像系２は、その円錐体状の撮像範囲２ａが照明光学系１５の貫通部１５ａおよび輪帯形状の光源１４の中空部１４ａを貫通するように配置されている。一般に、基板３０の表面に形成された線状のキズの検出、特にキズ口が比較的滑らかで孤立した線状キズの検出が原理的に最も困難である。図２は、照明光の照射を受けて線状のキズから散乱光（回折光）が発生する様子を模式的に示す図である。

図２に示すように、基板３０の表面に形成された線状キズ３１に照明光３２を照射すると、照明光３２は線状キズ３１の短手方向（基板３０の表面においてキズ３１が細長く延びる長手方向と直交する方向）に回折される。すなわち、照明光３２が照射された線状キズ３１からの散乱光（回折光）は、線状キズ３１の短手方向に沿って一次元的に広がる。

本実施形態の基板検査装置では、輪帯形状の光源１４からの光束に基づいて基板３０の所定領域を重畳的に照明するので、基板３０の照明領域内の線状キズには、あらゆる角度方向から照明光が照射される。その結果、あらゆる角度方向から照明光が照射された線状キズから発生する散乱光（回折光）は、特定の方向に沿って一次元的に広がることなく、あらゆる角度方向に二次元的に広がることになり、基板３０の照明領域を暗視野観察する撮像系２により確実に検出される。

また、本実施形態の基板検査装置では、撮像系２の円錐体状の撮像範囲２ａが照明光学系１５の貫通部１５ａおよび輪帯形状の光源１４の中空部１４ａを貫通するように構成されている。その結果、暗視野観察に有害な照明光が、撮像系２に直接的に入射しないだけでなく、間接的にも撮像系２に入射し難くなるので、良好な状態での暗視野観察により、線状キズを含む異物を高い精度で検出することができる。

ところで、本実施形態の基板検査装置では、撮像系２の画角（すなわち円錐体状の撮像範囲２ａの外側面が光軸ＡＸとなす角度の２倍の値）θａは１０度以下であることが好ましい。これは、撮像系２の画角θａが１０度よりも大きくなると、撮像系２の撮像範囲２ａが照明光学系１５の貫通部１５ａおよび輪帯形状の光源１４の中空部１４ａを貫通するように構成することが困難になるからである。

また、本実施形態の基板検査装置では、輪帯形状の光源１４から照明光学系１５を介して基板３０に入射する光線のなす円錐角（基板３０に入射する光線の入射角度）θｂは２０度以上であることが好ましい。これは、基板３０に入射する光線のなす円錐角θｂが２０度よりも小さくなると、照明系１から供給されて基板３０を透過した０次光を直接受光しないようにすること、すなわち基板３０上の照明領域を良好な状態で暗視野観察することが困難になるからである。

以下、図３を参照して、照明系１の要部構成に関する具体的な実施例を説明する。図３に示す実施例において、照明光学系１５は、凸面が対向するように配置された一対の平凸レンズ１５ｂおよび１５ｃにより構成されている。ここで、平凸レンズ１５ｂと１５ｃとは、互いに同じ形状および同じ光学特性を有する。具体的には、平凸レンズ１５ｂ，１５ｃは、ｄ線（波長５８７ｎｍ）の光に対する屈折率ｎｄが１．８０４である光学材料により形成されている。

平凸レンズ１５ｂ，１５ｃの直径は１８０ｍｍであり、中心厚ｄ１は２１ｍｍであり、球面状の凸面の曲率半径ｒは１８０ｍｍである。このとき、平凸レンズ１５ｂ，１５ｃの焦点距離ｆ１はそれぞれ３４８ｍｍであり、一対の凸面の軸上間隔ｄ２を１ｍｍと設定したときの一対の平凸レンズ１５ｂおよび１５ｃの合成焦点距離ｆ２は１７４ｍｍである。平凸レンズ１５ｂ，１５ｃには、光軸ＡＸを中心とした直径３０ｍｍの円形状の貫通部１５ａが形成されている。

したがって、輪帯形状に配置された各射出端１３ｂと照明光学系１５との軸上間隔ｄ０を１５０ｍｍに設定すれば、各射出端１３ｂからの光束が一対の平凸レンズ１５ｂおよび１５ｃからなる照明光学系１５によって集光され、照明光学系１５から光軸ＡＸに沿って距離ｄ３＝１５０ｍｍだけ間隔を隔てた基板３０の表面には、ほぼ均一な照度で重畳的に照明される領域が得られる。

なお、上述の実施形態では、照明系１の直線状に延びる光軸ＡＸに沿って撮像系２を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図４に示すように、撮像系２と基板３０との間の光路中に光路折曲げミラー２１を付設することもできる。図４の変形例では、光路折曲げミラー２１の有効反射領域によって撮像系２の撮像範囲２ａが規定されるので、光路折曲げミラー２１の後側（撮像系２とは反対側）を暗くすることにより、さらに良好な状態で暗視野観察することが可能になり、ひいては異物の検出精度を向上させることができる。

また、上述の実施形態では、ハロゲンランプ１１と楕円鏡１２とライトガイド１３とにより、輪帯形状の光源１４を形成する輪帯光源形成手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、輪帯形状の光源の構成、輪帯光源形成手段の内部構成などについて様々な形態が可能である。

また、上述の実施形態では、１つまたは複数のレンズにより屈折型の照明光学系１５を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、照明光学系１５として、例えば反射型、反射屈折型の光学系を採用することもできる。

また、上述の実施形態では、ＣＣＤカメラにより撮像系２を構成している。しかしながら、撮像系２の構成について様々な形態が可能である。例えばＣＣＤ以外の撮像素子と撮像光学系とにより撮像系を構成することもできるし、例えばラインセンサを用いて撮像系を構成することもできる。

また、上述の実施形態では、基板の表面に形成された線状のキズの検出に着目して、本発明にかかる基板検査装置の作用を説明した。しかしながら、実際には、線状のキズだけでなく、他の様々な形態のキズ、基板に付着した様々な形態の微小物体などの異物も同様に検出することができる。また、基板の表面の全体または広い範囲に亘って検査を行う場合には、検査対象である基板と検査手段である基板検査装置とを相対的にステップ移動させつつ異物の検査を繰り返せば良い。

また、上述の実施形態では、照明系１の光軸ＡＸと直交する面に沿って基板３０が配置されているが、これに限定されることなく、基板の姿勢については様々な形態が可能である。

また、上述の実施形態では、液晶露光装置に用いられるマスク用基板のキズを検査する基板検査装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、様々な形態を有する基板の異物を検査する基板検査装置に対して本発明を適用することができる。すなわち、検査対象は、光透過型の基板に限定されることなく、例えばミラーのような反射型の基板であっても良い。なお、反射型の基板の場合は、図１の照明系の中空部１４ａから撮像される様に構成する。

図５は、本実施形態にかかるマスク用基板の製造方法の各工程を示すフローチャートである。図５を参照すると、本実施形態にかかるマスク用基板の製造方法は、準備工程Ｓ１１と、研磨工程Ｓ１２と、洗浄工程Ｓ１３と、検査工程Ｓ１４とを含んでいる。例えば液晶露光装置に用いられるマスク（フォトマスク）用基板の製造には、光学特性の均一な素材が要求される。

準備工程Ｓ１１では、光学特性の均一な素材として、石英の合成により石英ガラス素材（インゴット）を製造する。具体的には、例えば、多重管バーナから四塩化ケイ素や有機ケイ素化合物などのケイ素化合物の原料ガスと、酸素等の支燃性ガスと、水素等の燃焼ガスを含むガスとを噴出させ、火炎中で反応を行い、回転させているターゲット上にガラス微粒子を堆積させ且つ溶融させることにより、石英ガラス素材を得る。

このような石英の合成方法として、特開２００４−２８７８６号公報、特開平１０−２７９３１９号公報、特開平１１−２９２５５１号公報などに記載された方法を用いることができる。さらに、準備工程Ｓ１１では、石英ガラス素材を切断して板状にする。具体的には、バンドソーあるいはブレード等を用いて、ターゲット上に作成されたインゴットからフォトマスクとして使用する部分を、例えば矩形板状または円板状の形状に切り出す。

次いで、研磨工程Ｓ１２では、準備工程Ｓ１１を経て切り出された板状の石英ガラスの表面を、ラッピングやポリッシングを含む多段階の工程により研磨する。板状の石英ガラスの表面をラッピングあるいはポリッシングする装置として、特開２００７−９８５４２号公報、特開２００７−９８５４３号公報などに記載された研磨装置を使用することができる。

研磨装置では、板状の石英ガラスの外形を保持する開口部を有するキャリアに、板状の石英ガラス基板を配置する。そして、このキャリアおよび石英ガラスの上下を、キャリアおよび石英ガラスに接する表面に研磨面を有する定盤で挟み、研磨面と石英ガラスの表面とを接触させながら上下の定盤を回転させることにより、ラッピングあるいはポリッシングを行う。ラッピングおよびポリッシングでは、石英ガラスの表面粗さに応じて、定盤の研磨面に使用する研磨パッドやスラリーを適宜選択する。

研磨工程Ｓ１２を経た石英ガラス基板の表面には、スラリーに含まれる微粒子等が残留している。このため、洗浄工程Ｓ１３では、石英ガラス基板の表面に付着している微粒子等を除去するための洗浄を行う。具体的には、石英ガラス基板の表面に加圧した水を噴射したり、洗浄液へ石英ガラス基板を浸漬させたりすることにより、洗浄を行うことができる。

最後に、検査工程Ｓ１４では、上述の実施形態または変形例にかかる基板検査装置を用いて、石英ガラス基板の異物、特に表面のキズを検査する。具体的には、検査対象である石英ガラス基板を固定的に支持し、検査手段である基板検査装置を二次元的にステップ移動させつつ、石英ガラス基板の表面の全体に亘って異物の検査を行う。あるいは、検査手段である基板検査装置を固定的に支持し、検査対象である石英ガラス基板を二次元的にステップ移動させつつ、石英ガラス基板の表面の全体に亘って異物の検査を行う。

なお、準備工程Ｓ１１で板状に切り出した石英ガラスをプレス成形して表面の面積を大きくすることにより、大型のマスク用基板を得ることができる。プレス成形は、例えば平面状のプレス面を有するグラファイト製のモールドを用意し、不活性ガス雰囲気のもとで石英ガラスの結晶化温度以上に昇温した状態でモールドを介して加圧した後に冷却することにより行われる。このようなプレス成形方法として、特開２００４−３０７２６６号公報に記載された方法などを用いることができる。プレス成形された石英ガラス基板には、上述の研磨工程Ｓ１２、洗浄工程Ｓ１３、および検査工程Ｓ１４が施される。

本発明の実施形態にかかる基板検査装置の構成を概略的に示す図である。 照明光の照射を受けて線状のキズから散乱光が発生する様子を模式的に示す図である。 照明系の要部構成の具体的な実施例を説明する図である。 本実施形態の変形例にかかる基板検査装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかるマスク用基板の製造方法の各工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 照明系
２ 撮像系
１１ ハロゲンランプ
１２ 楕円鏡
１３ ライトガイド
１４ 輪帯形状の光源
１５ 照明光学系
２１ 光路折曲げミラー
３０ 基板
３１ 線状のキズ

Claims (5)

1. 基板の異物を検査する基板検査装置において、
   輪帯形状の光源と、
   前記光源からの光束に基づいて前記基板の所定領域を重畳的に照明する照明光学系と、
   前記所定領域を暗視野観察する撮像系とを備えていることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記光源は、中央に形成された中空部を有し、
   前記照明光学系は、中央に形成された貫通部を有し、
   前記撮像系の撮像範囲は、前記照明光学系の前記貫通部および前記光源の前記中空部を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 前記撮像系と前記基板との間の光路中に配置された光路折曲げミラーを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板検査装置。
4. 前記照明光学系は、前記光源からの光を平行光にして前記基板へ導くように構成され、
   前記撮像系の画角は１０度以下であり、前記光源から前記照明光学系を介して前記基板に入射する光線のなす円錐角は２０度以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
5. マスク用基板の製造方法において、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板検査装置を用いて、前記マスク用基板の異物を検査する検査工程を含むことを特徴とする製造方法。

Images