JP2009222623A - 画像採取装置及び試料検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱を防止する画像採取装置、及び試料検査装置を提供することにある。特に、宇宙線などの放射線を遮断する画像採取装置、及び試料検査装置を提供すること。
【解決手段】パターンを有する試料に照射する光源と、光源から試料に照射した光を受光して、パターン画像を採取するセンサと、センサ前方に配置され、光路を曲げる光路変更体と、光路を包囲し、センサに入射する放射線を遮蔽する遮蔽体と、を備える、画像採取装置、及び試料検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料のパターン画像の採取と検査に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの試料のパターン画像の採取装置と検査装置に関するものである。

試料検査装置は、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被検物である試料へ導き、その試料を照明する。ここで、照明光は、試料上の限られた領域をスポット状ある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あるいはＴＤＩ等のセンサの受光面上に試料の照明領域の画像が形成される。センサ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、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、試料を載置する移動ステージの２次元移動と画像情報の取り込み（センサ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、試料の２次元的な画像を得ることができる。ここで、試料の良否を判定するための参照用のデータ（試料の設計データ）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部によって、センサからの画像情報と参照データとを比較検査することによって、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部からの比較判定結果がＣＲＴモニタ等の表示装置にて表示される。

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、露光装置の解像度向上のため光源の短波長化が実施されている。現在はＡｒＦレーザを用いた波長１９３ｎｍの光が用いられている。マスク検査に当たっては、上記の手順にてマスク画像を採取するために用いられるＣＣＤあるいはＴＤＩ等のカメラなどにはｍＪ／ｃｍ２レベルで十分な出力が得られるよう高感度化が求められている。しかし、紫外光に対して高い感度を得るセンサは同時に放射線などの高エネルギー粒子線に対しても感度を有することとなり、放射線がセンサ面に到達することであたかも画像にスポット状もしくは彗星状の輝点（画像ノイズ）である偽像が生じ、欠陥検査の妨げになる。放射線は宇宙線・放射性同位体からの放出など自然界にある存在確率を以って生じるため、センサを動作させた状態であれば必ず上記の画像ノイズである偽像が発生する可能性がある。例えばマスク１枚の欠陥検査中は数時間程度の間連続して画像を採取し続ける必要があり、１０数個程度の無視できない頻度で偽像が検出される。

ノイズの原因となる上記粒子線は重金属により遮蔽が可能であり、遮蔽材料としてカメラ周囲に配置することでカメラ内部への到達を防止できるが、遮蔽材として知られている鉛、タングステンは比重が大きく（鉛：１１．３６ｇ／ｃｍ３、タングステン：１９．３ｇ／ｃｍ３）、周囲を包囲するカバーが大型化すると重量が増大すること、光学系メンテナンス時に光路へのアクセスが困難になるなどの問題が生じる。上記問題を回避するためカメラ単体の周囲を遮蔽材料でカバーすることが考えられるが、カメラのセンサは入射する光学画像に対して開口している必要があり遮蔽できず、発生確率は低減するものの十分な効果が得られないという問題がある。

センサに宇宙線が衝突したことを検出するためのセンサを設置し、宇宙線の影響を除去する撮像装置（特許文献１参照）があり、又は、Ｘ線を遮蔽するＸ線検査装置（特許文献２参照）がある。
特開平５−３１２９５５ 特開２００５−３５１７９４

（１）本発明は、外乱を防止する画像採取装置及び試料検査装置を提供することにある。
（２）また、本発明は、宇宙線などの放射線を遮断する画像採取装置及び試料検査装置を提供することにある。

（１）本発明の実施の形態では、パターンを有する試料に照射する光源と、光源から試料に照射した光を受光して、パターン画像を採取するセンサと、センサ前方に配置され、光路を曲げる光路変更体と、光路を包囲し、センサに入射する放射線を遮蔽する遮蔽体と、を備える、画像採取装置にある。
（２）又、本発明の実施の形態では、パターンを有する試料に照射する光源と、試料に照射した光を受信して、測定画像を採取するセンサと、センサ前方に配置され、光路を曲げる光路変更体と、光路を包囲し、センサに入射する放射線を遮蔽する遮蔽体と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備える、試料検査装置にある。

以下、本発明の詳細を実施の形態によって説明する。

（画像取得装置）
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る画像取得装置の概略的構成を示す図である。画像取得装置２０は、パターンを有する試料に照射する光源３０、光源３０から試料１００に照射した光を受光して、パターン画像を採取するセンサ１２６、センサ前方に配置され、光軸即ち光路を曲げる光路変更体、光路を包囲し、センサに入射する放射線６０を遮蔽する遮蔽体５０などを備えている。光源３０は、例えば、波長１９９ｎｍレーザを用いる。光源３０から出た光は、照明光学系３２を介してマスクなどの試料１００を照射する。試料１００は、ＸＹθテーブル１１６に載置され、ＸＹθ方向に移動制御される。試料１００を透過した光束は、レンズ、ミラーなどの光学機器を有する結像光学系１２２を介してセンサ１２６に入射する。結像光学系１２２は、例えば、第１光路３４、第１光路変更機器４０、第２光路３６、第２光路変更機器４２、第３光路３８などを備えている。第２光路変更機器４２は、センサ１２６の受光面の前方に配置されている。試料１００の透過光束は、第１光路３４を通過して第１光路変更機器４０で曲げられ、更に、第２光路３６を通過して第２光路変更機器４２で曲げられ、第３光路３８を通過してセンサ１２６の受光面に入射する。

なお、図１では、試料１００の透過光について示しているが、試料１００の裏面から別の照明光学系により照明光を照射して、試料１００の裏面からの反射光を結像光学系１２２を介してセンサ１２６に照射してもよい。又は、試料１００の透過光と反射光は、センサ１２６で受光し、又は複数のセンサで別々に受光することもできる。光路変更機器４０、４２は、光路を曲げることができるものであれば、どのようなものでもよく、例えば、折り返しミラー、プリズムなどの光学機器を使用することができる。

（遮蔽体）
宇宙線などの放射線を遮蔽する遮蔽体５０は、センサ１２６付近に配置して、センサ１２６を放射線から遮蔽する。遮蔽体５０は、特に、放射線６０が光路方向からセンサ１２６への入射を遮蔽する。遮蔽体５０は、例えば、Ｌ字型に接続した第１筒材と第２筒材を備え、直進する放射線を遮蔽する。第１筒材と第２筒材の接続部も放射線を遮蔽する。遮蔽体５０は、センサ１２６の前方に配置された第２光路変更機器４２の前後の第２光路３６と第３光路を包囲する。例えば、Ｌ字型に接続した第１筒材と第２筒材を備え、これらの接続部も放射線を遮蔽する。第１筒材５２は、第２光路３６の少なくとも一部を包囲する。第２筒材５４は、第３光路３８を包囲する。第１筒材５２と第２筒材５４は、第２光路変更機器４２を包囲すると、遮蔽構造が簡単となる。

遮蔽体５０は、開口部から進入した放射線が、センサ１２６に到達しない構造となっている。第１筒材５２は、第２光路３６のその開口部５００から進入した放射線６０が、センサ１２６に到達しない構造となっている。例えば、図１の放射線６０は、第１筒材５２の筒の外周で反射、吸収などにより遮蔽され、第１筒材５２の内部に進入することができない。もし、第１筒材５２が短いと、放射線６０は、第１筒材５２の開口部５００から進入し、破線で示した直線上を直進し、センサ１２６の受光面に到達し、測定画像に放射線６０の偽像を発生する。そのため、第１筒材５２は、放射線６０が開口部５００から進入してセンサ１２６に到達しない長さ以上必要である。

このように、光路変更機器４２をセンサ１２６の受光面の前方に配置し、光路を曲げて、試料１００のパターンの画像を受光面に入射できるようにし、曲げられた光路の前後を遮蔽体５０で包囲することにより、簡単な小さな構造でもって、センサ１２６の前方から来る放射線を遮蔽することができる。また、遮蔽体５０は、センサ１２６に不要な外乱光が入射することを防ぐこともできる。又は、遮蔽体５０は、光路に生じる空気の流れも抑制し、気体密度の変化による屈折率変化が引き起こす画像の揺らぎをも除去することもできる。

図２は、センサ１２６周辺の遮蔽体５０を示している。遮蔽体５０は、センサ１２６の背面と側面と周辺を包囲する包囲材５６と、包囲材の開口部に接続され、センサ１２６の受光面に入る第３光路３８を包囲する接続突起５８とを備えている。第２筒体５３は、接続突起５８の外周に摺動、即ちスライドして嵌め込むことができる。これにより、第２筒体５３と包囲材５６は取り外し可能となる。このような構成を取ることにより、放射線がどの方向から来ても、センサ１２６を放射線から遮蔽することができる。

遮蔽体５０の材料は、放射線を遮蔽できる材料ならどのようなものでも良く、例えば、荷電粒子、電子線、ガンマ線などを遮蔽する鉛、タングステンなどの重金属を利用することができる。重金属は、比重が大きいので、大きな形状の遮蔽体５０とすることは、実際上不適当である。遮蔽体５０は、放射線を遮蔽する材料で、円筒状、断面が多角形の筒状など、光路の周囲を密閉して、放射線の進入を防止するものが良い。

（試料検査装置）
図３は、試料検査装置１０の内部構成を示す概念図である。試料検査装置１０は、マスクやウェハ等の基板を試料１００として、試料１００のパターンＡの欠陥を検査するものである。試料検査装置１０は、光学画像取得部１１０と制御系回路１５０とを備えている。光学画像取得部１１０は、オートローダ１１２、照明光を発生する照明装置１１４、ＸＹθテーブル１１６、ＸＹθモータ１１８、レーザ測長システム１２０、第１結像光学系１２２０、ミラー１２２２、第１結像光学系１２２４、遮蔽体５０、ピエゾ素子１２４、パターン画像を受光するフォトダイオードアレイなどのセンサ１２６、センサ回路１２８などを備えている。制御系回路１５０では、制御計算機となるＣＰＵ１５２が、データ伝送路となるバス１５４を介して、大容量記憶装置１５６、メモリ装置１５８、表示装置１６０、印字装置１６２、オートローダ制御回路１７０、テーブル制御回路１７２、オートフォーカス制御回路１７４、展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０、位置回路１８２などに接続されている。展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０、位置回路１８２は、図３に示すように、相互に接続されている。ＸＹθテーブル１１６は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータなどのＸＹθモータ１１８により駆動される。

なお、図１の画像採取装置２０は、図３の光学画像取得部１１０の一部であり、照明光を発生する照明装置１１４、ＸＹθテーブル１１６、ＸＹθモータ１１８、レーザ測長システム１２０、結像光学系１２２、ピエゾ素子１２４、パターン画像を受光するフォトダイオードアレイなどのセンサ１２６、センサ回路１２８などで構成することができる。光源３０と照明光学系３２は、照明装置１１４で構成される。結像光学系１２２は、第１結像光学系１２２０、ミラー１２２２、第１結像光学系１２２４などで構成される。図３では、本実施の形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。試料検査装置１０にとって、通常、必要なその他の構成が含まれる。

（光学画像取得部の動作）
試料１００は、オートローダ制御回路１７０により駆動されるオートローダ１１２から自動的に搬送され、ＸＹθテーブル１１６の上に配置される。試料１００は、照明装置１１４によって上方から光が照射される。試料１００の下方には、結像光学系１２２、センサ１２６及びセンサ回路１２８が配置されている。露光用マスクなどの試料１００を透過した光又は反射した光は、結像光学系１２２を介して、センサ１２６に光学像として結像する。オートフォーカス制御回路１７４は、試料１００のたわみやＸＹθテーブル１１６のＺ軸（Ｘ軸とＹ軸と直交する）方向への変動を吸収するため、ピエゾ素子１２４を制御して、試料１００への焦点合わせを行なう。

ＸＹθテーブル１１６は、ＣＰＵ１５２の制御の下にテーブル制御回路１７２により駆動される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータ１１８の様な駆動系によって移動可能となる。これらのＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１１６の移動位置は、レーザ測長システム１２０により測定され、位置回路１８２に供給される。センサ１２６で受光した光学像は、センサ回路１２８で測定画像の電子データとなる。センサ回路１２８から出力された試料１００の光学画像は、位置回路１８２から出力されたＸＹθテーブル１１６上における試料１００の位置を示すデータとともに比較回路１８０に送られる。参照画像も比較回路１８０に送られる。

なお、ＸＹθテーブル１１６上の試料１００は、オートローダ制御回路１７０により検査終了後に自動的に排出される。なお、光学画像の測定画像は、例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。

（参照画像の生成）
試料１００のパターン形成時に用いた設計データ２０は、大容量記憶装置１５６に記憶される。設計データ２０は、ＣＰＵ１５２によって大容量記憶装置１５６から展開回路１７６に入力される。設計データの展開工程として、展開回路１７６は、試料１００の設計データを２値ないしは多値の原イメージデータに変換して、この原イメージデータを参照回路１７８に送付する。参照回路１７８は、原イメージデータに適切なフィルタ処理を施し、測定画像に類似する参照画像を生成する。センサ回路１２８から得られた測定画像は、結像光学系１２２の解像特性やセンサ１２６のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態にあると言える。この状態では測定画像と参照画像の特性に差異があるので、設計データ側の原イメージデータにも参照回路１７８によりフィルタ処理を施し、測定画像に合わせる。

（測定画像の取得）
図４は、測定画像の取得手順を説明するための図である。試料１００の被検査領域は、Ｙ軸方向にスキャン幅Ｗで仮想的に分割される。即ち、被検査領域は、スキャン幅Ｗの短冊状の複数のストライプ１０２に仮想的に分割される。更に、その分割された各ストライプ１０２が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１１６が制御される。ＸＹθテーブル１１６は、Ｘ軸に沿って移動して、測定画像は、ストライプ１０２として取得される。ストライプ１０２は、図４では、Ｙ軸方向のスキャン幅Ｗを持ち、長手方向がＸ軸方向の長さを有する矩形の形状である。試料１００を透過した光、又は試料１００で反射した光は、結像光学系１２２を介してセンサ１２６に入射する。センサ１２６上には、図４に示されるような仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大された光学像として結像される。図４に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に受光する。センサ１２６は、第１のストライプ１０２における画像を取得した後、第２のストライプ１０２における画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。スキャン幅Ｗは、例えば２０４８画素程度とする。第３のストライプ１０２における画像を取得する場合には、第２のストライプ１０２における画像を取得する方向とは逆方向、即ち、第１のストライプ１０２における画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。これらの実施の形態に示すように、センサに入射した宇宙線などの放射線を遮蔽して、測定画像で発生する偽像を抑制し、検出感度の高い検査を行うことができる。例えば、ＤＵＶレーザ光を照射してマスク上に形成されるパターン画像を採取するセンサにおいて、センサ面への宇宙線その他の荷電粒子線入射による画像ノイズ発生を生じないパターン検査を実現することができる。

以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」、「〜ステップ」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。又は、これらの組み合わせで実現しても良い。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。

本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。各実施の形態では、ＸＹθテーブル１１６が移動することで検査位置が走査されているが、ＸＹθテーブル１１６を固定し、その他の光学系が移動するように構成しても構わない。すなわち、相対移動すればよい。また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略してあるが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態における画像採取装置を説明する説明図である。 センサを包囲する遮蔽体を説明する説明図である。 実施の形態における試料検査装置を説明するためのブロックである。 測定画像の取得手順を説明するための図である。

符号の説明

１０・・・試料検査装置
２０・・・画像採取装置
３０・・・光源
３２・・・照明光学系
３４・・・第１光路
３６・・・第２光路
３８・・・第３光路
４０・・・第１光路変更機器
４２・・・第２光路変更機器
５０・・・遮蔽体
５２・・・第１筒材
５４・・・第２筒材
５６・・・包囲体
５８・・・接続突起
６０・・・放射線
１００・・試料
１０２・・ストライプ
１１０・・光学画像取得部
１１２・・オートローダ
１１４・・照明装置
１１６・・ＸＹθテーブル
１１８・・ＸＹθモータ
１２０・・レーザ測長システム
１２２・・結像光学系
１２２０・第１結像光学系
１２２２・ミラー
１２２４・第２結像光学系
１２４・・ピエゾ素子
１２６・・センサ
１２８・・センサ回路
１５０・・制御系回路
１５２・・ＣＰＵ
１５４・・バス
１５６・・大容量記憶装置
１５８・・メモリ装置
１６０・・表示装置
１６２・・印字装置
１７０・・オートローダ制御回路
１７２・・テーブル制御回路
１７４・・オートフォーカス制御回路
１７６・・展開回路
１７８・・参照回路
１８０・・比較回路
１８２・・位置回路

Claims (4)

1. パターンを有する試料に照射する光源と、
   光源から試料に照射した光を受光して、パターン画像を採取するセンサと、
   センサ前方に配置され、光路を曲げる光路変更体と、
   光路を包囲し、センサに入射する放射線を遮蔽する遮蔽体と、を備える、画像採取装置。
2. 請求項１に記載の画像採取装置において、
   遮蔽体は、センサ前方の光路と、光路変更体と、光路変更体に入射する少なくとも一部の光路を包囲する、画像採取装置。
3. 請求項１に記載の画像採取装置において、
   遮蔽体は、光路内の気体の流れを抑制する、画像採取装置。
4. パターンを有する試料に照射する光源と、
   試料に照射した光を受信して、測定画像を採取するセンサと、
   センサ前方に配置され、光路を曲げる光路変更体と、
   光路を包囲し、センサに入射する放射線を遮蔽する遮蔽体と、
   測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備える、試料検査装置。

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