JP2009264739A - 光学式外観検査装置及び光学式外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度を維持又は向上させつつ、十分な焦点深度を確保することのできる光学式外観検査装置及び光学式外観検査方法を提供する。
【解決手段】被検査体９に検査光４を照射する検査光照射部と、該検査光照射部から照射された検査光４に対して被検査体９を位置決めする位置決め部８と、被検査体９に反射した検査光４の反射光と被検査体９を透過した検査光４の透過光とのうち少なくとも一方を受光する受光部と、該受光部で受光した前記反射光と前記透過光とのうち少なくとも一方に基づいて画像処理を行う画像処理部とを備えた光学式外観検査装置において、内部に被検査体９を収容すると共に液体Ｗが充填されて、被検査体９に向かう検査光４を屈折させる液浸収容部ａ５を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、微細構造を有するマスク原盤等、特に、液晶や半導体集積回路等の回路を転写する際に用いられるレクチルに付着した異物や製造上の欠陥を検査するのに好適な光学式外観検査装置及び光学式外観検査方法に関するものである。

近年、半導体素子の高集積化が進んでおり、半導体素子の回路原版となるレクチルの回路パターンも微細化が進んでいる。これに伴って、レクチルに付着した異物や製造上の欠陥を検査する光学式の検査装置も高解像度（高分解能）のものが必要となっている。

従来の技術では、一般に光学式の検査装置の解像度（分解能）が、検査光の光源の波長数に反比例すると共に被検査対象に最も近接する対物レンズの開口数（以下、ＮＡ）に比例して向上することから、光源を短波長化したり、開口数を大きくしたりして高解像度化を図っていた。例えば、下記特許文献１に開示される高精度パターンの外観検査装置では、光源の波長を比較的短波長である３６３．８ｎｍとしたＵＶ光を用いて高解像度化を図り、欠陥検出の精度を向上させている。
特開平１０−１８５５３１号公報

ところで、上記特許文献１のように光源を短波長化するよりも、対物レンズを高ＮＡ化するほうが比較的に簡単であるが、高ＮＡ化したものでは焦点深度が小さくなる。例えば、ＮＡが０．８を超えると焦点深度は０．１μｍ〜０．３μｍと非常に小さくなってしまい、合焦点（ピント）位置を制御することが大変難しくなってしまうという問題があった。そして、このように高ＮＡ化した検査装置によってレチクルの検査を行うと、焦点制御に誤差が発生し、異物や欠陥を正常に検出できないという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高解像度を維持又は向上させつつ、十分な焦点深度を確保することのできる光学式外観検査装置及び光学式外観検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
光学式外観検査装置に係る第一の解決手段として、被検査体に検査光を照射する検査光照射部と、該検査光照射部から照射された前記検査光に対して前記被検査体を位置決めする位置決め部と、前記被検査体に反射した前記検査光の反射光と前記被検査体を透過した前記検査光の透過光とのうち少なくとも一方を受光する受光部と、該受光部で受光した前記反射光と前記透過光とのうち少なくとも一方に基づいて画像処理を行う画像処理部とを備えた光学式外観検査装置において、内部に前記被検査体を収容すると共に液体が充填されて、前記被検査体に向かう検査光を屈折させる液浸収容部を備える、という手段を採用する。
これにより、被検査体に向かう検査光が液体で屈折して被検査体に照射される。

また、光学式外観検査装置に係る第二の解決手段として、上記光学式外観検査装置に係る第一の解決手段において、前記液浸収容部は、前記検査光を入光させる透明窓を備える、という手段を採用する。
これにより、透明窓から検査光を取り込んで被検査体に検査光を照射することができる。

また、光学式外観検査装置に係る第三の解決手段として、上記光学式外観検査装置に係る第一又は第二の解決手段において、前記液浸収容部は、脱着可能な容器である、という手段を採用する。
これにより、液浸収容部を検査光照射部や位置決め部から別離することができる。

また、光学式外観検査装置に係る第四の解決手段として、上記光学式外観検査装置に係る第一から第三のうちいずれかの解決手段において、内部に液体が充填されると共に前記検査光照射部と前記液浸照射部との間に配されて、前記液浸収容部に入射する前記検査光を予備的に屈折させる液体充填部を備える、という手段を採用する。
これにより、被検査体に向かう検査光が複数回屈折する。

また、光学式外観検査方法に係る第一の解決手段として、予め被検査体を液体中に配置し、前記液体の液面から前記液体中の前記被検査体に検査光を照射して、前記被検査体に反射した前記検査光の反射光と前記被検査体を透過した前記検査光の透過光とのうち少なくとも一方を受光した後に、受光した前記反射光と前記透過光とのうち少なくとも一方に基づき画像処理を行って、前記被検査体の外観を検査する、という手段を採用する。

本発明によれば、被検査体に向かう検査光が液体で屈折して被検査体に照射されるので、空気の屈折率を１として液体の屈折率をｎとすると、入射光と光軸とがなす入射角が一定の場合にＮＡがｎ倍となり解像度を１／ｎに改善し、また、解像度を一定とした場合に入射角が１／ｎとなり焦点深度がｎ倍となる。従って、解像度を維持又は向上させつつ、十分な焦点深度を確保することが可能となる。

また、液浸収容部が、前記検査光を入光させる透明窓を備えるものでは、透明窓から検査光を取り込んで被検査体に検査光を照射するので、検査光照射部に液体を接触させないで液浸収容部を構成することができ、検査光照射部の汚染を防止することが可能となる。

また、液浸収容部が脱着可能な容器であるものでは、液浸収容部を検査光照射部や位置決め部から別離することができるので、液体に流れが生じず屈折率の乱れを防ぐことができると共に装置構成を簡素なものとし、同時に、メンテナンス性を向上させることができる。

また、液体充填部を備えるものでは、被検査体に向かう検査光が複数回屈折するので、液浸収容部とは異なる屈折率の液体を液体充填部に充填して液体レンズ設計の自由度を向上させることができると共に検査光照射部の汚染を防止することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るレチクル検査装置（光学式外観検査装置）Ａの概略構成図である。図１に示すように、レチクル検査装置Ａは、検査光照射部ａ１と、位置決め部ａ２と、受光部ａ３と、画像検査部ａ４と、液浸収容部ａ５とを備えている。

検査光照射部ａ１は、検査光をレチクル（被検査体）に照射するものであり、レーザ発振器１と、スキャン光学系３と、伝播光学系５と、対物レンズ７とから概略構成されている。
レーザ発振器１は、レーザ光２の光源であり、解像度向上のために例えば波長２６６ｎｍの遠紫外光が用いられる。
スキャン光学系３は、レーザ発振器１から射出されたレーザ光２を走査するものであり、例えば、音響光学素子（ＡＯＤ）やガルバノミラー、ポリゴンミラーなどが用いられる。
伝播光学系５は、スキャン光学系３が走査した走査光（検査光）４を伝搬するものであり、本実施形態においては、遠紫外光を透過するのに最適な合成石英製のレンズを用いている。
対物レンズ７は、伝播光学系５を介した走査光４をより小さいスポットに集光するためのものであり、本実施形態においてはＮＡ０．８のものを用いている。なお、対物レンズ７は、走査光４を十分に集光するためにＮＡ０．８以上のものを用いるのが良い。

位置決め部ａ２は、検査光照射部ａ１から照射された走査光４に対してレチクル９を位置決めするものであり、具体的にはステージ８からなる。このステージ８は、対物レンズ７に対してレチクル９を移動させてレチクル９の所定の部位にレーザ光が照射されるようになっている。

受光部ａ３は、ハーフミラー６と、コレクターレンズ１０と、第一光電変換素子１１と、第二光電変換素子１３とから概略構成されている。
ハーフミラー６は、伝播光学系５と対物レンズ７との間に配されて、検査光照射部ａ１から照射された走査光４のうちレチクル９に反射された走査反射光４ｂを取り出すものである。なお、ハーフミラー６の代わりに、偏光ビームスプリッターを用いてもよいが、この場合は直線偏光のレーザ光を波長板等で偏光操作して分離効率を上げる構成が好ましい。

コレクターレンズ１０は、レチクル９を透過した走査透過光４ａを集めるものであり、対物レンズ７と同様に高ＮＡのものを用いている。
第一光電変換素子１１と第二光電変換素子１３は、それぞれ走査透過光４ａと走査反射光４ｂとに係る光強度を検出し、この光強度に応じた電気信号１１´，１３´を画像検査部ａ４に供給するものである。第一光電変換素子１１と第二光電変換素子１３は微弱光を検出可能で応答性が速いものが好ましく、例えば、フォトダイオードなどが用いられる。
このように、レチクル検査装置Ａは、検査光照射部ａ１と位置決め部ａ２と受光部ａ３とから構成されるスキャナ光学系２０を備えている。

画像検査部ａ４は、受光部ａ３から供給される電気信号１１´，１３´を画像処理し、回路パターン電子データと比較する画像処理装置（画像処理部）１４と、回路パターン電子データ１５´を蓄えて、これを画像処理装置１４に供給するデータベース１５と、検査結果の表示及び各種操作を行うユーザーインターフェース１６とから構成されている。

図２は、液浸収容部ａ５及びその周辺を示した図である。
液浸収容部ａ５は、内部がレチクル９の収容空間１００Ｓとなったカセット状の液浸カセット１００と、収容空間１００Ｓに封入された真水Ｗとからなる。すなわち、レチクル９は、真水Ｗに浸された状態で液浸カセット１００に固定収容されている。

液浸カセット１００は、走査光４を透過するウインドウ１０１を備えており、検査光照射部ａ１から照射された走査光４を液浸カセット１００の収容空間１００Ｓに入光させることが可能となっている。
この液浸カセット１００は、検査光照射部ａ１や位置決め部ａ２から独立しており、ステージ８から脱着することができるようになっている。そして、図２に示すように、液浸カセット１００がステージ８に位置決めされることで、レチクル９がレーザ光２に対して同時に位置決めされるようになっている。

続いて、上記構成を有するレチクル検査装置Ａの動作について、図１から図２を参照して説明する。以下の説明では、レチクル検査装置Ａの概略的な動作を説明した後に、レチクル検査装置Ａの特徴的な部分について詳述する。

まず、レチクル検査装置Ａの概略的な動作について説明する。
図１に示すように、レーザ発振器１により射出されたレーザ光２は、スキャン光学系３に走査されて走査光４となる。この走査光４は、伝播光学系５によって所望のビーム径、走査幅に変換されて、ハーフミラー（もしくは偏光ビームスプリッター）６を透過する。その後、対物レンズ７によって液浸カセット１００に内蔵されたレチクル９上に集光かつ走査される。

レチクル９を透過した走査透過光４ａは、コレクターレンズ１０で集光されて第一光電変換素子１１に入射する。この第一光電変換素子１１は、入射した走査透過光４ａの光強度に応じて電気信号１１´を画像処理装置１４に供給する。一方、走査反射光４ｂは、ハーフミラー６で分離されて、第一光電変換素子１１と同様に第二光電変換素子１３で処理されて電気信号１３´を画像処理装置１４に供給する。

画像処理装置１４は、供給された電気信号１１´，１３´を画像処理して検査画像とした上でこの検査画像のレチクル９の回路パターンと、データベース１５から送られた回路パターンデータ１５´とを比較して欠陥の検出を行う（Ｄｉｅ−ＤＢ検査）。なお、実画像同士を比較した検査（Ｄｉｅ−Ｄｉｅ検査）も可能である。

次に、レチクル検査装置Ａの特徴的な部分について説明する。図３は、従来のレチクル検査装置Ｂにおけるレチクル９及びその周辺の示した図である。
従来では、図３に示すように、対物レンズ７によって角度θで集光された走査光４が空気中に保持されたレチクル９に照射されていた。これに対し、レチクル検査装置Ａでは、図２に示すように、レチクル９は液浸カセット１００によって液浸されているため、対物レンズ７によって同じ角度θで集光された走査光４が屈折して角度θ‘（＜θ）でレチクル９に照射される。

一般に、対物レンズのＮＡと媒質の屈折率ｎとの関係は、次の関係式（１）で表される。
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ…（１）
ここで、関係式（１）におけるθは、入射光（走査光）が光軸Ｐとなす角度である。
また、解像度εと対物レンズのＮＡと検査光の波長λとの関係は、次の関係式（２）で表される。
ε＝ｋ×λ／ＮＡ…（２）
ここで、関係式（２）におけるｋは、光学系によって決まる定数である。

上記関係式（１）より、角度θが一定の場合には、媒質の屈折率ｎが空気の屈折率ｎ＝１より大きくなるとＮＡがｎ倍となり、上記関係式（２）により、波長λが一定の場合には、ＮＡが大きくなると解像度εが向上する（より小さいものが見える。）。つまり、関係式（２）より、解像度εが１／ｎ倍に改善する。
また、上記関係式（１）より、ＮＡが一定の場合には、屈折率ｎが大きくなると角度θは約１／ｎに小さくなり、上記関係式（２）により、波長λ及び解像度εが一定の場合には、ＮＡが一定となる。つまり、角度θが１／ｎに小さくなると焦点深度はｎ倍大きくなる。
このように、液浸を用いれば高解像度を維持して焦点深度拡大の効果が得られる。

すなわち、図２に示すように、レチクル検査装置Ａでは、対物レンズ７とウインドウ１０１との間は空気となっており（ｎ＝１）、ウインドウ１０１とレチクル９との間は水（ｎ＞１）となっており、全反射の臨界角によってＮＡ＜１の上限は従来の完全空気中（図３参照）と変わらないため解像度εは変わらない。つまり、レチクル検査装置Ａでは、焦点深度を拡大することができる。なお、ウインドウ１０１を考慮しても、ウインドウ１０１の屈折率は真水Ｗと同様にｎ＞１なので同様の結果となる。

また、レチクル９のみを液浸カセット１００に封入してステージ８から脱着可能な構造としているため、新たに液浸専用の装置システムを構築する必要がなく、ウインドウ１０１以降の液浸部分で生じる光学収差のみ補正する光学系を準備すれば既存装置を容易に液浸対応とすることができる。
また、液浸カセット１００は、レチクル検査装置Ａから取り外してメンテナンスができるので、運用性・保守性も向上する。
さらに、スキャナ方式のようにステージ８が絶えず動いて撮像しても、真水Ｗに流れが生じないので、屈折率の乱れを防止して光学特性が変化、解像度の悪化、画像ムラが発生することを防止することができる。
また、対物レンズ７と真水Ｗが接触しないので対物レンズ７が汚染されることを防止することができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
図４は、レチクル検査装置Ａの変形例Ａ´を示した図である。なお、レチクル検査装置Ａと同様の構成のものは、同一の符号を付している。
図４に示すように、変形例Ａ´は、対物レンズ７とウインドウ１０１との間に液体媒質で満たした液体充填部２００を設け、その内部に対物レンズ７を配置している。この場合は、ウインドウ１０１で液体媒質が二分割されているため、対物レンズ７の汚染回避や二つの液体を異なる屈折率とする設計が可能となって、レンズ設計に自由度が生まれる利点を有する。但し、対物レンズ７を含めた装置全体を液浸対応とする必要がある。

また、上述した実施の形態では、レチクルの異物・製造上の欠陥検査するためのレチクル検査装置に本発明を適用したが、その他にも、微細な構造を有するＭＥＭＳ部品、電子デバイス等の光学式検査装置に適用してもよい。
また、上述した実施の形態では、液浸収容部ａ５に封入した液体に真水Ｗを用いたが他の液体を用いてもよい。
また、上述した実施の形態では、ステージ８を絶えず動く構成のものとしたが、ステッパのようにステップ送り方式としてもよい。
また、上述した実施の形態では、受光部ａ３を第一光電変換素子１１と第二光電変換素子１３とを用いて構成したが、一方のみで構成してもよい。すなわち、製造上の欠陥のみを検査する場合には走査反射光４ｂのみから検査画像を取得すればよいことが多く、また、異物の付着を検査する場合には、走査透過光４ａからのみ検査画像を取得すればよいことが多いからである。

本発明の実施の形態に係るレチクル検査装置Ａの概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る液浸収容部ａ５及びその周辺を示した図である。 従来のレチクル検査装置Ｂにおけるレチクル９及びその周辺を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレチクル検査装置Ａの変形例Ａ´を示した図である。

符号の説明

４…走査光（検査光）
４ａ…走査透過光（透過光）
４ｂ…走査反射光（反射光）
９…レチクル（被検査体）
１４…画像処理装置（画像処理部）
１００…液浸カセット（容器）
１０１…ウインドウ（透明窓）
２００…液体充填部
Ａ…レチクル検査装置（光学式外観検査装置）
ａ１…検査光照射部
ａ２…位置決め部
ａ３…受光部
ａ５…液浸収容部
Ｗ…真水（液体）

Claims (5)

1. 被検査体に検査光を照射する検査光照射部と、
   該検査光照射部から照射された前記検査光に対して前記被検査体を位置決めする位置決め部と、
   前記被検査体に反射した前記検査光の反射光と前記被検査体を透過した前記検査光の透過光とのうち少なくとも一方を受光する受光部と、
   該受光部で受光した前記反射光と前記透過光とのうち少なくとも一方に基づいて画像処理を行う画像処理部とを備えた光学式外観検査装置において、
   内部に前記被検査体を収容すると共に液体が充填されて、前記被検査体に向かう検査光を屈折させる液浸収容部を備えることを特徴とする光学式外観検査装置。
2. 前記液浸収容部は、前記検査光を入光させる透明窓を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学式外観検査装置。
3. 前記液浸収容部は、脱着可能な容器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式外観検査装置。
4. 内部に液体が充填されると共に前記検査光照射部と前記液浸照射部との間に配されて、前記液浸収容部に入射する前記検査光を予備的に屈折させる液体充填部を備えることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の光学式外観検査装置。
5. 予め被検査体を液体中に配置し、前記液体の液面から前記液体中の前記被検査体に検査光を照射して、前記被検査体に反射した前記検査光の反射光と前記被検査体を透過した前記検査光の透過光とのうち少なくとも一方を受光した後に、受光した前記反射光と前記透過光とのうち少なくとも一方に基づき画像処理を行って、前記被検査体の外観を検査することを特徴とする光学式外観検査方法。

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