JP2014020950A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ数の増大を招くことなく、連続的な倍率調整を行うことができ、且つ倍率変更に伴う検査誤差の発生を抑制する。
【解決手段】被検査試料のパターンの欠陥を検査するパターン検査装置であって、被検査試料１１を透過又は反射した光を結像する複数のレンズ群を備えた結像光学系１５と、結像光学系１５により結像される画像を撮像する撮像センサ１６と、複数のレンズ群の一部と撮像センサ１６を光軸方向に移動する移動機構３１，３２と、移動機構３１，３２による移動位置を制御して撮像倍率を変更する倍率制御回路２５と、変更された倍率に応じて検査画像及び設計データから得られた参照画像の一方を補正する画像補正回路２６と、補正された画像と検査画像及び参照画像の他方とを比較してパターンの欠陥検査を行う検査部２４と、を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、被検査試料のパターンの欠陥を光学的に検査するパターン検査装置に関する。

フォトマスク等のように微細パターンが形成されている被検査試料のパターン欠陥を検査するパターン検査装置においては、撮像センサを用いてパターンの画像を取得する。このとき、取得画像の画素分解能を細かくするほど検査精度が向上する。一方で、画素分解能を細かくすると、取得データ量が多くなり、検査時間が増大してしまう。このため、検査の精度に応じて画素分解能を最適化し、検査時間を必要最低限に抑えることを目的として、光学倍率をステップ的に切り替えることが行われている。

しかしながら、光学倍率をステップ的に切り替える方法では、離散的な倍率設定しか行うことができない。また、倍率設定を細かくするためには切り替え可能な倍率の数だけレンズを用意し、必要な倍率に応じてレンズを取り替える必要がある。このため、レンズ数の増大に伴うコストアップが避けられない。さらに、倍率変更に伴う画像の特性変化はす検査誤差発生の要因となる。

特許第２７９４７６４号公報 特開２００８−２６２１２号公報

発明が解決しようとする課題は、検査画像取得のためのレンズ数の増加を招くことなく、連続的な倍率調整を行うことができ、且つ倍率変更に伴う検査誤差の発生を抑制し得るパターン検査装置を提供することである。

実施形態のパターン検査装置は、被検査試料を照明する照明光学系と、前記照明により前記被検査試料を透過又は反射した光を結像する複数のレンズ群を備えた結像光学系と、前記結像光学系により結像された光学像を撮像するための撮像センサと、前記複数のレンズ群の一部を光軸方向に移動するレンズ移動機構と、前記撮像センサを光軸方向に移動するセンサ移動機構と、前記レンズ移動機構と前記センサ移動機構による各移動位置を制御して撮像倍率を変更する倍率制御回路と、前記倍率制御回路により変更された倍率に応じて、前記撮像センサで得られた検査画像及び設計データから得られた参照画像の一方を補正する画像補正回路と、前記画像補正回路によって補正された一方の画像と前記検査画像及び参照画像の他方とを比較してパターンの欠陥検査を行う検査部と、を具備した。

第１の実施形態に係わるパターン検査装置の概略構成を示す図。 フォトマスク上に設定された検査ストライプを説明するための模式図。 図１のパターン検査装置に用いた結像光学系の具体的構成を示す図。 画像補正を説明するための模式図。 第２の実施形態に係わるパターン検査装置の概略構成を示す図。

以下、実施形態のパターン検査装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わるフォトマスクのパターン検査装置を示す概略構成図である。

この装置では、フォトマスク１１に形成されたパターンの存在する被検査領域５１が、図２に示されるような幅Ｗの短冊状の検査ストライプ５２に仮想的に分割され、更にその分割された検査ストライプ５２が連続的に走査されるように、ＸＹθテーブル１２の動作が制御されて検査が実行されることを前提としている。

フォトマスク１１は、水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１２上に載置され、フォトマスク１１に形成されたパターンには、ＤＵＶ（紫外光）レーザ等の光源１３及び照明光学系１４によって光が照射される。フォトマスク１１を透過した光は結像光学系１５を介して、フォトダイオードアレイ（撮像センサ）１６に入射する。そして、フォトダイオードアレイ１６上には、図２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、結像光学系１５により拡大された光学像として結像される。フォトダイオードアレイ１６としては、ラインセンサやＣＣＤ撮像素子等を用いることができる。

フォトダイオードアレイ１６上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１６によって光電変換され、更にセンサ回路１７で画像処理することにより検査画像が得られる。この検査画像は比較回路２４により設計データから得られる参照画像と比較される。即ち、ダイ・ツー・データベース方式の検査が行われるようになっている。

ＸＹθテーブル１２は、ホスト計算機２０の制御の下にステージ制御回路２１により駆動される。また、テーブル１２上のフォトマスク１１は、図示しないオートローダから搬送されるものとなっている。

一方、フォトマスク１１のパターン形成時に用いた設計データは、磁気ディスクや半導体メモリからなるデータメモリ２２からホスト計算機２０を通して参照データ生成回路２３に読み出される。参照データ生成回路２３では、読み出された設計データが２値ないしは多値のイメージデータ（参照画像）に変換され、このイメージデータが比較回路２４に送られる。

そして、比較回路２４は、測定パターンデータ（検査画像）と設計イメージデータ（参照画像）とを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には欠陥有りと判定している。

ここまでの基本構成は従来装置と同様であるが、本実施形態ではこれに加え、結像光学系１５のレンズ群及びフォトダイオードアレイ１６を光軸方向に移動して倍率を制御するための倍率制御回路２５と、検査画像を補正するための画像補正回路２６と、を備えている。そして、画像補正回路２６により補正された検査画像と参照画像とを比較回路２４により比較照合することによって、パターン欠陥検査を行うものとなっている。

図３は、結像光学系１５及び画像補正に関する回路をより具体的に示す図である。結像光学系１５は、拡大光学系を構成するように光軸方向に沿って離間配置された複数のレンズ群１５１〜１５４で構成されている。そして、レンズ群１５１〜１５４の一部とフォトダイオードアレイ１６は、倍率制御回路２５により光軸方向に移動可能となっている。即ち、レンズ群１５３はステッピングモータステージ３１に接続され、フォトダイオードアレイ１６はステッピングモータステージ３２に接続されており、倍率制御回路２５によりステッピングモータステージ３１，３２を駆動することにより、レンズ群１５３とフォトダイオードアレイ１６を光軸方向に移動可能となっている。そして、センサ回路１７で得られた検査画像は画像補正回路２６に供給され、この回路２６で補正された画像が比較回路２４に供給されるものとなっている。

なお、倍率変更のために移動させるレンズ群は必ずしもレンズ群１５３の１つに限るものではなく、複数のレンズ群を移動するようにしても良い。

次に、上記構成された本装置の作用について説明する。

フォトマスクのパターン検査においては、検査時間を短くするために、検査に要求される精度に応じて画素分解能を切り替える必要があり、このために結像光学系１５の倍率を切り替える必要がある。本実施形態では、結像光学系１５の倍率を変えるために、レンズ群１５３を移動させるようにしている。即ち、複数のレンズを取り替えるのではなく、レンズの一部を移動させることにより倍率を変更するようにしている。

また、上記で設定された倍率に応じて、照明光学系１４による光量の変更を行う。これにより、常にフォトダイオードアレイ１６に適した光量で撮像を行うことができる。光量の変更を行うには、フィルターや偏光板を用いて透過光量を制御しても良いし、光源１３自体の光量を調整するようにしても良い。

レンズ群１５３の移動により結像光学系１５の倍率が変わると共に、フォーカス位置も変わる。このため、フォーカス位置に合うようにフォトダイオードアレイ１６も移動させる。また、レンズ群１５３を移動した場合は、レンズの収差悪化やレンズの偏芯の影響で、検査画像の歪み、又は座標の移動等の変位が生じる場合もある。また、フォトダイオードアレイを移動した場合は移動機構のローリングの影響により撮像画像の回転が生じる場合がある。このような倍率変更に伴う誤差があると、検査画像を参照画像と比較しても正確な検査は行えない。

そこで本実施形態では、倍率制御回路２５によりレンズ群１５３及びフォトダイオードアレイ１６を移動して倍率を設定した状態で検査画像を得た後に、画像補正回路２６により検査画像に対して補正処理を施す。

画像補正回路２６では、図４に示すように、撮像して得られる検査画像４１から、レンズ群１５３及びフォトダイオードアレイ１６の移動に伴う撮像画像の歪み、回転、及び座標の移動等の少なくとも一つの補正を行うことにより、倍率変更に伴う変位量をキャンセルした補正画像４２を得る。

ここで、レンズ群１５３及びフォトダイオードアレイ１６の移動量、即ち結像光学系１５の倍率と検査画像の変位量（歪み、回転、及び座標の移動）との関係は一定であるため、これを予め測定して補正テーブル２７に記憶しておく。そして、実際の検査の際に設定した倍率に対応するテーブルを参照して補正量を決めればよい。

具体的には、例えば、補正量検出用の試料にＸ方向のライン／スペースの基準パターンとＹ方向のライン／スペースの基準パターンとを設けておき、補正量検出用の試料をテーブル１２上にセットし、基準パターンをフォトダイオードアレイ１６で撮像し、センサ回路１７で検査画像を得る。得られた検査画像（基準パターン画像）を本来あるべき基準パターン画像と比較することにより、各画素における画像のずれ量Δｘ，Δｙを求めることができ、Δｘ，Δｙからラインの歪みや回転を測定することができる。さらに、座標の移動を測定することができる。即ち、基準パターン画像の誤差量（変位量）を測定することができる。

倍率制御回路２５により結像光学系１５の拡大倍率を種々変え、複数の倍率において基準パターンを撮像し、得られた基準パターン画像から変位（歪み、回転、及び座標の移動）を測定する。そして、複数の倍率と変位量との関係を予めテーブル化し、補正テーブル２７に記憶しておく。そして、フォトマスクの検査の際には、用いた倍率に対応するテーブル２７を参照して補正を行えばよい。

なお、ライン／スペースの基準パターンは、補正量検出用の試料に限らず、テーブル１２上に設けておくようにしても良い。

このように、予め基準パターンを用いた測定により補正テーブル２７を用意しておくことにより、倍率変更に伴って検査画像４１に歪み、回転、及び座標の移動があった場合でも、これらの変位量を画像補正回路２６により補正することができる。画像補正回路２６で補正された検査画像は比較回路２４において、設計データから得られる参照画像と比較される。このとき、検査画像には倍率変更に伴う変位が補正されているので、検査画像と参照画像との比較検査を高精度に行うことができる。

即ち、比較的大きいパターンで高い精度を要しないパターンに対しては、レンズ群１５３及びフォトダイオードアレイ１６の移動により撮像倍率を低めに設定し、この状態で検査画像の取得、画像補正、検査を行うことにより、短時間で処理することが可能となる。高い精度を要するパターンに対しては、レンズ群１５３及びフォトダイオードアレイ１６の移動により撮像倍率を高めに設定し、この状態で検査画像の取得、画像補正、検査を行うことにより、高精度の検査を行うことが可能となる。何れの場合においても、倍率変更に伴う検査画像の変位を画像補正回路２６で補正することにより、正確な検査が可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、結像光学系１５のレンズ群の一部１５３及びフォトダイオードアレイ１６を光軸方向に移動させて倍率を変更すると共に、レンズ群１５３及びフォトダイオードアレイ１６の移動に伴う撮像画像の歪み、回転、及び座標移動の補正を行う画像補正回路２６を設けたことにより、連続的な倍率調整を行うことができ、且つ倍率変更に伴う検査誤差の発生を抑制することができる。従って、コストアップを招くことなく、画素分解能を最適化したパターン欠陥検査を行うことが可能となる。

また、レンズ群１５３の移動のみで倍率を調整する場合、収差等の影響で、所望倍率に設定したときにレンズの性能を十分に発揮できない場合がある。これに対して本実施形態では、レンズ群１５３と共にフォトダイオードアレイ１６も移動させることにより、レンズの性能を十分に発揮させることが可能となる。

結像光学系１５の倍率と検査時間との間には一定の関係がある。従って、指定された検査時間に応じて倍率制御回路２５による倍率を設定することにより、指定された検査時間内で最高の画素分解能で検査を行うことができる。これは、結像光学系１５の倍率を簡易に変更できる機能を有するために初めて可能になることである。

また、指定された検査精度を達成するのに必要な最低の画素分解能で検査を行うことにより、検査時間を最小化することができる。これは、結像光学系１５の倍率を簡易に変更できる機能を有するために初めて可能になることである。

フォトマスク１１においては、厳密な精度が必要な領域と差ほどの精度が要らない領域とが混在する。本実施形態では、倍率を可変することが容易であることから、フォトマスク１１の領域毎に必要な画素分解能に応じて倍率を可変することにより、トータルの検査時間を短縮することが可能となる。

なお、実施形態では、結像光学系１５の倍率と検査画像の歪み、回転、及び座標移動との関係を予め測定してテーブル化したが、このテーブル化は必ずしも必要ない。

実際の検査に際し、フォトマスク１１を補正量検出用の試料に取り替え、現在設定されている倍率で基準パターンを撮像し、得られた基準パターン画像から、該画像の歪み、回転、及び座標移動の誤差量（変位量）を算出する。そして、算出した誤差量に基づいて、検査画像の歪み、回転、及び座標移動の補正を行う。これによっても、検査画像の変位を補正することができる。

この場合、基準パターンは補正量検出用の試料に形成しておくのではなく、テーブル１２上に形成しておくのが望ましい。基準パターンをテーブル１２上に形成しておけば、被検査試料であるフォトマスク１１を補正量検出用の試料に取り替えることなく、画像の変位量を算出できるからである。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係わるフォトマスクのパターン検査装置を示す概略構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

本実施形態が先に説明した実施形態と異なる点は、検査画像を補正する代わりに参照画像を補正することにある。即ち、センサ回路１７で得られる検査画像は比較回路２４に直接供給される。一方、参照データ生成回路２３により生成された参照画像は画像補正回路２６に供給され、結像光学系１５の設定倍率に応じて補正される。この場合の補正処理は、検査画像の補正と実質的に同様である。画像補正回路２６で設定倍率による補正を行うことにより、参照データを検査データに近いものに補正することができる。

比較回路２４では、補正された参照画像と検査画像とを比較することにより、パターン欠陥を検査することができる。そしてこの場合、検査画像にずれがあったとしても、参照画像に同じずれを持たせることになるため、結果として倍率変更に伴う変位をキャンセルすることができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

また、参照画像の補正に関しては第１の実施形態でも説明したように、予め各々の倍率による補正量を求めてテーブル化しておく方法でも良いし、検査時に基準パターンを検査して当該倍率による補正量を求めても良い。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。

検査画像を取得するために検出するのは、必ずしもフォトマスクの透過光に限定されず、フォトマスクからの反射光を用いてもよく、更には透過光と反射光の両方を同時に用いてもよい。

実施形態では、検査画像の変位量として、画像の歪み、回転、及び座標移動を測定したが、必ずしもこれらの全てを測定する必要はなく、少なくとも一つであっても良い。即ち、画像の歪み、回転、及び座標移動等は常に全てが発生するものではなく、結像レンズ系の構造によって発生の仕方が異なっている。従って、問題になる変位のみを測定するようにしても良い。また、実施形態では被検査試料としてフォトマスクの例を説明したが、これに限らず半導体ウェハや液晶基板のパターン欠陥検査に適用することも可能である。

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

このように本実施形態においても先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１１…フォトマスク（被検査試料）
１２…ＸＹθテーブル
１３…光源
１４…照明光学系
１５…結像光学系
１６…フォトダイオードアレイ（撮像センサ）
１７…センサ回路
１８…ＸＹθモータ
２０…ホスト計算機
２１…ステージ制御回路
２２…データメモリ
２３…参照データ生成回路
２４…比較回路
２５…倍率制御回路
２６…画像補正回路
２７…補正テーブル
３１，３２…ステッピングモータステージ
４１…補正前の検査画像
４２…補正後の検査画像
５１…被検査領域
５２…検査ストライプ
１５１〜１５４…レンズ群

Claims (7)

1. 被検査試料を照明する照明光学系と、
   前記照明により前記被検査試料を透過又は反射した光を結像する複数のレンズ群を備えた結像光学系と、
   前記結像光学系により結像された光学像を撮像するための撮像センサと、
   前記複数のレンズ群の一部を光軸方向に移動するレンズ移動機構と、
   前記撮像センサを光軸方向に移動するセンサ移動機構と、
   前記レンズ移動機構と前記センサ移動機構による各移動位置を制御して撮像倍率を変更する倍率制御回路と、
   前記倍率制御回路により変更された倍率に応じて、前記撮像センサで得られた検査画像及び設計データから得られた参照画像の一方を補正する画像補正回路と、
   前記画像補正回路によって補正された一方の画像と前記検査画像及び参照画像の他方とを比較してパターンの欠陥検査を行う検査部と、
   を具備したことを特徴とするパターン検査装置。
2. 前記画像補正回路は、前記倍率制御回路により設定される複数の倍率と該倍率の違いにより変化する前記検査画像の変位量との関係を記憶した補正テーブルに基づいて、前記検査画像の補正を行うことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
3. 前記画像補正回路は、前記倍率制御回路により設定される複数の倍率と該倍率の違いにより変化する前記検査画像の変位量との関係を記憶した補正テーブルに基づいて、前記参照画像の補正を行うことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
4. 前記画像補正回路は、前記倍率制御回路により設定された倍率で基準パターンを撮像して得られる基準パターン画像から、該画像の変位量を算出し、算出した変位量に基づいて前記検査画像の補正を行うことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
5. 前記画像補正回路は、前記倍率制御回路により設定された倍率で基準パターンを撮像して得られる基準パターン画像から、該画像の変位量を算出し、算出した変位量に基づいて前記参照画像の補正を行うことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
6. 指定された検査時間に応じて前記倍率制御回路による倍率を設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のパターン検査装置。
7. 指定された検査精度に応じて前記倍率制御回路による倍率を設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のパターン検査装置。

Images