JP3213217B2

JP3213217B2 - パターン欠陥検出装置

Info

Publication number: JP3213217B2
Application number: JP24108295A
Authority: JP
Inventors: 俊一佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: JPH0989792A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光によるフーリエ
変換と位相共役光を利用し、液晶用ＴＦＴ基板やＩＣ用
フォトマスク等の周期パターン中に存在する孤立欠陥を
検出するためのパターン欠陥検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光によるフーリエ変換と位相
共役光を利用することによるパターン欠陥検出装置が知
られている。そして、当該欠陥検出装置において、位相
共役光を発生させる手段としてホログラムを用いた方法
があり、この方法をＩＣフォトマスクの欠陥検査に応用
した例が、文献；R.L.Fusek他「Holographic optical p
rocessing for submicrometer defect detection」Opt.
Eng.24,p731,1985に記載されている。

【０００３】図６は、この文献の検出光学システムを示
すものである。図６において、コヒーレント光である信
号光１０２を検査対象とするフォトマスク１０３に照射
し、レンズ１０６によってフォトマスク１０３のフーリ
エ変換像を空間周波数フィルタ１０７上に形成する。空
間周波数フィルタ１０７を透過させることによってフィ
ルタリングを行い、正規パターンの成分を選択的に除去
し、欠陥の周波数成分を参照光１０９との干渉縞として
ホログラム１０８に記録する。次に、このホログラム１
０８に、参照光１０９に対する共役光１１０を照射し、
実像を再生して同じ光路を逆に戻すことによって欠陥の
像だけを出力光１１１として抽出する。なお、１／４波
長板１０４と偏光ビームスプリッタ１０５は、光の利用
効率を上げるために使用している。この方法の利点は、
ホログラム１０８に位相共役光１１０を作用させること
によって発生し、空間周波数フィルタ１０７及びレンズ
１０６を経由した出力光１１１の形成する像において、
この検出光学システムのレンズ１０６や他の光学部品の
歪の影響が除去されることである。

【０００４】また、他の従来例としては、位相共役光発
生手段として、ＢａＴｉＯ₃やＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀（ＢＳ
Ｏ）等のフォトリフラクティブ結晶を用いる方法があ
る。例えば、この方法をＩＣの製造に使用されるフォト
マスク中の周期的特性の抑制と非周期的欠陥の強調を実
時間で行う装置の技術が、特開昭６２−５４２８４号公
報；「光学的特性の強調を行う装置」に開示されてい
る。また、同様な技術を液晶パネル用フォトマスク欠陥
検査に適用した例が、文献；青木他、「ＢＳを用いた周
期パターンの欠陥検査−検査面積の影響−」、第５３回
応用物理学会学術講演会予稿集１７ｐ−Ｑ−２（１９９
２）、及び、文献；青木他、「ＢＳを用いた周期パター
ンの欠陥赤査−検査面積の影響−」、第５４回応用物理
学会学術講演会予稿集２７ｐ−Ｄ−１１（１９９３）に
記載されている。

【０００５】図７は、この方法の検出光学システムを示
すものである。縮退４光波混合の光学系配置で、被検査
マスク１２２を透過した信号光１２３は、レンズ１２５
によりフーリエ変換像を形成する。フーリエ変換像面
（ＢＳＯ面１２６）における光強度に応じて、各周波数
成分の位相共役光の発生効率に差が生じ、非線形フィル
タリングが実現できる。しがって信号光１２３とポンプ
光１２７，１２８の強度比を適当に設定すれば、必要な
成分が強調される。

【０００６】また、従来のフーリエ変換のみによるパタ
ーン欠陥検出においては、フォトマスクの周期パターン
と欠陥の位置関係により欠陥の致命度や疑似欠陥の判定
を行うために、フィルタリングに用いるコヒーレント光
の波長と異なる波長域のインコヒーレント光を同一光軸
で導入し、欠陥分布と正規周期パターン（画素パター
ン）を重畳した画像を取り込むことも行われている。

【０００７】このように、上述した従来例では、光学的
な処理によって存在する欠陥の全体を検出することがで
きるが、欠陥の形状による解析、分類を可能とするよう
な処理方法ではない、という点で不充分であった。その
ため、従来は、出力光をＣＣＤ等の撮像装置で取り込ん
だ後、コンピュータ等のデータ処理装置を用いて欠陥の
解析、分類を行わなければならないので、手順が多くな
り、装置としても複雑なものになってしまうという問題
点を残している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の問題点に鑑みなされたものであって、コヒーレ
ント光を発生する手段と、前記コヒーレント光を被検査
対象物体に照射する手段と、前記被検査対象物体に照射
した光束をフーリエ変換する手段と、前記フーリエ変換
した光の位相共役光を発生させる手段を備えたパターン
欠陥検出装置において、存在する欠陥の全体像を光学的
に検出するというだけではなく、欠陥判定のために必要
な欠陥の形状の解析、分類を光学的に高速に行うことを
可能とする装置の提供をその課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、コヒ
ーレント光の光発生手段と、前記光発生手段からのコヒ
ーレント光を被検査対象物体に照射する照射手段と、前
記被検査対象物体に照射した光束をフーリエ変換するフ
ーリエ変換手段と、前記フーリエ変換手段で変換された
光束の中欠陥によって生じる空間周波数をもつ光束の位
相共役光の発生手段を備えたパターン欠陥検出装置にお
いて、前記位相共役光の発生手段は、前記フーリエ変換
手段により作られるフーリエ変換像面に配置された液晶
空間変調素子と、該液晶空間変調素子に基準のコヒーレ
ント光束を入射させる基準光入射手段と、前記位相共役
光の発生を制御する制御手段を有し、該制御手段によっ
てフーリエ変換された光束の振幅分布の一部における位
相共役光を選択的に発生させるようにし、選択すること
によって被検査対象物体におけるパターン欠陥の形状に
ついても解析し得るようにしたものである。

【００１０】

【００１１】請求項２の発明は、請求項１において、前
記フーリエ変換された光束の振幅分布の一部における位
相共役光を選択するために、前記制御手段が前記フーリ
エ変換された光束と、前記位相共役光の発生手段におけ
る基準のコヒーレント光束との相対位置を変化させるよ
うにし、請求項１における被検査対象物体の検出部分の
選択手段を具体化するための手段を備えたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を例示
する図面を参照して、本発明の内容を詳細に説明する。
図１は、本発明のパターン欠陥検出装置の構成を示す図
である。この実施の形態では、被検査対象物体として液
晶用ＴＦＴ基板７を設置している。まず、ＴＦＴ基板７
中の欠陥を検出する場合について説明する。

【００１３】図１のパターン欠陥検出装置において、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ２から出射されたコヒーレント光３は、
ビームエキスパンダ４によりビーム径が拡大され、ハー
フミラー５により２光束に分割される。分割された光束
の一方は、光束６として、被検査対象物体であるＴＦＴ
基板７を照射し、ハーフミラー８、レンズ９を通過し、
信号光１０として、液晶空間変調素子１１の液晶層側３
４から光導電体層３６に入射する。液晶空間変調素子１
１の光導電体層３６上にはマスク７のフーリエ変換像が
形成される。ハーフミラー５により分割されたもう一方
の光束１２は、ミラー１３で反射され、基準光１４（図
１中に点線で示す）として前記フーリエ変換像が入射し
た液晶空間変調素子１１と同一場所に入射する。ただ
し、基準光１４は、液晶空間光変調素子１１に対してほ
ぼ垂直入射（入射角９０゜）としている。液晶空間変調
素子１１から反射された位相共役光１５は、再びレンズ
９により逆フーリエ変換され、ハーフミラー８によって
分離され、モニタカメラ１６に入射する。モニタカメラ
１６上には、ＴＦＴ基板７の正規周期パターン（画素パ
ターン）が除去され、孤立した欠陥の像だけが得られ
る。

【００１４】次に、検出された欠陥の像において、その
欠陥の形状を分類する方法について説明する。図１にお
いて、ミラー１３の傾きを調整して（同図中に矢印で示
す）、液晶空間光変調素子１１上に照する基準光を変位
させるが、この調整により基準光１４´（同図中に実線
で示す）とＴＦＴ基板７のフーリエ変換光である信号光
１０との重なりが変化することになる。図２は、その状
態を示すものである。図２（Ａ）は、先に述べた、欠陥
があるかないかを検出する場合の、基準光１４と、信号
光１０との重なりの状況を示している。基準光１４と信
号光１０の中心が液晶空間光変調素子１１上でほぼ一致
してる。基準光１４と信号光１０が重なった領域のみか
ら、信号光１０の位相共役光１５が反射される。

【００１５】図２（Ｂ）は、欠陥の形状を分類する場合
の、基準光１４´と信号光１０との重なりの状況を示し
ている。基準光１４´と信号光１０の中心が液晶空間光
変調素子１１上でずれている。この場合も同様に、基準
光１４´と信号光１０が重なった領域のみから、信号光
１０の位相共役光１５´が反射される。ここで、図２
（Ｂ）の場合、基準光１４´の照射位置を変えること
で、信号光１０のどの部分の位相共役光１５´を発生さ
せるかを決めることができる。例えば、図２（Ｂ）のよ
うに、Ｘ軸方向に基準光１４´をずらすとｙ軸方向に長
い欠陥を検出できる。一方、基準光１４´をｙ軸方向に
ずらすとｘ軸方向に長い欠陥を検出できる。すなわち、
欠陥の形状による分類が可能になる。

【００１６】ここで、上記したパターン欠陥検出装置の
構成要素である液晶空間光変調素子１１について説明す
る。この液晶空間光変調素子１１の液晶層３４は、ホモ
ジニアス（平行）配向ネマティック液晶を用いており、
Ｈｅ−Ｎｅレーザ２から出射されたコヒーレント光３の
偏光方向は、紙面内平面にあり、液晶層３４は、この偏
光を最も効率的に位相変調できる方向にホモジニアス
（平行）配向している。

【００１７】図３は、この実施の形態で用いる液晶空間
光変調素子１１の構造を示す。液晶空間光変調素子１１
は、ＩＴＯ等の透明電極３２ａ，３２ｂが片面にコート
されたガラス基板３１ａ，３１ｂの間に、ネマティック
液晶層３４、液晶分子をホモジニアアス（平行）配向さ
せるための液晶配向膜３３ａ，３３ｂ、および光導電層
３６である水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：
Ｈ）膜を挟んだ構造となっている。なお、スペーサ３５
は、液晶層のスペースを保持するためのものである。光
導電層３６であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜の形成は、透明電極３
２ｂが形成されたガラス基板３１ｂ上に、ＣＶＤ法によ
り成膜を行った。このように形成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
特性は、暗導電率が１０−１０Ｓ／ｃｍ、光導電率が１
０−７Ｓ／ｃｍであり、その膜厚を１．０μｍとした。

【００１８】さらに、透明電極３２ｂと光導電層３６と
が形成されたガラス基板３１ｂと、透明電極３２ａが形
成されたガラス基板３１ａのそれぞれに、ネマティック
液晶層３４をホモジニアス（平行）配向させるための液
晶配向膜３３ａ及び３３ｂを形成した。この実施の形態
においては、この液晶配向膜３３ａ及び液晶配向膜３３
ｂとして、ＳｉＯをガラス基板面の法線方向に対して８
５゜の角度で斜方蒸着により形成した、なお、この実施
の形態では、液晶配向膜３３ａ及び液晶配向膜３３ｂと
して斜方蒸着により形成したＳｉＯ膜を用いたが、ポリ
イミドあるいはポリビニルアルコールにラビング処理を
施した液晶配向膜や、あるいはその他の配向剤を塗布し
て形成した液晶配向膜などを用いてもよい。

【００１９】このように形成した液晶配向膜３３ａ及び
液晶配向膜３３ｂを対向させ、スペーサ３５により隙間
を形成し、この隙間にネマティック液晶を充填し、液晶
層３４を形成した。この実施の形態では、ネマティック
液晶として、位相シフト量を十分に大きくするために、
大きな複屈折を示すものが望ましく、メルク社のＥ４４
を用いた。なお、この実施の形態では、ネマティック液
晶が印加される電圧の強さに応じて、ガラス基板面とほ
ぼ平行な状態からガラス基板面と垂直の状態に配向の方
向が変化する正の誘電異方性を示すネマティック液晶を
ホモジニアス配向にして用いたが、負の誘電異方性を示
すネマティック液晶をホメオトロピック配向にして用い
てもよい。

【００２０】なお、本発明の上述したところの画像処理
に用いる液晶空間光変調素子１１は、高空間分解能（高
解像度）が要求されるため、液晶層の厚さは薄い方が望
ましく、この実施の形態では液晶層の厚さを２μｍとし
た。以上の説明では、液晶空間変調素子１１の液晶層に
ネマティック液晶を用いたが、強誘電性液晶を用いるこ
ともできる。また、液晶３４と光導電層３６の間に誘電
体多層膜ミラーを介在させることにより、光導電層３６
に入射する光と反射する光とを調整することもできる。

【００２１】次に、上記、液晶層３４と光導電層３６か
ら構成された液晶空間光変調素子１１の位相共役光発生
について、図４を参照して更に詳しく説明する。図４
は、図３の円で囲われた部分の拡大図である。図４にお
いて、透明電極３２ａ，３２ｂ間には、予め外部から図
３に示したような交流電圧３７が印加されている。信号
光１０、および基準光１４（１４′）は、液晶層３４を
通過し、光導電層３６に入射する。各ビームの残りの部
分は液晶層３４と光導電層３６の界面で反射される。光
導電層３６には、信号光１０と基準光１４（１４′）の
干渉パターン３８が形成される。この干渉パターン３８
により、光導電層３６に空間的インピーダンス分布が形
成される。さらに、液晶層３４、光導電層３６は、直列
的に電気接続されているため、これらのインピーダンス
変化は、液晶層３４への印加電圧の空間的変化として反
映される。この電圧の空間的変化に応じて、液晶分子の
配向方向が変化し、屈折率分布（位相回折格子）３９が
形成される。このようにして干渉パターン３８は、液晶
層３４上に転写される。結果として、液晶層３４と光導
電層３６の界面で反射された基準光１４（１４′）は、
干渉パターン３８によって形成された位相回折格子３９
により、変調される。これによって、信号光１０の位相
と共役な位相の光１５（１５′）を発生することができ
る。以上の話は、信号光１０と基準光１４（１４′）の
光強度が等しい場合、最もよく干渉し、位相共役光１５
（１５′）を発生できる。逆に言えば、信号光１０と基
準光１４（１４′）の光強度が大きく異なる場合は、位
相共役光１５（１５′）を発生することは難しくなる。

【００２２】図１において、被検査対象物体であるＴＦ
Ｔ基板７をフーリエ変換した光強度パターンは、その画
像の空間周波数の成分の大きさに応じて光強度が異な
る。すなわち、正規周期パターン（画素パターン）の空
間周波数成分の光強度は大きくなり、欠陥の空間周波数
成分の光強度は小さくなる。このときの信号光１０と基
準光１４の光強度分布の様子を図５（Ａ）に示す。図５
（Ａ）に示すように、基準光１４の光強度を、欠陥の空
間周波数成分の光強度とほぼ等しくなるように調整する
ことにより、欠陥成分の光４１と基準光１４が良く干渉
し、液晶層に位相回折格子３９を形成することができ
る。一方、正規周期パターン（画素パターン）の光４２
は、鋭いピーク状の大きな光強度となり、基準光１４と
良く干渉せず、液晶層に位相回折格子を形成することが
できない。この液晶層３４に形成された位相回折格子に
より、欠陥の空間周波数成分のみを位相共役光１５とし
て反射させることができる。すなわち、欠陥検出が可能
となる。

【００２３】この場合、図５（Ｂ）に示すように、基準
光１４′と信号光１０の重なり部分を制御することによ
って、基準光１４′と信号光１０を干渉せず、液晶層に
位相回折格子を形成しない部分を生成することができ
る。このように、この液晶層３４に形成された位相回折
格子により、特定の形状の欠陥の空間周波数成分のみを
位相共役光１５として反射させることができ、これによ
って、欠陥の形状による分類が可能となる。

【００２４】上記の実施の形態では、位相共役光を発生
させる手段として、液晶空間光変調素子を用いたが、Ｂ
ａＴｉＯ₃やＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀（ＢＳＯ）等のフォトリフ
ラクティブ結晶を用いてもよい。また、上記の実施の形
態では、被検査対象物体であるＴＦＴ基板の透過光を用
いて、欠陥の検出・分類を行ったが、同様の手段によ
り、ＴＦＴ基板の反射光を用いて欠陥の検出・分類を行
うことも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
パターン欠陥検出装置は、コヒーレント光を発生する手
段と、前記コヒーレント光を被検査対象物体に照射する
手段と、前記被検査対象物体に照射した光束をフーリエ
変換する手段と、前記フーリエ変換した光束の位相共役
光を発生させる手段を備えたパターン欠陥検出装置にお
いて、位相共役光の発生をフーリエ変換像面に配した液
晶空間変調素子への基準光の照射により行うことによ
り、シンプルな光学系による動作でＴＦＴ基板、ＩＣフ
ォトマスクといった微小な規則パターンをもつものにお
けるパターン欠陥の検出を高速に行うことができ、その
際、フーリエ変換された光の振幅分布の一部を選択する
ことにより、欠陥判定のために必要な欠陥の形状の解
析、分類を光学的に行うことができる。

【００２６】

【００２７】また、前記フーリエ変換された光の振幅分
布の一部を選択する手段が、前記フーリエ変換した光と
前記位相共役光を発生させる手段である基準光との相対
位置を変化させる手段であるから、該位相共役光の発生
手段における光学系の要素を変位させるという簡単な方
法により、欠陥判定のために必要な欠陥の形状の解析、
分類を光学的に高速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパターン欠陥検出装置の実施の形
態を示す模式図である。

【図２】本発明に係るパターン欠陥検出装置の実施の形
態に用いた液晶空間光変調素子への照射光の位置関係を
示す図で、（Ａ），（Ｂ）は、異なる照射状態を示すも
のである。

【図３】本発明に係るパターン欠陥検出装置の実施の形
態に用いた液晶空間光変調素子の断面構造を示す図であ
る。

【図４】本発明に係るパターン欠陥検出装置の実施の形
態に用いた図３と同じ液晶空間光変調素子の一部拡大図
で、動作説明用の図として示すものである。

【図５】本発明に係るパターン欠陥検出装置における、
欠陥検出時の液晶空間光変調素子上での光強度分布図
で、（Ａ），（Ｂ）は、異なる動作におけるものを示す
ものである。

【図６】従来のパターン欠陥検出装置の模式図である。

【図７】従来の他のパターン欠陥検出装置の模式図であ
る。

【符号の説明】

２…Ｈｅ−Ｎｅレーザ、３…コヒーレント光、４…ビー
ムエキスパンダ、５，８…ハーフミラー、６，１２…光
束、７…ＴＦＴ基板、９，１０６，１２５…レンズ、１
０…信号光、１１…液晶空間光変調素子、１３…ミラ
ー、１４，１４′…基準光、１５，１５′…位相共役
光、１６…モニタカメラ、３１ａ，３１ｂ…ガラス基
板、３２ａ，３２ｂ…透明電極、３３ａ，３３ｂ…配向
膜、３４…液晶層、３５…スペーサ、３６…光導電層、
３７…交流電圧、３８…干渉パターン、３９…位相回折
格子、４１…欠陥成分の光、４２…正規周期パターン
（画素パターン）の光、１０２…信号光、１０３…フォ
トマスク、１０４…１／４波長板、１０５…偏光ビーム
スプリッタ、１０７…フィルタ、１０８…ホログラム、
１０９…参照光、１１０…共役光、１２２…マスク、１
２３…信号光、１２４…ビームスプリッタ、１２６…Ｂ
ＳＯ、１２７，１２８…ポンプ光。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/88 - 21/956 G03H 1/00 - 1/16 G02B 27/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレント光の光発生手段と、前記光
発生手段からのコヒーレント光を被検査対象物体に照射
する照射手段と、前記被検査対象物体に照射した光束を
フーリエ変換するフーリエ変換手段と、前記フーリエ変
換手段で変換された光束の中欠陥によって生じる空間周
波数をもつ光束の位相共役光の発生手段を備えたパター
ン欠陥検出装置において、前記位相共役光の発生手段
は、前記フーリエ変換手段により作られるフーリエ変換
像面に配置された液晶空間変調素子と、該液晶空間変調
素子に基準のコヒーレント光束を入射させる基準光入射
手段と、前記位相共役光の発生を制御する制御手段とを
有し、該制御手段によってフーリエ変換された光束の振
幅分布の一部における位相共役光を選択的に発生させる
ようにしたことを特徴とするパターン欠陥検出装置。
【請求項２】前記フーリエ変換された光束の振幅分布
の一部における位相共役光を選択するために、前記制御
手段が前記フーリエ変換された光束と、前記位相共役光
の発生手段における基準のコヒーレント光束との相対位
置を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記
載のパターン欠陥検出装置。