JP3572545B2 - 基板の良否判定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフォトマスクや半導体ウェハのような多数の規則的なパターンが形成されている基板の良否を判定する良否判定方法、特に透明基板上に遮光パターンが形成されているフォトマスクの良否を判定する良否判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの線幅は約０．１μｍ程度に微細化しＬＳＩの製造に用いられるフォトマスクの線幅は約４００ｎｍ程度に微細化しており、ＬＳＩの製造に用いられるフォトマスクの欠陥検査においても１００ｎｍ程度の微細な欠陥を正確に検出できることが要求されている。現在のコンフォーカル光学系を用いた欠陥検査装置においては、１００ｎｍ程度の微細な欠陥も十分に検出することができ、信頼性の高いＬＳＩの製造に際し高い評価が得られている。一方、製造されたフォトマスクの製品としての良否判定、すなわち製造されたフォトマスクが製品として良品であるか又は不良品であるかの判断は製品としての歩留りを考慮すると極めて重要である。例えば、検出された欠陥のうち、ＬＳＩの製造に影響を与えない程度の微細な欠陥も存在しており、欠陥が検出された全てのフォトマスクを一律に不良品であると判断したのでは、フォトマスクの製品として歩留りが著しく低下してしまう。製造されたフォトマスクの良否判定に際して重要な因子は欠陥のサイズ及び欠陥の数である。特に欠陥のサイズは製造されるＬＳＩの信頼性に強く影響するため、欠陥のサイズを正確に測定できる方法の開発が強く要請されている。
【０００３】
従来、フォトマスクやレチクルの欠陥のサイズを検出する方法として電子スケールを用いる方法が既知である。この方法では、フォトマスクについて欠陥検査を行い、検出された欠陥情報（位置、種類、大きさ等）に基づき、欠陥部位の透過像を撮像し、得られ欠陥の像に電子スケールを当てることにより欠陥のサイズが測定されている。
【０００４】
欠陥サイズを検出する別の方法として、欠陥を含む部位の透過像を求め、得られた欠陥画像から欠陥の部位をパターン認識により特定し、この部位の画像情報から欠陥のサイズを検出する方法が既知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子スケールを用いる方法では、操作者がマウス等の入力装置を用いて電子スケールを当てるため、スケールの向きや位置等による個人差に起因する測定誤差が発生し、正確な測定が困難であった。また、測定の基準となる遮光パターンと透過部分との境界は光の回折によりなだらかに変化するため、欠陥のサイズが１μｍ以下の領域では回折の影響無視できなくなり、電子スケールを用いる方法では誤差が大きくなる不都合が生じてしまう。従って、電子スケールを用いる方法は、製造されたフォトマスクの良否判定に適合しないのが実情である。
【０００６】
パターン認識を利用した方法では、特別な画像処理が必要であり、装置が複雑化する欠点があった。しかも、１００μｍ程度の大きさの欠陥の場合、回折作用により欠陥の輪郭形状を明瞭に特定しにくいため、画像処理による欠陥部位の抽出が困難であり、正確な測定結果が得られないのが実情である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、製造されたフォトマスクの良否判定を正確に行うことができる良否判定方法を提供することにある。
【０００８】
さらに、本発明の目的は、多数のパターンが形成されている基板の良否を自動的に判定できる良否判定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さらに、本発明の別の目的は、フォトマスク、レチクル、半導体ウェハのような多数のパターンが形成されている基板の良否判定を自動的に実行できる良否判定方法及び装置を実現することにある。
本発明による基板の良否判定方法は、パターンが形成されている基板の良否を判定するに当たり、
良否判定すべき基板について、複数の受光素子がライン状に配列されたリニァイメージセンサを用い、当該基板を前記リニァイメージセンサの受光素子の配列方向と直交する方向に移動させながら２次元走査し、基板からの反射光又は透過光を前記リニァイメージセンサにより受光し、当該リニァイメージセンサからの出力信号を受光素子単位で基準信号と比較して欠陥を検出し、当該欠陥のアドレスを求める工程と、
前記求められた欠陥のアドレス情報に基づき、前記基板からの反射光又は透過光を前記リニァイメージセンサの受光素子の配列方向と直交する方向に偏向するガルバノミラー及び前記リニァイメージセンサを用い、前記基板を静止状態に維持しながら検出された欠陥を含む部位の画像を撮像して２次元画像信号を形成する工程と、
前記２次元画像信号から当該部位に対応する基準の２次元画像信号を減算して前記パターンに関する情報が除去された欠陥画像信号を形成する工程と、
前記欠陥画像信号の各画素の輝度値を積算する工程と、
得られた積算輝度値を所定の閾値と比較する工程とを具えることを特徴とする。
【００１０】
フォトマスクの欠陥として異物付着による欠陥、透明基板及び遮光パターンの傷による欠陥がある。本発明者がこれらの欠陥について透過像を撮像し、種々の解析を行った結果、これら欠陥が存在している部位から生ずる光量が正常な部位から生ずる光量と大幅に相違することが判明した。すなわち、透過基板上の異物付着による欠陥が存在する場合、当該異物により回折或いは散乱が生じ、当該部位からの透過光の光量が著しく低下する。また、遮光パターンの削れによる欠陥が存在する場合、欠陥が存在する部位からの光量は正常な部位からの光量よりも大幅に多くなる。従って、フォトマスク上の欠陥を透過光により撮像した場合、欠陥は画像上において明るさ情報又は輝度情報として得ることができる。
【００１１】
しかしながら、欠陥を含む部位には多数のパターンも存在する場合が多いため、欠陥部分だけの明るさ情報又は輝度情報を取り出すことは困難である。そこで、本発明では、欠陥の部位の画像を撮像すると共に対応する部位の正常な基準を取り出し、欠陥部位の画像と基準画像とを比較し、減算する。この減算処理により、正常な部分の画像信号はキャンセルされ、欠陥部分の画像だけが存在する欠陥画像信号を得ることができる。すなわち、基板上に形成すべきパターンに関する情報が除去され、欠陥に関する情報だけを含む欠陥画像信号を得ることができる。従って、得られた欠陥画像信号から欠陥部分の面積を求めることにより、欠陥のサイズ又は大きさを指標する信号を得ることができる。
【００１２】
一方、欠陥を透過光により撮像した場合、透過像を受光する各受光素子の出力信号の強度として、透明基板を通過した光を受光する受光素子の出力を１とし、遮光パターンが存在する部分に対応する受光素子の出力を０とすると、欠陥部分からの透過光の総和Ｅは以下の式で表すことができる。
Ｅ＝ｋ∬Ｉ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ （１）
ここで、ｋは定数であり、Ｉ（ｘ，ｙ）は、欠陥部分のｘ方向及びｙ方向の光量分布すなわち撮像装置の受光素子からの出力信号の強度分布である。
【００１３】
また、透過像の欠陥のパターン投影方向の占める面積Ａは以下の式で表すことがでる。
Ａ＝ｋ’ ∬Ｉ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ （２）
ここで、ｋ’ は定数である。これら２つの式から明らかなように、フォトマスク上の欠陥の面積は、画像上明るさ情報として得ることができるので、欠陥のサイズは画像上において輝度が周囲の輝度と相違している領域の面積から得ることができ、その面積は、欠陥部分における撮像装置の受光素子からの出力信号の総和と相関している。従って、欠陥情報だけを含む欠陥画像信号の各画素の輝度を積算することにより、欠陥の面積すなわち欠陥のサイズを指標するパラメータを得ることができる。
【００１４】
本発明は上述した認識に基づいており、欠陥検査の後に、検出した欠陥の透過像を撮像する。そして、当該透過像を基準画像と比較する。この基準画像は、例えばダイ対ダイの検査方式の場合他方のダイ又はチィップの検査部分の透過像とすることができ、或いはデータベースに記憶されている正規の透過像のデータとすることができる。この画像比較として、ダイ対ダイの検査方式の場合、欠陥を含む部位の透過像のビデオ信号同士互いに減算することにより、欠陥だけを明るさ情報として得ることができる。そして、欠陥画像信号の各画素の輝度を積算する。同時に、欠陥のサイズ又は面積と当該フォトマスクを用いて製造されたＬＳＩの信頼性との関係を予め求め、許容される欠陥のサイズに相当する閾値信号を予め決定する。そして、欠陥画像信号の各画素の輝度値を積算した積算値と予め定めた閾値信号とを比較することにより、製造されたフォトマスクが良品であるか不良品であるかを自動的に判定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるパターン良否判定装置の一例の構成を示す線図である。本例では、透明基板上に同一のパターンの複数のダイすなわちチィップが形成されているフォトマスクの良否判定する例について説明する。また、本例では、ダイ対ダイの欠陥検査方式により欠陥検査及び良否判定を行うものとする。良否判定すべきフォトマスク１はｘｙステージ２上に載置する。ｘｙステージ２の下側に照明用の光源装置を配置する。光源装置は、水銀ランプ３を具え、波長フィルタ（図示せず）を通してｉ線すなわち３６５ｎｍの波長光を出射させる。この照明光は２本の光ファイバ４ａ及び４ｂに分岐され、それぞれ照明レンズ５ａ及び５ｂを介して断面が円形の照明光としてフォトマスク１を照明する。
【００１６】
フォトマスク１を透過した光は対物レンズ６ａ及び６ｂによりそれぞれ集光され、全反射ミラー７ａ及び７ｂで反射し、ガルバノミラー８に入射する。ガルバノミラー８でそれぞれ反射した透過光は、全反射ミラー９ａ及び９ｂでそれぞれ反射し、リニァイメージセンサ１０ａ及び１０ｂにそれぞれ入射する。このリニァイメージセンサは、複数の受光素子がライン状に配列された１次元センサであり、各受光素子は紙面と直交する方向（主走査方向と対応するｘ方向）に配列されているものとする。
【００１７】
光源装置はフォトマスク１を面照明し、受光側は主走査方向に受光素子が配列されているラインセンサを用いているから、ライン照明したものと同等の効果が達成され、ステージ２が副走査方向（ｙ方向）に移動することによりフォトマスク１は２次元走査されることになる。この結果、ステージのｘ方向及びｙ方向の移動によりフォトマスク１の全面を光学的に走査することができる。また、ステージ２が静止している場合、ガルバルノミラー８が矢印方向に回動することにより、フォトマスクの一部分を２次元走査することになり、フォトマスクの特定の部位の２次元透過画像を撮像することができる。
【００１８】
ｘｙステージ２は、ｘ方向（紙面と直交する方向）及びｙ方向（紙面内方向）に自在に移動でき、従ってフォトマスク１の全面にわたって照明光を投射して欠陥検査することができる。ｘｙステージ２は、ステージ駆動回路１１が接続され、中央処理装置１２の制御のもとで座標系にしたがって駆動し、従って欠陥のアドレスは中央処理装置１２により検出される。
【００１９】
次に、フォトマスクの欠陥検出について説明する。照明レンズ５ａ、対物レンズ６ａ、ガルバノミラー８及びリニァイメージセンサ１０ａを含む光学系を第１の光学系とし、照明レンズ５ｂ、対物レンズ６ｂ、ガルバノミラー８及びリニァイメージセンサ１０ｂを含む光学系を第２の光学系とする。第１の撮像光学系によりフォトマスク１に含まれる第１のダイを光学的に走査し、第２の撮像光学系により第１のダイと隣接する第２のダイを光学的に走査する。この光学的な走査は、中央処理装置１２の制御のもとでステージ駆動回路１１を介してステージ２をｘ方向及びｙ方向に移動させることにより行うことができる。
【００２０】
リニァイメージセンサ１０ａ及び１０ｂの各受光素子に蓄積された電荷は、中央処理装置１２の制御のもとで所定のレートで順次読み出され、画像信号比較回路１３に供給する。この画像信号比較回路１３は、第１のリニァイメージセンサ１０ａの各受光素子からの出力信号と第２のリニァイメージセンサ１０ｂの各受光素子からの出力信号を順次比較し、各受光素子からの出力信号を互いに減算する。そして、第１のリニァイメージセンサからの出力と第２のリニァイメージセンサからの出力とが一致する場合正常であると判定し、互いに相違する場合欠陥であると判定する。画像信号比較回路１３からの比較結果は欠陥情報処理部１４に供給されると共に、中央処理装置１２からのステージ２の位置座標がアドレス情報として欠陥情報処理部１４に供給され、欠陥及びそのアドレスが記憶される。
【００２１】
次に、欠陥の画像比較について説明する。検出した欠陥及びそのアドレス情報を用いて、検出された欠陥の部位の画像を例えば第１の撮像光学系により撮像し、対応するする別の正常なダイの画像を第２の撮像光学系により撮像する。この欠陥部位の撮像に際し拡大光学系を用いて高倍率で欠陥の透過画像を撮像することができる。この際、中央処理装置１２の制御のもとでガルバノミラー８を回動することにより、欠陥を含む部位の２次元透過画像を撮像する。第１及び第２のリニァイメージセンサ１０ａ及び１０ｂの各受光素子に蓄積された電荷を所定のレートで順次読み出すことにより、欠陥を含む部位の透過画像及び対応する正常な基準画像の両方の画像信号が得られる。
【００２２】
第１及び第２のリニァイメージセンサ１０ａ及び１０ｂの各受光素子からの出力信号は画像信号比較回路１３に供給し、この比較回路において、第１のリニァイメージセンサからの出力信号から第２のリニァイメージセンサからの出力信号を減算して欠陥画像信号を形成する。この減算処理により、撮像され範囲のうち、正常な画像部分に対応する部分の出力は零となり、欠陥情報だけを含むことになる。この画像比較により、欠陥の周囲に複雑なパターンが存在していても、これらパターンの情報はキャンセルされ、欠陥情報だけをビデオ信号として得ることができる。この減算結果である欠陥画像信号による画像を図２に示す。図２に示すように、欠陥画像は、パターン情報は全てキャンセルされ、欠陥情報である中心の高い輝度の部分と、その周囲に回折効果により漸次輝度が低下する部分とを有し、欠陥の周囲は輝度が零の領域により囲まれている。
【００２３】
欠陥情報だけを含む欠陥画像信号は積算回路１５に供給する。この積算回路１５において、欠陥画像信号の各画素の輝度値を積算する。積算の結果として得られた積算値は欠陥の面積にほぼ対応する。そして、積算値を比較回路１６に供給し、所定の閾値と比較する。この所定の閾値は、当該フォトマスクを用いて製造されるＬＳＩの信頼性に影響を与えない限界の欠陥のサイズに相当する値として予め求めた値とする。そして、積算値が閾値を超えた場合、許容できない欠陥が存在する不良品と判定し、中央処理装置１２に出力する。このように構成することにより、製造されたフォトマスクについて良品及び不良品の判定を自動的に行うことができる。
【００２４】
画像信号処理回路１３により得られた欠陥画像信号は画像処理部１７にも供給する。この画像処理部は、欠陥の代表的な形状、例えば円形、半円形、正方形、長方形等の欠陥形状を予めパターンとして求めておき、欠陥画像信号に含まれる欠陥の形状と比較する。例えば、欠陥の形状が円形であると判断された場合、円形欠陥の面積は、円の半径をｒとすると、πｒ^２ で規定されるため、欠陥の半径を計算し求めることができる。
【００２５】
本発明は上述した実施例だけに限定されず、種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、フォトマスクについて透過光検査を例にして説明したが、勿論反射光による欠陥検査にも適用することができ、フォトマスクについて欠陥検査を行った後欠陥部位について反射光による画像を撮像し、反射像から欠陥情報だけを含む欠陥画像信号を求めて欠陥の大きさに対応した信号を得ることもできる。尚、基板の反射画像を得る場合、ビームスプリッタをステージとリニァイメージセンサとの間の光路中に配置し、反射像撮像用の光源からの照明光をビームスプリッタを介して基板に投射することにより反射画像を撮像することができる。
【００２６】
さらに、上述した実施例では、フォトマスクの欠陥検査を例にして説明したが、半導体ウェハのように、半導体基板上に複数のダイ又はチィップが形成されている基板の欠陥検査にも適用することができる。半導体ウェハの欠陥検査に適用する場合、反射光により欠陥検出を行い、その後欠陥部位について反射光による画像を撮像し、ダイ対ダイの関係を用いて欠陥に起因する光量変化の総和を求めることができる。
【００２７】
さらに、上述した実施例では、ダイ対ダイの欠陥検査方式に基づいて説明したが、欠陥の画像信号を一旦メモリに記憶し、データベースに記憶されている基準画像信号と比較することにより、欠陥情報だけを含む欠陥画像信号を発生させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板の良否判定方法を実施するための装置の一例の構成を示す線図である。
【図２】欠陥画像信号を形成する工程及び得られた欠陥画像信号により表示される画像を示す線図である。
【図３】求めた欠陥及びその輝度分布を示す線図である。
【符号の説明】
１ フォトマスク
２ ステージ
３ 光源
４ａ，４ｂ 光ファイバ
５ａ，５ｂ 照明レンズ
６ａ，６ｂ 対物レンズ
７ａ，７ｂ 全反射ミラー
８ ガルバノミラー
９ａ，９ｂ 全反射ミラー
１０ａ，１０ｂ リニァイメージセンサ
１１ ステージ駆動回路
１２ 中央処理装置
１３ 画像信号比較部
１４ 欠陥画像処理部
１５ 積算回路
１６ 比較器
１７ 画像処理部

Claims (5)

1. パターンが形成されている基板の良否を判定するに当たり、
   良否判定すべき基板について、複数の受光素子がライン状に配列されたリニァイメージセンサを用い、当該基板を前記リニァイメージセンサの受光素子の配列方向と直交する方向に移動させながら２次元走査し、基板からの反射光又は透過光を前記リニァイメージセンサにより受光し、当該リニァイメージセンサからの出力信号を受光素子単位で基準信号と比較して欠陥を検出し、当該欠陥のアドレスを求める工程と、
   前記求められた欠陥のアドレス情報に基づき、前記基板からの反射光又は透過光を前記リニァイメージセンサの受光素子の配列方向と直交する方向に偏向するガルバノミラー及び前記リニァイメージセンサを用い、前記基板を静止状態に維持しながら検出された欠陥を含む部位の画像を撮像して２次元画像信号を形成する工程と、
   前記２次元画像信号から当該部位に対応する基準の２次元画像信号を減算して前記パターンに関する情報が除去された欠陥画像信号を形成する工程と、
   前記欠陥画像信号の各画素の輝度値を積算する工程と、
   得られた積算輝度値を所定の閾値と比較する工程とを具えることを特徴とする基板の良否判定方法。
2. 前記基板をフォトマスクとし、前記欠陥を含む部位の画像を透過像として撮像することを特徴とする請求項１に記載の基板の良否判定方法。
3. 前記基板を半導体ウェハ基板とし、前記欠陥を含む部位の画像を反射像として撮像することを特徴とする請求項１に記載の基板の良否判定方法。
4. 前記基板が同一パターン形状を有する複数のダイを含み、ダイ対ダイ比較により欠陥画像信号を形成することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に基板の基板の良否判定方法。
5. 透明基板に同一パターン形状を有する複数のダイ又はチィップが形成されているフォトマスクの良否を判定するに当たり、
   複数の受光素子が第１の方向に沿ってライン状に配列された第１のリニァイメージセンサにより、良否判定すべきフォトマスクのダイの透過像を撮像する第１の撮像光学系と、複数の受光素子が前記第１の方向と同一の方向にライン状に配列された第２のリニァイメージセンサによりフォトマスクの別のダイの透過像を撮像する第２の撮像光学系とを具える撮像装置を用意し、
   良否判定すべきフォトマスクについて、当該フォトマスクを前記第１の方向と直交する方向に移動させながら光学的に２次元走査し、第１の撮像光学系からの出力信号と第２の撮像光学系からの出力信号とを受光素子単位で比較することにより、欠陥及びそのアドレスを求める工程と、
   前記求められた欠陥のアドレス情報に基づき、フォトマスクからの透過光を前記第１の方向と直交する方向に偏向するガルバノミラー及び前記第１及び第２のリニァイメージセンサを用い、フォトマスクを静止した状態に維持しながら、欠陥が検出されたダイの欠陥を含む部位の２次元透過像を一方の撮像光学系により撮像すると共に、別のダイの対応する部位の２次元透過像を他方の撮像光学系により撮像する工程と、
   前記第１の撮像光学系により検出した第１の２次元画像信号と第２の撮像光学系により撮像した２次元画像信号とを各画素毎に互いに減算して欠陥画像信号を形成する工程と、
   欠陥画像信号の各画素の輝度を積算する工程と、
   得られた積算輝度値を所定の閾値と比較する工程とを具えることを特徴とするフォトマスクの良否判定方法。

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