JP4490598B2

JP4490598B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP4490598B2
Application number: JP2001101880A
Authority: JP
Inventors: 新一鈴木; 浩一浅見; 祐一郎加藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002296197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検査物表面に存在する欠陥を光学的に検出して欠陥種類の判別を行う表面検査装置に関し、特に、表面に半透明膜を有してなる光透過性基板の基板表面に存在する欠陥種類の判別を行う表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ上に回路パターンを転写するとき、パターン原版としてフォトマスクが使用される。フォトマスクは、マスクブランクス上のフォトレジストを露光して作られる。フォトレジストは、マスクブランクスの表面上に電子線レジストをスピンコートし、電子線描画装置によってパターニングして作られる。このように、マスクブランクスは、フォトマスクの製作素材であり、通常、高精度に研磨された合成石英基板（ガラス基板）の表面上にスパッタリングでクロム膜をコーティングして作られる。マスクブランクスにおいて、クロム膜に微小なピンホールや異物（パーティクル）などの欠陥が存在すると、その欠陥が回路パターンの転写時に転写されて半導体デバイスの品質に影響を及ぼすため、表面検査装置を用いて欠陥有無の検査が行われる。
【０００３】
これらの各種欠陥の効果的な検出方法として、従来の表面検査装置は、クロム膜の遮光性（可視光域での光透過率が０．１％以下）を利用して、欠陥の種類を判別する方法を用いている。すなわち、レーザビームとマスクブランクスとを異なる方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）に相対的に移動させ、マスクブランクスの基板表面側（クロム膜側）に配置した後方受光器で異物からのレーザビームの散乱光（反射光）を検出し、該後方受光器でピンホールからのレーザビームの回折光（ガラス基板に反射して得られる反射光）を検出すると共に、マスクブランクスの基板表面とは反対側（ガラス基板側）に配置した前方受光器でピンホールからのレーザビームの回折光（ピンホールを透過して得られる透過光）を検出する。このように、後方受光器と前方受光器とで異物とピンホールの散乱光および回折光をそれぞれ検出し、後方受光器でのみ散乱光を検出した場合に、該散乱光の検出信号に基づき異物と判定し、後方受光器および前方受光器で回折光を検出した場合に、該回折光の検出信号に基づきピンホールと判定するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フォトマスクにあっては、今後、パターンの解像度を向上できる位相シフトマスクが主流となる傾向にあり、該位相シフトマスクの一例として、ハーフトーン位相マスクがある。このハーフトーン位相マスクは、ガラス基板の表面に従来のクロム膜に代えて透光性を有するハーフトーン膜がコーティングされており、マスク作成が容易であるという利点がある。ハーフトーン位相マスクの製作素材であるマスクブランクスのハーフトーン膜は、可視光域での光透過率が約１０〜５０％であり、クロム膜に比べて光透過率が格段に高い。このため、上記マスクブランクスを従来の表面検査装置を用いてハーフトーン膜に存在するピンホールや異物などの欠陥を判別しようとした場合、異物からのレーザビームの散乱光がハーフトーン膜を透過して前方受光器で検出されてしまう。その結果、前方受光器と後方受光器とで欠陥の種類に関係無くレーザビームの散乱光及び回折光を検出することとなり、ピンホールと異物の判別処理を行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたものであり、表面に半透明膜を有してなる光透過性基板の表面検査にあたって欠陥種類を高精度に判別することのできる表面検査装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面検査装置は、表面に半透明膜を有してなる透光性基板の基板表面に光ビームを照射する照射手段と、前記基板表面側で該基板表面の欠陥に応じた前記光ビームの反射光を検出し、検出信号を出力する第１の検出手段と、前記基板表面とは反対側で該基板表面の欠陥に応じた前記光ビームの透過光を検出し、検出信号を出力する第２の検出手段と、前記第１および第２の検出手段のそれぞれの検出信号のレベルの相関関係を定義する基準関数を設定し、該基準関数を比較基準として該第１および第２の検出手段のそれぞれの検出信号のレベルを比較し、この比較結果に基づき前記基板表面に存在する欠陥が複数の種類の異なる欠陥のいずれかに該当するかを判別する判別手段とを具えたものである。これによれば、第１および第２の検出手段のそれぞれの検出信号のレベルの相関関係を定義する基準関数を比較基準として、第１および第２の検出手段のそれぞれの検出信号のレベルを比較することにより、基板表面に存在する欠陥が複数の種類の異なる欠陥のいずれかに該当するかの判別を行うので、基板表面に存在する欠陥種類を高精度に判別することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る表面検査装置の一実施例を説明する。図１は表面検査装置の概要構成を示す斜視図、図２は同装置のハード構成を示すブロック図である。
図１において、表面検査装置Ａは、透光性のガラス基板Ｍ１の表面に半透明膜であるハーフトーン膜（可視光域での光透過率が約１０〜５０％）Ｍ２をコーティングしてなるマスクブランクスＭの表面検査に適用したものである。検査対象のマスクブランクスＭには、基板表面側（ハーフトーン膜Ｍ２側）から投光装置１によってレーザビームが照射される。投光装置１は、例えば、光源としてアルゴンレーザ発振器１ａを具備する。アルゴンレーザ発振器１ａから出射したレーザビームＬは、ミラー１ｂでビームエキスパンダ１ｃに導入され、該ビームエキスパンダ１ｃで適当なビーム径に拡大された後、ポリゴンミラー１ｄ、スキャンレンズ１ｅおよびミラー１ｆなどを介してマスクブランクスＭの基板表面上に照射されてスポット状に収束されると共に、該ポリゴンミラー１ｄの回転によってＸ方向に走査される。マスクブランクスＭは、レーザビームＬの走査方向に対応する両側面が図示しない一対のアーム（図示せず）によって保持され、該一対のアームによってレーザビームＬの走査と同期してＹ方向にステップ移動される。
【０００８】
マスクブランクスＭの基板表面側には、マスクブランクスＭから反射するレーザビームＬの反射光を該マスクブランクスＭの後方側（レーザビームＬの照射側）で受光する一対の後方受光器２ａ及び２ｂが設けられている。後方受光器２ａ及び２ｂは、図３に示されるように、レーザビームＬに対して２０°〜７０°の角度をもって配置されている。マスクブランクスＭの基板表面とは反対側には、マスクブランクスＭを透過するレーザビームＬの透過光を該マスクブランクスＭの前方側（レーザビームＬの照射側とは反対側）で受光する一対の前方受光器３ａ及び３ｂが設けられている。前方受光器３ａ及び３ｂは、同図に示されるように、レーザビームＬの照射方向に対して２０°〜７０°の角度をもって配置されている。図４（ａ）に示されるように、レーザビームＬの走査中において、マスクブランクスＭのハーフトーン膜Ｍ２に存在するピンホールＨにレーザビームＬが照射されると、その照射ビームは大半がピンホールＨを通り、ガラス基板Ｍ１の開口露出面Ｍ１１から周囲に広がる回折光となってガラス基板Ｍ１を透過するが、一部の照射ビームはガラス基板Ｍ１の開口露出面Ｍ１１で反射してピンホールＨの開口から周囲に広がる回折光Ｌ２となる。従って、ハーフトーン膜Ｍ２にピンホールＨが存在する場合、マスクブランクスＭの基板表面側の回折光Ｌ２の回折光量は基板表面とは反対側の回折光Ｌ１の回折光量よりも少なくなるので、マスクブランクスＭの基板表面側の回折光Ｌ２の強度は大きくなり、マスクブランクスＭの基板表面とは反対側の回折光Ｌ１の強度は小さくなる。これにより、図３に示されるように、マスクブランクスＭの基板表面側の後方受光器２ａ及び２ｂが強度の小さい回折光Ｌ２を受光し、マスクブランクスＭの基板表面とは反対側の前方受光器３ａ及び３ｂが強度の大きい回折光Ｌ１を受光する。一方、図４（ｂ）に示されるように、マスクブランクスＭのハーフトーン膜Ｍ２に存在する異物ＰにレーザビームＬが照射されると、その照射ビームは特定の方向に強調されることのない無指向性のランダムな方向に散乱する散乱光となる。この散乱光のうち、マスクブランクスＭの基板表面とは反対側に散乱する散乱光Ｌ１は、ハーフトーン膜Ｍ２を透過するので、散乱光量が減少して強度が小さくなるが、マスクブランクスＭの基板表面側に散乱する散乱光Ｌ２は、ハーフトーン膜Ｍ２を透過しないので、散乱光量が減少することがなく、よって、その強度は散乱光Ｌ１の強度よりも大きくなる。従って、ハーフトーン膜Ｍ２に異物Ｐが存在する場合、図３に示されるように、マスクブランクスＭの基板表面側の後方受光器２ａ及び２ｂが強度の大きい散乱光Ｌ３を受光し、マスクブランクスＭの基板表面とは反対側の前方受光器３ａ及び３ｂが強度の小さい散乱光Ｌ４を受光する。
【０００９】
後方受光器２ａ及び２ｂは、レーザビームＬの走査中において、ピンホールＨからの回折光Ｌ２若しくは異物Ｐからの散乱光Ｌ３（以下、回折光Ｌ２および散乱光Ｌ３を反射光Ｌ２，Ｌ３と記載する。）を受光すると、その反射光Ｌ２，Ｌ３を図２に示される光ファイバー４ａ及び４ｂを介してフォトマルチプライヤ５に出力する。フォトマルチプライヤ５では、上記反射光Ｌ２，Ｌ３を光電変換して、該反射光Ｌ２，Ｌ３の受光レベル（輝度レベル）に応じた検出信号（輝度レベルに応じた電流値）ｉＦをデータ処理回路８に出力する。前方受光器３ａ及び３ｂは、レーザビームＬの走査中において、ピンホールＨからの回折光Ｌ１若しくは異物Ｐからの散乱光Ｌ４（以下、回折光Ｌ１および散乱光Ｌ４を透過光Ｌ１，Ｌ４と記載する。）を受光すると、その透過光Ｌ１，Ｌ４を図２に示される光ファイバー６ａ及び６ｂを介してフォトマルチプライヤ７に出力する。フォトマルチプライヤ７では、上記透過光Ｌ１，Ｌ４を光電変換して、該透過光Ｌ１，Ｌ４の受光レベル（輝度レベル）に応じた検出信号（輝度レベルに応じた電流値）ｉＢをデータ処理回路８に出力する。
【００１０】
図５を参照して、データ処理回路８でのピンホールと異物との判別処理を説明する。データ処理回路８は、図示しないインタフェイス８ａ、ＭＰＵ８ｂ及びメモリ８ｃなどを含んで構成されている。データ処理回路８では、ＭＰＵ８ｂがメモリ８ｃに格納されているプログラムを実行し、各フォトマルチプライヤ５及び７から得られるそれぞれの検出信号ｉＦ及びｉＢをインタフェイス８ａで信号処理して、該各検出信号ｉＦ及びｉＢの検出レベルに応じた所定の検出データ（電圧データ）ｖＦ及びｖＢに変換した後、その検出データｖＦ及びｖＢを取り込んで（ステップＳ１）、次のステップＳ２に進む。
【００１１】
ステップＳ２では、ＭＰＵ８ｂが図６に示される欠陥判定テーブルＴを用いてピンホールと異物とを判別する判別処理を行う。上述したように、前方受光によるピンホールの透過光の検出レベルは、後方受光による該ピンホールの反射光の検出レベルよりも大きく、また、後方受光による異物の反射光の検出レベルは、前方受光による該異物の透過光の検出レベルよりも小さい。ところが、後方受光による異物の反射光の検出レベルと後方受光によるピンホールの反射光の検出レベルとを比較した場合、ピンホールの反射光の検出レベルに比べて異物の反射光の検出レベルが大きくなるという傾向がある。また、前方受光による異物の透過光の検出レベルと前方受光によるピンホールの透過光の検出レベルとを比較した場合、異物の透過光の検出レベルに比べてピンホールの透過光の検出レベルが大きくなるという傾向がある。従って、後方受光の検出データｖＢに対する前方受光の検出データｖＦの割合（比率）からピンホールと異物とをある程度判別することができる。ＭＰＵ８ｂでは、上記透過光の検出レベルと反射光の検出レベルとの相関関係を定義する基準関数を設定した欠陥判定テーブルＴを用いてピンホールと異物とを判別する。欠陥判定テーブルＴにおいて、横軸（Ｘ軸）は前方受光の検出レベルに、縦軸（Ｙ軸）は後方受光の検出レベルにそれぞれ対応しており、基準関数として、例えば、一次関数の弁別線Ｓが設定されている。弁別線Ｓは、一般式
ｙ＝ａｘ
で表される。ここに、「ａ」は傾きである。この傾きａは次のような方法を用いて求められる。すなわち、異物評価用のマスクブランクスのハーフトーン膜に大きさの異なる複数種類の標準粒子を付着させ、この標準粒子について前方受光の透過光による検出データと後方受光による反射光の検出データとを得て、後方受光の検出データに対する前方受光の検出データの割合（比率）から求めたものである。なお、傾きａは、同図に示される破線の傾き（＝１）よりも小さいが、これは異物サイズが大きくなるに従って後方受光による反射光に比べ前方受光による透過光の割合が大きくなっていくためである。ＭＰＵ８ｂは、弁別線Ｓを比較基準として、後方受光の検出データｖＢおよび前方受光の検出データｖＦのそれぞれの検出レベルを比較し、各検出データｖＢ及びｖＦが弁別線Ｓの下領域となる場合にピンホールと判定し（ステップＳ３）し、該各検出データｖＦ及びｖＢが弁別線Ｓの上領域となる場合に異物と判定する（ステップＳ４）。
【００１２】
ステップＳ５では、ステップＳ３及びＳ４で判定したピンホール及び異物のサイズと位置の判定処理を行う。ＭＰＵ８ｂは、メモリ８ｃに格納されている欠陥サイズ判定プログラムを実行し、上記検出データｖＦ及びｖＢの検出レベルに基づいてピンホール及び異物のサイズを判定する。また、ＭＰＵ８ｂは、メモリ８ｃに格納されている欠陥位置判定プログラムを実行し、図２に示される同期信号発生回路９からレーザビームＬの走査とマスクブランスクスＭの移動に同期して供給される同期信号に基づきピンホール及び異物の位置を判定して、ステップＳ６に進む。
【００１３】
ステップＳ６では、ステップＳ５で判定したピンホール及び異物のサイズと位置の表示処理を行う。ＭＰＵ８ｂは、メモリ８ｃに格納されている欠陥表示プログラムを実行し、ピンホールと異物のサイズ及び位置を表示するための表示指令信号をインタフェイス８ａを介して図２に示される液晶ディスプレイやＣＲＴなどの表示装置１０に出力する。これによって、表示装置１０には、ピンホール及び異物のサイズと位置が表示される。
【００１４】
本例に示す表面検査装置において、欠陥判定テーブルＴに設定される弁別線Ｓは一次関数に限られるものでなく、一次関数以外にも曲線を含む関数を弁別線として適宜設定してよい。また、マスクブランクスＭに照射されるレーザビームはこれに限られるものでなく、このレーザビームに代えて、白色光や紫外線照射光を用いてもよい。また、前方受光器及び後方受光器は、２対以上用いてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る表面検査装置によれば、第１および第２の検出手段のそれぞれの検出信号のレベルの相関関係を定義する基準関数を比較基準として、第１および第２の検出手段のそれぞれの検出信号のレベルを比較するようにしたので、基板表面に存在する欠陥が複数の種類の異なる欠陥のいずれかに該当するかの判別を行うことができ、よって、基板表面に存在する欠陥種類を高精度に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面検査装置の一実施例を示す概要構成図。
【図２】同装置のハード構成を示すブロック図。
【図３】前方受光器による透過光の受光状態及び後方受光器による反射光の受光状態を示す説明図。
【図４】前方受光器による透過光及び後方受光器による反射光の強度原理を説明する説明図。
【図５】データ処理回路でのピンホールと異物との判別処理を示すフロー図。
【図６】データ処理回路の欠陥判定テーブルの説明図。
【符号の説明】
１投光装置
２ａ，２ｂ後方受光器
３ａ，３ｂ前方受光器
４ａ，４ｂ、６ａ，６ｂ光ファイバー
５，７フォトマルチプライヤ
８データ処理回路
９同期信号発生器
１０表示装置
Ｍマスクブランクス
Ｍ１ガラス基板
Ｍ２ハーフトーン膜
Ｌレーザビーム

Claims

表面に半透明膜を有してなる透光性基板の基板表面に半透明膜側から光ビームを照射する照射手段と、
前記基板表面側で該基板表面の欠陥に応じた前記光ビームの反射光を検出し、検出信号を出力する前記光ビームに対して２０°〜７０°の角度に設けられた複数の後方受光器と、
前記基板表面とは反対側で該基板表面の欠陥に応じた前記光ビームの透過光を検出し、検出信号を出力する前記光ビームの照射方向に対して２０°〜７０°の角度に設けられた複数の前方受光器と、
前記複数の後方受光器および複数の前方受光器のそれぞれの検出信号のレベルの相関関係を定義する基準関数を設定し、該基準関数を比較基準として該複数の後方受光器および複数の前方受光器のそれぞれの検出信号のレベルを比較し、この比較結果に基づき前記基板表面に存在する欠陥が半透明膜のピンホールであるか、異物であるかを判別する判別手段とを具えた表面検査装置。
前記透光性基板はハーフトーン位相マスクブランクスであることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記ハーフトーン位相マスクブランクスのハーフトーン膜の可視光透過率は約10％から50％であることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
前記複数の後方受光器および複数の前方受光器は、それぞれ光ファイバーを介して、フォトマルへ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
複数の後方受光器および複数の前方受光器はそれぞれ一対をなしていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。