JP4922331B2

JP4922331B2 - パターン検査装置

Info

Publication number: JP4922331B2
Application number: JP2009078233A
Authority: JP
Inventors: 力小川
Original assignee: Toshiba Corp; NEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; NEC Corp
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP2010230478A

Description

本発明は、被測定試料のパターンを検査するパターン検査装置に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化に伴い、マスク（あるいはレチクル）に形成されるパターンの微細化が進んできている。そのため、マスクのパターンの欠陥検査装置にも高性能なものが求められている。

欠陥検査装置の解像力を向上させるための方法として、照明光の照明条件を変える方法がある。一般的に、照明を輪帯照明にすると空間周波数の高域が強調される。また、照明のＮＡ（開口数）を適当に絞ると空間周波数の中域が強調される。

マスクの検査装置としては、検査対象のマスクパターンには粗密が有るため、空間周波数の中域、高域共に分解能を上げることが望ましい。このために、例えば、輪帯照明の検査と円形照明の検査を２回行う方法も有る。しかし、この方法では、検査時間が増大して生産性を損なう。

一方、検査時間を短縮するために、複数の結像光学系を有する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−９３４３１号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、検査時間の増大を抑制しつつ、検査精度を向上させるパターン検査装置を提供することにある。

本発明のパターン検査装置は、被検査試料のパターン面に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、光源と、前記パターン面のフーリエ変換面に設けられ前記光源から射出された光線を異なる形状および方向を有する第１および第２の照明光に分割する機能を備え、前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成される光学素子を有し、前記第１および第２の照明光により前記パターン面の第１および第２のパターン領域をそれぞれ異なる照明条件で照明する照明光学系と、前記第１および第２のパターン領域を照明した前記第１および第２の照明光を透過する対物レンズと、第１および第２の検出センサと、前記対物レンズを透過した前記第１および第２の照明光をそれぞれ前記第１および第２の検出センサに結像する第１および第２の結像光学系とを備えることを特徴とする。

上記態様のパターン検査装置において、前記光学素子が前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成され、一方の領域の形状が輪帯状であることが望ましい。

上記態様のパターン検査装置において、前記光学素子が前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成され、一方の領域に前記光源から射出される光線の方向を変えるためのウェッジプレートが設けられていることが望ましい。

上記態様のパターン検査装置において、前記光学素子が前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成され、一方の領域に前記光源から射出される光線の方向を変えるための回折格子が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、検査時間の増大を抑制しつつ、検査精度を向上させるパターン検査装置を提供することが可能となる。

マスク検査装置の構成図である。光学素子の一例の説明図である。判定回路の欠陥同定処理の一例を示す図である。光学素子の別の一例の説明図である。フーリエ変換面での照明光とマスクのパターン面のパターン領域との関係を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

実施の形態のパターン検査装置は、被検査試料のパターン面に形成されたパターンを検査するパターン検査装置である。そして、光源と、パターン面のフーリエ変換面に設けられ光源から射出された光線を異なる形状および方向を有する第１および第２の照明光に分割する機能を備える光学素子を有し、第１および第２の照明光によりパターン面の第１および第２のパターン領域をそれぞれ異なる照明条件で照明する照明光学系と、第１および第２のパターン領域を照明した第１および第２の照明光を透過する対物レンズと、第１および第２の検出センサと、対物レンズを透過した第１および第２の照明光をそれぞれ第１および第２の検出センサに結像する第１および第２の結像光学系とを備える。

実施の形態のパターン検査装置は、上記構成を備えることにより、異なる照明条件で照明された画像を、同時に取得することが可能となる。したがって、検査時間の増大を抑制しつつ、検査精度を向上させるパターン検査装置を実現できる。

以下、パターン検査装置として、半導体装置の製造で用いられるマスク（あるいはレチクル、またはフォトマスク）の欠陥を検査するマスク検査装置を例に説明する。もっとも、本発明はマスク検査装置以外にも、例えば、半導体ウェハ上の欠陥を検査するウェハ検査装置等に適用しても同様の作用・効果を得ることができる。

図１は、マスク検査装置の構成図である。マスク検査装置１０は、マスクの光学画像データを得るための画像取得部１２と、画像取得部１２の制御および画像取得部１２で得られた光学画像データの処理を行う制御部１４とを備えている。

画像取得部１２は、例えばレーザを使用する光源１６を備えている。また、光源１６から被検査試料であるマスク１８までの間の光路に設けられる照明光学系２０を備えている。マスク１８の一方の面であるパターン面には、例えば、半導体装置の配線層などのパターンが形成されている。このマスク１８は、例えば、水平方向に移動可能なステージ（図示せず）上に載せられている。

そして、マスク１８のパターン面を照明した照明光を透過する対物レンズ２２と、第１の検出センサ２４および第２の検出センサ２６を備えている。また、対物レンズ２２を透過した照明光を第１および第２の検出センサ２４、２６に、マスクパターンの光学画像として結像する第１の結像光学系２８および第２の結像光学系３０を備えている。

照明光学系２０は、光源１６から射出された光線を拡大するための、ビームエキスパンダ３２を備えている。そして、拡大された光線を、分割するための光学素子３４がマスク１８のパターン面のフーリエ変換面に相当する位置に設けられている。

光学素子３４は、光線４０を異なる形状および方向を有する第１の照明光４０ａおよび第２の照明光４０ｂに分割する機能を備える。ここで、第１および第２の照明光４０ａ、４０ｂが異なる形状を有するとは、分割直後の照明光を、その照明光の進行方向に対し垂直な平面で見た場合に、それぞれが異なる形状を示すことを意味する。

図２は、光学素子の一例の説明図である。図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図である。

光学素子３４は、光源から射出される光線を分割するために２つの領域、すなわち第１の領域３４ａ、第２の領域３４ｂで構成されている。そして、第１の領域３４ａの形状は円形状であり、第２の領域３４ｂの形状は輪帯状（あるいはドーナッツ状）である。そして、第１の領域３４ａは素ガラスが設けられるか中空である。また、第２の領域３４ｂには、入射する光線の方向を変えるための回折格子が設けられている。

図２（ａ）に示すように、光源から光学素子３４に入射される光線４０のうち、第１の領域３４ａを通過する光線は、円形状の第１の照明光４０ａとして直進する。一方、第２の領域３４ｂを通過する光線は、回折格子で回折して曲げられることにより、わずかに方向を変えた輪帯状の第２の照明光４０ｂとなって進む。

照明光学系２０には、コンデンサレンズ４２が設けられる。そして、光学素子３４で分割された第１の照明光４０ａと第２の照明光４０ｂがコンデンサレンズ４２を通過し、マスク１８のパターン面上の位置の異なる第１のパターン領域４４ａおよび第２のパターン領域４４ｂを、それぞれ異なる照明条件で照明するよう照明光学系２０が構成されている。

なお、図１の光学素子３４は、図２に例示した光学素子を適用するものとする。上述のように、光学素子３４はマスク１８のパターン面のフーリエ変換面に設けられている。したがって、回折格子での回折角に応じた分だけ、第２のパターン領域４４ｂの位置を第１のパターン領域に対してシフトすることが可能になる、と同時に第２のパターン領域４４ｂにおいて輪帯照明を実現できる。また、第１のパターン領域４４ａにおいては、円形照明が実現できる。

第１の結像光学系２８と第２の結像光学系３０は、マスク１８のパターン面上で異なる視野を持つように設計されている。図１のマスク検査装置１０では、第１の結像光学系２８は第１のパターン領域４４ａを撮像可能な視野を有し、第２の結像光学系３０は第２のパターン領域４４ｂを撮像可能な視野を有するよう構成されている。

マスク１８を透過した第１および第２の照明光４０ａ、４０ｂは対物レンズ２２を透過し、ハーフミラー４６で２方向に分岐される。そして、第１のパターン領域４４ａを照明した第１の照明光４０ａは、第１の結像光学系２８に設けられた第１の結像レンズ４８によって、第１の検出センサ２４に結像するよう第１の結像光学系２８が構成されている。また、第２のパターン領域４４ｂを照明した第２の照明光４０ｂは、第２の結像光学系３０に設けられた第２の結像レンズ５０によって、第２の検出センサ２６に結像するよう第２の結像光学系３０が構成されている。

すなわち、図１の構成では、第１の検出センサ２４は円形照明で撮像された画像を取得する。また、第２の検出センサ２６は輪帯照明で撮像された画像を取得する。そして、取得された画像はそれぞれ検出センサにより電子的な画像データに変換される。

制御部１４は、第１の比較回路５２、第２の比較回路５４、判定回路５６、第１のストレージ５８、第２のストレージ６０、およびディスプレイ６２を備えている。

第１の検出センサ２４は画像データを、第１の比較回路５２に出力する。第１の比較回路５２は第１の検出センサ２４から得られた画像データと、第１のストレージ５８に蓄えられた参照画像データとの比較照合を行い、欠陥検出を行う。検出された欠陥信号は判定回路５６に出力される。

第２の検出センサ２６は画像データを、第２の比較回路５４に出力する。第２の比較回路５４は第２の検出センサ２６から得られた画像データと、第１のストレージ５８に蓄えられた参照画像データとの比較照合を行い、欠陥検出を行う。検出された欠陥信号は判定回路５６に出力される。

判定回路５６での比較照合は、参照画像データとして、描画データから生成した画像データを用いる、いわゆるＤｉｅｔｏＤａｔａｂａｓｅ比較であっても、参照画像データとして、同一ダイの別の個所から取得された画像データを用いる、いわゆるＤｉｅｔｏＤｉｅ比較であっても構わない。

判定回路５６は、マスク位置を計測する変位計６４によって得られたマスク位置情報と第１の比較回路５２および第２の比較回路５４から得られた欠陥情報から、マスク１８上の欠陥分布のマッピングを行う。

例えば、第１の比較回路５２から得られた欠陥および第２の比較回路５４から得られた欠陥のうち互いに位置が同一の欠陥は、同一の欠陥とみなす処理を行う。このような処理を行った上で、欠陥情報を第２のストレージ６０に蓄える。欠陥情報は必要に応じてディスプレイ６２に表示する。

図３は、判定回路の欠陥同定処理の一例を示す図である。照明条件が異なるため特性が異なる２種類の画像に対して独立に欠陥検出を行った場合、２つの検出結果が得られる。欠陥の種類によっては、一方の照明条件で検出できるものがある。したがって、図４に示すように、第１の比較回路５２から得られた欠陥の集合Ａと第２の比較回路５４から得られた欠陥の集合Ｂの結びＡ∪Ｂをもって最終結果とすることが望ましい。

このように、マスク欠陥検査装置１０によれば、円形照明と輪帯照明という２つの異なる照明条件での欠陥検査を同時に実行することが可能となる。したがって、検査時間の増大を抑制しつつ、広い空間周波数領域において高解像度が得られ、検査精度が向上するマスク検査装置を実現できる。

図４は、光学素子の別の一例の説明図である。図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は平面図である。

光学素子３４は、光源から射出される光線を分割するために２つの領域、すなわち第１の領域３４ａ、第２の領域３４ｂで構成されている。そして、第１の領域３４ａの形状は円形状であり、第２の領域３４ｂの形状が輪帯状（あるいはドーナッツ状）である。そして、第１の領域３４ａには、入射する光線の方向を変えるための透明で、例えばガラスで形成されるウェッジプレートが設けられている。このウェッジプレートは、例えば、光学素子の外枠から支持部材で支えられる。また、第２の領域３４ｂは、素ガラスが設けられるか中空となっている。

図４（ａ）に示すように、光源から光学素子３４に入射される光線４０のうち、第１の領域３４ａを通過する光線は、ウェッジプレートで屈折し曲げられることにより、わずかに方向を変えた円形状の第１の照明光４０ａとなる。一方、第２の領域３４ｂを通過する光線は輪帯状の第２の照明光４０ｂとして直進する。

ウェッジプレートを用いる場合、回折格子で光線を曲げる場合よりも簡易かつ安価に製造できるという利点がある。

なお、光学素子の構成は、図２や図４で説明した構成に限られることはなく、光源から射出された光線を異なる形状および方向を有する第１および第２の照明光に分割し、第１および第２のパターン領域をそれぞれ異なる照明条件で照明することを可能にする構成であれば構わない。例えば、円形の光線を左右２つの半円形状に分割し、一方を曲げる構成であっても構わない。

図５は、フーリエ変換面での照明光とマスクのパターン面のパターン領域との関係を示す図である。図５（ａ）は、第１のパターン領域と第２のパターン領域の位置がマスクのパターン面上で重ならない場合である。図５（ｂ）は、第１のパターン領域と第２のパターン領域の位置がマスクのパターン面上で重なる場合である。

パターン面上の第１のパターン領域４４ａと第２のパターン領域４４ｂの位置関係は、光学素子で光線を曲げる際の角度を調整することで変更が可能である。この角度を変えることにより、図５（ｂ）に示すように、第１のパターン領域４４ａと第２のパターン領域４４ｂとが重なる第３のパターン領域４４ｃを形成することも可能である。図５（ｂ）では、第１のパターン領域４４ａと、第３のパターン領域４４ｃが異なる条件の円形照明、第２のパターン領域４４ｂが輪帯照明の条件で照明される。そして、例えば、第３のセンサを新たに設け、第１のセンサの撮像範囲７０ａ、第２のセンサの撮像範囲７０ｂ、第３のセンサの撮像範囲７０ｃを図５（ｂ）のように設定することで、３種類の照明条件で、同時に欠陥検査を行うことが可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、パターン検査装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるパターン検査装置の構成要素を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。

例えば、実施の形態においては、透過照明の場合を例に説明したが、反射照明においても同様の作用・効果を実現することが可能である。

１０マスク検査装置
１２画像取得部
１４制御部
１６光源
１８マスク
２０照明光学系
２２対物レンズ
２４第１の検出センサ
２６第２の検出センサ
２８第１の結像光学系
３０第２の結像光学系
３４光学素子
３４ａ第１の領域
３４ｂ第２の領域
４０光線
４０ａ第１の照明光
４０ｂ第２の照明光
４４ａ第１のパターン領域
４４ｂ第２のパターン領域

Claims

被検査試料のパターン面に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、
光源と、
前記パターン面のフーリエ変換面に設けられ前記光源から射出された光線を異なる形状および方向を有する第１および第２の照明光に分割する機能を備え、前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成される光学素子を有し、前記第１および第２の照明光により前記パターン面の第１および第２のパターン領域をそれぞれ異なる照明条件で照明する照明光学系と、
前記第１および第２のパターン領域を照明した前記第１および第２の照明光を透過する対物レンズと、
第１および第２の検出センサと、
前記対物レンズを透過した前記第１および第２の照明光をそれぞれ前記第１および第２の検出センサに結像する第１および第２の結像光学系とを備えることを特徴とするパターン検査装置。
前記光学素子が前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成され、一方の領域の形状が輪帯状であることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
前記光学素子が前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成され、一方の領域に前記光源から射出される光線の方向を変えるためのウェッジプレートが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパターン検査装置。
前記光学素子が前記光源から射出される光線を分割するために２つの領域で構成され、一方の領域に前記光源から射出される光線の方向を変えるための回折格子が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパターン検査装置。