JP5274176B2 - マスク検査装置及びマスク検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスクの欠陥を検査するマスク検査装置及びマスク検査方法に関する。

半導体デバイスの製造過程において、基板上にパターンを形成するためにレチクル又はフォトマスク（以下「マスク」という）が用いられている。マスクが欠陥を有すると、パターンに欠陥が転写されるため、マスク検査装置を用いてマスクの欠陥検査が行われている。

マスクの検査方法としては、ダイ・トゥ・ダイ（Die-to-Die）検査と、ダイ・トゥ・データベース（Die-to-Database）検査とが知られている。

ダイ・トゥ・ダイ検査では、１枚のマスクの異なる位置に描画された同一パターンの光学画像同士が比較される。これに対し、ダイ・トゥ・データベース検査では、マスク作成時に使用した設計データ（ＣＡＤデータ）から生成した参照画像と、マスクに描画されたパターンの光学画像とが比較される。

近年、半導体デバイスの回路パターンの微細化及び複雑化が進んでおり、マスク検査装置において処理されるデータ量が増大している。一方、処理データ量の増大に伴い、検査時間の増大が懸念されている。

検査時間を短縮するため、例えば、特許文献１記載のマスク検査装置では、光学画像を分割し、各光学画像と比較される参照画像の生成及び両画像の比較を行う画像比較部を多重化することで、当該マスク検査装置におけるデータ処理を並行処理化している。

然し、このような並行処理を行うためには、マスク検査装置の構成が複雑かつ大型化する。従って、マスク検査装置の製造コストが上昇し、結果として半導体デバイスやマスクの価格の上昇を招くという問題がある。

また、上記特許文献１記載のマスク検査装置では、光学画像をフレーム単位に分割するタイミングと同期して、その分割された光学画像とフレーム単位で生成された参照画像とが比較されていた。このため、フレーム単位ではなくマスク全体の光学画像と参照画像とを用いてマスクパターンの欠陥検出を行うことができなかった。
特開平１１−３０４７１９号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、マスク全体の光学画像及び参照画像を用いてマスクの欠陥検査を行うことが可能なマスク検査装置及びマスク検査方法を提供することにある。

本発明の他の課題および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、検査対象物であるマスクの光学画像を所定の単位毎に取得する光学画像取得部と、前記マスクの設計データから参照画像を所定の単位毎に生成する参照画像生成部と、前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像を逐次格納すると共に、前記参照画像生成部により生成された所定の単位の参照画像を逐次格納する画像格納部と、前記画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、前記画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて前記マスクに描画されたパターンの欠陥検査を行う欠陥検査部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第１の態様において、前記画像格納部は、フラッシュメモリであることが好適である。

本発明の第１の態様において、前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像と、前記参照画像生成部により生成された所定の単位の参照画像を用いて、前記光学画像の取得タイミングと同期して予備検査を行う予備検査部を更に備えるように構成してもよい。

本発明の第１の態様において、テストマスクの所定の単位の光学画像及び参照画像を逐次格納するテストマスク用画像格納部と、前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像がテストマスクの光学画像であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、前記光学画像取得部により取得された光学画像の格納先を前記画像格納部と前記テストマスク用画像格納部との間で切り換える切換手段とを更に備えるように構成してもよい。

また、上記課題を解決するため、本発明の第２の態様は、検査対象物であるマスクの光学画像を所定の単位毎に取得するステップと、前記マスクの設計データから参照画像を前記所定の単位毎に生成するステップと、前記所定の単位毎に取得された光学画像を画像格納部に逐次格納すると共に、前記所定の単位毎に生成された参照画像を前記画像格納部に逐次格納するステップと、前記画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、前記画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて前記マスクに描画されたパターンの欠陥検査を行うステップとを含むことを特徴とする。

本発明の第１の態様では、光学画像取得部により取得された所定単位の光学画像と、参照画像生成部により生成された所定単位の参照画像とが画像格納部により逐次格納される。画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いてマスクに描画されたパターンの欠陥検査が欠陥検査部により行われる。従って、この第１の態様によれば、マスク全体の光学画像及び参照画像を用いてマスクの欠陥検査を行うことができる。

本発明の第２の態様では、所定単位毎に取得されたマスクの光学画像と、所定単位毎に生成されたマスクの参照画像とが画像格納部に逐次格納される。そして、画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、この格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いてパターン欠陥検査が行われる。従って、この第２の態様によれば、マスク全体の光学画像及び参照画像を用いてマスクの欠陥検査を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態によるマスク検査装置１００の構成を示す概念図である。マスク検査装置１００は、検査対象物たるマスク１０１を保持するステージ１０２を備えている。

ステージ１０２は、図示省略するモータにより、Ｘ方向及びＹ方向に駆動可能である。ステージ１０２の駆動制御は、制御部１５０によって実行される。制御部１５０は、マスク検査に関する全体的な制御を実行するものである。

ステージ１０２のＹ方向及びＸ方向に平行な側面にはそれぞれミラー１１１、１１３が設けられている。これらミラー１１１、１１３に対向してＸ軸レーザ干渉計１１２及びＹ軸レーザ干渉計１１４が配置されている。

Ｘ軸及びＹ軸レーザ干渉計１１２、１１４は、ミラー１１１、１１３に向けてレーザ光を発し、ミラー１１１、１１３による反射光を受光することにより、ステージ１０２のＸ方向及びＹ方向の位置を測定するものである。

Ｘ軸及びＹ軸レーザ干渉計１１２、１１４の測定結果は、光学画像取得部１１６に送信され、光学画像を格納する際に用いられる。

また、マスク検査装置１００は、レーザ光を発する光源１０４を備えている。光源１０４からのレーザ光は、照明光学系１０６を介して、マスク１０１に照射される。

マスク１０１を透過したレーザ光は、対物レンズ１０８を介して画像センサ１１０に結像される。画像センサ１１０は、例えば、２０４８画素×５１２画素の撮像領域を有するＴＤＩセンサである。

図示省略するが、画像センサ１１０は、ＴＤＩ方向（電荷蓄積方向）に並ぶ複数段（例えば、５１２段）のラインによって構成され、各ラインはＴＤＩ方向に垂直な方向に並ぶ複数の画素（例えば、２０４８画素）によって構成されている。尚、画像センサ１１０は、蓄積した電荷を双方向から出力可能に構成されている。

画像センサ１１０は、ＴＤＩ方向とステージ１０２のＸ方向が一致するように配置されている。従って、ステージ１０２をＸ方向に移動させると、画像センサ１１０がマスク１０１に対して相対的に移動するため、画像センサ１１０によりマスク１０１のパターンが撮像される（図２参照）。

画像センサ１１０の出力（光学画像）は、図示しないアンプにより増幅された後、光学画像取得部１１６に格納される。このとき、上記Ｘ軸及びＹ軸レーザ干渉計１１２、１１４により測定されたＸ方向及びＹ方向の位置と関連づけて１ライン分の光学画像が格納される。

図２に示すように、マスク１０１の被検査領域Ｒは、Ｙ方向に沿って短冊状の複数の検査ストライプに仮想分割される。各検査ストライプの幅（スキャン幅）は、上記ＴＤＩセンサ１１０のライン長に応じて設定される。

マスク１０１を保持した状態でステージ１０２をＸ方向に連続移動させながら、上記仮想分割された１つの検査ストライプの光学画像を画像センサ１１０によって撮像する。その検査ストライプの終端に達すると、ステージ１０２をＹ方向に移動させる。その後、ステージ１０２を反対のＸ方向に連続移動させながら、次の検査ストライプの光学画像を画像センサ１１０によって撮像する。

光学画像取得部１１６に格納された１検査ストライプ分の光学画像は、後述する予備検査部１２０に入力される。

また、図１に示すマスク検査装置１００は、参照画像生成部１１８を備えている。参照画像生成部１１８は、記憶装置１５２に格納されたマスク１０１生成時の設計データ（ＣＡＤデータ）から参照画像を検査ストライプ単位で生成するものである。

参照画像生成部１１８により生成された１検査ストライプ分の参照画像は、予備検査部１２０に入力される。この予備検査部１２０は、光学画像を取得するタイミングと同期して、後述する欠陥検査部１２４による詳細なパターン欠陥検査よりも簡易かつ予備的な検査を行うものである。

ここで、簡易かつ予備的な検査とは、レーザ光の光量不足やフォーカスずれのような光学系の異常や、光学画像と比較される参照画像の間違いや、修復不可能な巨大欠陥の発見などの検査である。これらの検査は、欠陥検査部１２４による詳細な欠陥検査を行う前に行うことが望ましい。また検査結果は、予備検査部１２０から制御部１５０に転送され、図示しない表示部に表示される。これにより、オペレータは、上記光学系の異常などを知ることができる。

予備検査部１２０による検査で用いられた検査ストライプ単位の光学画像と参照画像は、フラッシュメモリ１２２にシーケンシャルに格納される。例えば、フラッシュメモリ１２２の光学画像格納領域１２２Ａに光学画像が順次格納されると共に、参照画像格納領域１２２Ｂに参照画像が順次格納される。

これらの格納時には、図３に示すように、光学画像及び参照画像を格納する領域（メモリアクセス領域）の周辺だけを荷電するため、荷電領域を必要最小限の面積に抑えることができる。従って、消費電力及び発熱量を抑えることができるため、環境負荷を低減できる。

フラッシュメモリ１２２としては、例えば、容量が４０テラバイトのＮＡＮＤ型フラッシュメモリを用いることができる。

図４は、フラッシュメモリ１２２の容量を説明するための参考図である。図４に示すように、マスク１０１の検査領域Ｒのサイズは、例えば、１３０ｍｍ×１３０ｍｍである。この検査領域Ｒにおける５０ｎｍ×５０ｎｍの微小領域を２５６階調の１つのピクセルで表現するために必要な容量は１バイトである。そうすると、検査領域Ｒ全ての光学画像及び参照画像を格納するためには、それぞれ約７テラバイトの計約１４テラバイトの容量が必要となる。尚、図１には、透過照明のみを図示しているが、反射照明を用いる場合にはさらに約１４テラバイトの容量が必要となる。従って、フラッシュメモリ１２２は、例えば、容量が４０テラバイトのものを用いることが好適である。

ところで、上記マスク１０１の被検査領域Ｒよりも狭い被検査範囲を有するテストマスクを用いて、光学画像と参照画像の位置ずれの検査（繰り返し検査）を行うことが知られている。このとき、上記フラッシュメモリ１２２にテストマスクの光学画像及び参照画像を格納させると、フラッシュメモリ１２２の狭い範囲に書き込み及び読み込みが集中し、フラッシュメモリ１２２の寿命が短くなる。フラッシュメモリの弱点として、読み込み及び書き込み回数の制限があることが知られている。

図１に示すマスク検査装置１００は、フラッシュメモリ１２２とは別に、テストマスク用ＤＲＡＭ１２６を備えている。

このテストマスク用ＤＲＡＭ１２６は、繰り返し検査時に取得されるテストマスクの光学画像を格納する領域１２６Ａと、この光学画像と同期して生成される参照画像を格納する領域１２６Ｂとを有する。このテストマスク用ＤＲＡＭ１２６を設けることで、繰り返し検査時にフラッシュメモリ１２２の書き込み及び読み込みが行われないため、フラッシュメモリ１２２の寿命を延ばすことができる。

尚、前述したように、テストマスクの被検査領域は上記マスク１０１の被検査領域Ｒよりも狭い。このため、全体が荷電されるＤＲＡＭ１２６を用いても、さほど消費電力は問題とならない。

欠陥検査部１２４は、高速データ伝送ＬＡＮを介してフラッシュメモリ１２２及び繰り返し検査用ＤＲＡＭにそれぞれ接続されている。

欠陥検査部１２４は、フラッシュメモリ１２２にアクセスし、フラッシュメモリ１２２に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて、マスク１０１に描画されたパターン（例えば、ラインパターンやホールパターンなど）の欠陥の有無を検査するものである。

例えば、２〜３列の検査ストライプ分の光学画像をフラッシュメモリ１２２から読み出すと共に、その読み出した光学画像を纏める。２〜３列の検査ストライプ分の参照画像をフラッシュメモリ１２２から読み出し、その読み出した参照画像を纏める。それらの纏められた光学画像と参照画像とを比較することで、ラフな欠陥検出を短時間で行うことができる。

尚、画像読み出し時には、上述した画像格納時と同様に、荷電領域を必要最小限の面積に抑えることができる（図３参照）。従って、メモリ全体を荷電するＤＲＡＭに比べて、消費電力及び発熱量を抑えることができ、環境負荷を低減できる。

欠陥検査部１２４は、マスク全体の光学画像及び参照画像がフラッシュメモリ１２２に格納された後であれば、フラッシュメモリ１２２にアクセス可能である。

また、欠陥検査部１２４は、繰り返し検査用ＤＲＡＭ１２６にアクセスし、そのＤＲＡＭ１２６に格納されたテストマスクの光学画像と参照画像とを用いて繰り返し検査を行うことが可能である。

次に、図５を参照して、本実施の形態によるマスク検査方法を説明する。図５に示すルーチンは、制御部１５０により起動される。

図５に示すルーチンによれば、先ず、マスク１０１の光学画像を検査ストライプ単位で取得する（ステップＳ１００）。

次に、マスク１０１作製時の設計データを用いて、マスク１０１の参照画像を検査ストライプ単位で生成する（ステップＳ１０２）。

次に、上記ステップＳ１００で取得された１検査ストライプ分の光学画像と、上記ステップＳ１０２で生成された１検査ストライプ分の参照画像とを用いて、予備検査部１２０により予備検査を実行する（ステップＳ１０４）。

このステップＳ１０４では、光学系の異常や、光学画像と比較される参照画像の間違いや、修復不可能な巨大欠陥の発見などの簡易かつ予備的な検査が行われる。

次に、上記ステップＳ１００で取得された光学画像がテストマスクの光学画像であるか否かを判別する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６では、ステージ１０２上にマスク１０１をセットする際の情報に基づいて、テストマスクの光学画像であるか否かが判別される。

上記ステップＳ１０６でテストマスクの光学画像ではないと判別された場合、フラッシュメモリ１２２に光学画像及び参照画像を格納する（ステップＳ１０８）。このステップＳ１０８では、１検査ストライプ分の光学画像が光学画像格納領域１２２Ａに順次格納されると共に、１検査ストライプ分の参照画像が参照画像格納領域１２２Ｂに順次格納される。

一方、上記ステップＳ１０６でテストマスクの光学画像であると判別された場合、テストマスク用ＤＲＡＭ１２６に光学画像及び参照画像を格納する（ステップＳ１１０）。その後、後述するステップＳ１１２に移行する。

尚、上記ステップＳ１０６乃至Ｓ１１０の処理を行うことで、特許請求の範囲に記載の「切換手段」が実現される。

マスク全体の光学画像及び参照画像がフラッシュメモリ１２２に格納された後、オペレータにより入力された検査要求が有るか否かを判別する（ステップＳ１１２）。このステップＳ１１２で検査要求が無いと判別された場合、再度ステップＳ１１２を繰り返す。

一方、上記ステップＳ１１２で検査要求が有ると判別された場合、フラッシュメモリ１２２に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて、マスク１０１に描画されたパターンの欠陥検査を実行する（ステップＳ１１４）。

このステップＳ１１４では、例えば、２〜３列の検査ストライプ分の光学画像をフラッシュメモリ１２２から読み出すと共に、その読み出した光学画像を纏める。２〜３列の検査ストライプ分の参照画像をフラッシュメモリ１２２から読み出し、その読み出した参照画像を纏める。それらの纏められた光学画像と参照画像とを比較することで、欠陥検出が行われる。

上記ステップＳ１１４の処理後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施の形態では、検査ストライプ単位で取得された光学画像と、検査ストライプ単位で生成された参照画像とをフラッシュメモリ１２２に順次格納することで、マスク全体の光学画像及び参照画像が格納される。このとき、ＤＲＡＭに格納する場合に比べて、荷電領域を最小限に抑えることができ、消費電力及び発熱量を抑えることができる。さらに、フラッシュメモリ１２２に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いてマスク１０１のパターン欠陥検査を行うため、マスク全体の光学画像及び参照画像の格納後であればいつでもパターン欠陥検査を行うことができる。

また、本実施の形態では、光学画像の取得タイミングと同期して、予備検査部１２０により簡易な予備検査が行われるため、欠陥検査部１２４による検査前に光学系の異常などを検査することができる。

また、本実施の形態では、テストマスクの光学画像を取得した場合、テストマスクの光学画像及び参照画像をテストマスク用ＤＲＡＭ１２６に格納するため、フラッシュメモリ１２２へのアクセス回数を減らすことができ、フラッシュメモリ１２２の寿命を延ばすことができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、透過照明系を用いて光学画像を取得しているが、本発明はこれに限られるものではなく、反射照明系を用いて光学画像を取得してもよく、透過照明系と反射照明系の２系統の照明系を用いた構成であってもよい。

また、上記実施の形態では、マスク全体の光学画像と参照画像をフラッシュメモリ１２２に格納しているが、このフラッシュメモリ１２２に代えて、ハードディスクなどを用いてもよい。但し、処理速度の観点からは、フラッシュメモリ１２２を用いることが好適である。

本発明の実施の形態によるマスク検査装置１００の構成を示す概念図である。 マスク１０１の検査ストライプを示す概念図である。 フラッシュメモリ１２２の荷電領域を説明する概念図である。 フラッシュメモリ１２２の容量を説明するための参考図である。 本発明の実施の形態によるマスク検査方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００ マスク検査装置
１０１ マスク
１１６ 光学画像取得部
１１８ 参照画像生成部
１２０ 予備検査部
１２２ フラッシュメモリ
１２２Ａ 光学画像格納領域
１２２Ｂ 参照画像格納領域
１２４ 欠陥検査部
１２６ テストマスク用ＤＲＡＭ
１５０ 制御部

Claims (6)

1. 検査対象物であるマスクの光学画像を所定の単位毎に取得する光学画像取得部と、
   前記マスクの設計データから参照画像を所定の単位毎に生成する参照画像生成部と、
   前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像と、前記参照画像生成部により生成された所定の単位の参照画像を用いて、前記光学画像の取得タイミングと同期して予備検査を行う予備検査部と、
   前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像を逐次格納すると共に、前記参照画像生成部により生成された所定の単位の参照画像を逐次格納する画像格納部と、
   前記画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、前記画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて前記マスクに描画されたパターンの欠陥検査を行う欠陥検査部とを備えたことを特徴とするマスク検査装置。
2. テストマスクの所定の単位の光学画像及び参照画像を逐次格納するテストマスク用画像格納部と、
   前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像が前記テストマスクの光学画像であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、前記光学画像取得部により取得された光学画像の格納先を前記画像格納部と前記テストマスク用画像格納部との間で切り換える切換手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のマスク検査装置。
3. 検査対象物であるマスクの光学画像を所定の単位毎に取得する光学画像取得部と、
   前記マスクの設計データから参照画像を所定の単位毎に生成する参照画像生成部と、
   前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像を逐次格納すると共に、前記参照画像生成部により生成された所定の単位の参照画像を逐次格納する画像格納部と、
   テストマスクの所定の単位の光学画像及び参照画像を逐次格納するテストマスク用画像格納部と、
   前記光学画像取得部により取得された所定の単位の光学画像が前記テストマスクの光学画像であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、前記光学画像取得部により取得された光学画像の格納先を前記画像格納部と前記テストマスク用画像格納部との間で切り換える切換手段と
   前記画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、前記画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて前記マスクに描画されたパターンの欠陥検査を行う欠陥検査部とを備えたことを特徴とするマスク検査装置。
4. 前記画像格納部は、フラッシュメモリであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク検査装置。
5. 検査対象物であるマスクの光学画像を所定の単位毎に取得するステップと、
   前記マスクの設計データから参照画像を前記所定の単位毎に生成するステップと、
   前記所定の単位の光学画像と、前記所定の単位の参照画像を用いて、予備検査を行うステップと、
   前記所定の単位毎に取得された光学画像を画像格納部に逐次格納すると共に、前記所定の単位毎に生成された参照画像を前記画像格納部に逐次格納するステップと、
   前記画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、前記画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて前記マスクに描画されたパターンの欠陥検査を行うステップとを含むことを特徴とするマスク検査方法。
6. 検査対象物であるマスクの光学画像を所定の単位毎に取得するステップと、
   前記マスクの設計データから参照画像を前記所定の単位毎に生成するステップと、
   前記所定の単位の光学画像がテストマスクの光学画像であるか否かを判定するステップと、
   前記判定の結果に基づいて、前記光学画像の格納先を画像格納部とテストマスク用画像格納部との間で切り換え、前記所定の単位毎に取得された光学画像を画像格納部に逐次格納すると共に、前記所定の単位毎に生成された参照画像を前記画像格納部に逐次格納するステップと、
   前記画像格納部にマスク全体の光学画像及び参照画像が格納された後、前記画像格納部に格納されたマスク全体の光学画像及び参照画像を用いて前記マスクに描画されたパターンの欠陥検査を行うステップとを含むことを特徴とするマスク検査方法。

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