JP7079569B2 - 検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、検査方法に関する。たとえば、半導体素子の製造等に用いられるマスクなどの被検査試料にレーザー光を照射してパターン像の光学画像を取得してパターンを検査する検査方法に関する。
近年、半導体素子に要求される回路線幅の精度管理の要求はますます高くなっている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン(フォトリソグラフィマスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する)を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することが出来る電子ビームを用いたパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。
そして、多大な製造コストのかかるCPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのLSIの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるLSIパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、LSI製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が望ましいとされている。
検査手法としては、拡大光学系を用いてフォトリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計パターンデータ、あるいは試料上の同種パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同種パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「die to die(ダイ-ダイ)検査」や、パターン設計されたCADデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ(パターンデータ)を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ(参照画像)を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「die to database(ダイ-データベース)検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置されステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、光検出器上に結像される。光検出器で撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
特許文献1には、i番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて生成された焦点制御信号を、(i+2m)番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号として用いる基板検査装置が開示されている。
特開2012-237687号公報
本発明が解決しようとする課題は、パターン依存性の少ないフォーカス制御を行うことが出来る検査方法を提供することである。
実施形態の検査方法は、被検査試料に照明光を照射し、被検査試料によって反射された照明光を、フォーカスずれ検出機構に入射し、反射された照明光からフォーカスずれの程度を検出し、フォーカスずれの程度に基づいて、対物レンズのフォーカスを被検査試料上にあわせ被検査試料の設計パターンデータを用いて、2次元の多項式で表された近似式を計算するためのラインアンドスペースパターン又はベタパターンが含まれる必要部分を抽出し、被検査試料の第1の画像を取得するときに、フォーカスずれ検出機構を用いて取得した、被検査試料のX方向及びY方向の各座標と、各座標における被検査試料と対物レンズとの間の高さ方向の移動量を示すオートフォーカス機能座標を保存し、オートフォーカス機能座標のX方向及びY方向の各座標を変数とし、高さ方向の移動量を表す近似式を用いて、高さ方向の移動量の平均化を計算し、平均化の結果得られた座標のデータを用いて、被検査試料の第2の画像を取得するとき、対物レンズのフォーカスを制御する。
上記態様の検査方法において、被検査試料の第1の画像を取得するときの第1の開口数を、被検査試料の第2の画像を取得するときの第2の開口数よりも大きくすることが好ましい。
上記態様の検査方法において、必要部分はラインアンドスペースパターン又はベタパターンであることが好ましい。
本発明の一態様によれば、パターン依存性の少ないフォーカス制御を行うことが出来る検査方法を提供することが可能になる。
第1の実施形態の検査装置の模式図である。 第1の実施形態の被検査試料(マスク)の検査方法を説明する模式図である。 第1の実施形態の検査方法のフローチャートである。 第1の実施形態のオートフォーカス機能座標である。 第2の実施形態の検査方法のフローチャートである。 第3の実施形態の検査方法のフローチャートである。 第4の実施形態の検査方法のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の記載においては、フォトリソグラフィマスク(被検査試料)を単にマスクと表記する。
(第1の実施形態)
本実施形態の検査方法は、被検査試料に照明光を照射し、被検査試料によって反射された照明光を利用するオートフォーカス機構を用いて、被検査試料の第1の画像を取得し、第1の画像を取得するときにオートフォーカス機構を用いて取得したオートフォーカス機能座標を保存し、オートフォーカス機能座標の2次元多項式近似式を計算し、2次元多項式近似式を用いて、被検査試料の第2の画像を取得するときのフォーカスを制御する。
図1は、本実施形態における検査装置1000の模式図である。本実施形態の検査装置は、マスクMの欠陥検査を行うパターン検査装置である。
保持部100には、マスクMが載置される。
ステージ200は保持部100の下に配置され、保持部100を支持する。ステージ200は、互いに直交する横方向であるX方向及びY方向に、それぞれ第1のステージ制御部210a及び第2のステージ制御部210bによって移動される。また、ステージ200は、X方向及びY方向に垂直な方向であるZ方向に、第3のステージ制御部210cによって移動される。さらに、ステージ200は、Z方向に垂直な面内で、第4のステージ制御部210dによって回転される。なお、第1のステージ制御部210a、第2のステージ制御部210b、第3のステージ制御部210c及び第4のステージ制御部210dは、例えば公知のモーター又はピエゾ素子である。
レーザー測長計220は、ステージ200のX方向における位置、Y方向における位置、及びZ方向における位置を測定する。測定されたステージ200の位置は、後述する位置検出部640に入力される。
移動制御機構300は、後述する制御計算機650にバスライン670を介して接続される走査範囲設定機構310と、走査範囲設定機構310で設定される走査範囲内でステージ200が移動されるように第1のステージ制御部210a、第2のステージ制御部210b、第3のステージ制御部210c及び第4のステージ制御部210dを制御するステージ制御機構320と、を備える。
照明部400は、開口絞り408と、光源410と、第1の照明部用レンズ420と、第2の照明部用レンズ430と、第1の照明部用ミラー440と、コンデンサレンズ450と、第1の照明部用光束分配手段460と、第2の照明部用ミラー470と、第2の照明部用光束分配手段480と、対物レンズ490と、を備える。
光源410から出射されたレーザー光などの照明光は、開口絞り408を通過した後、第1の照明部用レンズ420及び第2の照明部用レンズ430により平行な光束に拡径される。開口絞り408は、光束の太さ、すなわち開口数(Numerical Aperture:NA)を調整する。拡径された光束は、第1の照明部用ミラー440とコンデンサレンズ450によりマスクMの上面に照射される。第1の照明部用レンズ420と、第2の照明部用レンズ430と、第1の照明部用ミラー440と、コンデンサレンズ450は、透過照明系を構成する。
なお、光源410の波長は、マスクMを用いて露光が行われた場合に近い状態でマスクMの検査をすることが出来るため、マスクMが用いられる露光装置が有する光源の波長と同程度であることが望ましい。
また、光源410から出射されたレーザー光などの照明光は、開口絞り408を通過し、第1の照明部用レンズ420及び第2の照明部用レンズ430により平行な光束に拡径された後、第2の照明部用レンズ430と第1の照明部用ミラー440との間に配置された第1の照明部用光束分配手段460により反射される。第1の照明部用光束分配手段460により反射された照明光は、第2の照明部用ミラー470と第2の照明部用光束分配手段480によりマスクMの下面に照射される。第1の照明部用光束分配手段460と第2の照明部用ミラー470と第2の照明部用光束分配手段480は反射照明系を構成する。
なお、第1の照明部用光束分配手段460及び第2の照明部用光束分配手段480としては、具体的には、ハーフミラー、スリット、偏光ビームスプリッタなどを好ましく用いることが出来る。
結像部500は、第1の光検出器510と、第1の結像部用レンズ520と、第2の光検出器530と、第2の結像部用レンズ540と、分離ミラー550と、を備える。
透過照明系によりマスクMの上面に照射されマスクMを透過した照明光は、透過光と呼ばれる。また、反射照明系によりマスクMの下面に照射された後、マスクMにより反射された照明光は、反射光と呼ばれる。透過光と反射光は、対物レンズ490と第2の照明部用光束分配手段480を通して分離ミラー550に入射される。透過光は、分離ミラー550から第1の結像部用レンズ520を通して第1の光検出器510に結像される。また、反射光は、分離ミラー550から第2の結像部用レンズ540を通して第2の光検出器530に結像される。
制御部600は、比較部610と、参照部620と、展開部622と、パターンデータ保存部630と、オートフォーカス機能座標保存部632と、二次元多項式近似式保存部634と、画像保存部636と、位置検出部640と、制御計算機650と、判断部660と、バスライン670と、レビュー部680と、フォーカス目標値設定部682と、2次元多項式近似式計算部690と、を備える。
オートフォーカス機構700は、オートフォーカス光束分配手段710と、フォーカスずれ検出機構720と、フォーカス制御機構730と、オートフォーカス機構用モーター740と、を備える。
オートフォーカス光束分配手段710は、反射光をフォーカスずれ検出機構720に入射する。フォーカスずれ検出機構720は、入射された反射光からフォーカスずれの程度を検出し、フォーカス制御機構730にフォーカスずれの程度を入力する。フォーカス制御機構730は、入力されたフォーカスずれの程度に基づいて、オートフォーカス機構用モーター740を制御して対物レンズ490を高さ方向に動かし、対物レンズ490のフォーカスをマスクM上にあわせる。なお、第3のステージ制御部210cを用いて、ステージをZ方向に動かすことにより、対物レンズ490のフォーカスをマスクM上にあわせてもよい。
オートフォーカス光束分配手段710としては、具体的には、ハーフミラー、スリット、偏光ビームスプリッタなどを好ましく用いることが出来る。
図2は、本実施形態のマスクの検査方法を説明する模式図である。図2(a)は、本実施形態で検査されるマスクMの模式図である。
マスクMは、基板S上に設けられた検査領域Iを有する。基板Sは例えば石英からなる。検査領域I内には、ラインアンドスペースパターンBやベタパターンC等のパターンが配置されている。「ベタパターン」とは、スキャン中の光学系視野Eの内部にパターンが入らない部分のことをいう。
マスクMの検査方法としては、例えばステージ200をY軸方向に駆動して、光学系視野Eの中に検査領域Iを通過させることにより、第1の光検出器510又は第2の光検出器530が有するセンサ幅の短冊状の領域画像Fを取得する。次に、ステージ200をX軸方向に所定のピッチで移動させる。次に、ステージ200をY軸方向に駆動して、検査領域Iの他の部分の領域画像を取得する。これを繰り返して全ての検査領域Iの領域画像を取得する。
図2(b)は、領域画像Fの検査方法を示す模式図である。取得された領域画像Fは、比較部610で複数の処理ブロックGに分割される。そして、処理ブロックGごとに、比較が行われる。
なお比較においては、処理ブロックGの画像内で、XY面内のエッジのペア数及びXY面内の平均線幅から、同種のパターンか否かを判断する。そして、エッジ数がX方向及Y方向のいずれにおいても0に近いときに、ベタパターンであると判断する。又は、処理ブロックGの画像内にパターンがないことで、光学系視野内にパターンがないと判断する。
なお、マスクMの検査方法は、上記の記載に限定されない。
図3は、本実施形態の検査方法のフローチャートである。
まず、照明部400を用いて、マスクMに照明光を照射し(S10)、結像部500を用いて、マスクMを透過した照明光を結像した画像、又はマスクMによって反射された照明光を結像した画像を、第1の画像として取得する(S14)。ここで、第1の画像の取得の際には、オートフォーカス機構700を用いてフォーカスを制御する。取得された第1の画像は、画像保存部636に保存される。第1の画像は、比較部610に入力される。
また、マスクM上の所定のX座標及びY座標における、対物レンズ490の高さ方向の移動量又はステージ200のZ方向の移動量は、オートフォーカス機能座標として、オートフォーカス機能座標保存部632に保存される(S18)。
図4は、本実施形態のオートフォーカス機能座標を表す図である。図4(a)は、マスクM上で測定されたオートフォーカス機能座標を、等高線で表した図である。
次に、パターンデータ保存部630に保存されている設計パターンデータを、展開部622に入力して、各層ごとに展開する。設計パターンデータは設計者によってあらかじめ作成されている。ここで、設計パターンデータは通常検査装置1000によって直接読みこめるように設計されていない。そのため、設計パターンデータは、まず各層(レイヤ)ごとに作成された中間データに変換された後に、各検査装置1000によって直接読み込める形式のデータに変換され、その後展開部622に入力される。
次に、参照部620を用いて、展開部622で各層ごとに展開されたパターンデータから、第1の画像の参照となる参照画像を作成する。作成された参照画像は、比較部610に入力される。
次に、比較部610を用いて、第1の画像と参照画像の比較を行う。ここで比較の一例としては、第1の画像のパターンの箇所の光量と、対応する参照画像のパターンの箇所の光量を比較する手法が挙げられる。
なお、比較の結果、欠陥と判断された箇所は、レビュー部680に送られ、オペレータによるレビューが行われても良い。ここでレビューとは、検査装置1000が検出した欠陥箇所をオペレータが視認し再確認する作業のことをいう。
次に、2次元多項式近似式計算部690を用いて、オートフォーカス機能座標の2次元多項式近似式を計算する(S22)。作成された二次元多項式近似式は、二次元多項式近似式保存部634に保存される。なお、上記の2次元多項式近似式を計算するときには、検査を行った際に所定のピッチで取得したオートフォーカス機能座標をすべて用いても良いし、取得したオートフォーカス機能座標の一部を用いても良い。
図4(b)は、図4(a)で示されたオートフォーカス機能座標を、二次元多項式近似式により近似したものを等高線で表したものである。図4(c)は、図4(a)と図4(b)の差分をあらわしたものである。この差分のパターンは、マスクM上に形成されたパターン形状に依存してあらわれる。
次に、フォーカス目標値設定部682を用いて、作成された二次元多項式近似式により、フォーカス制御のために必要な、対物レンズ490の高さ方向の移動量又はステージ200のZ方向の移動量を、フォーカス目標値として設定する(S26)。
次に、フォーカス制御機構730を用いて、対物レンズ490の高さ方向の移動量又はステージ200のZ方向の移動量を、上記のフォーカス目標値に基づいて制御する(S30)。
次に、結像部500を用いて、マスクMを透過した照明光を結像した画像、又はマスクMによって反射された照明光を結像した画像を、第2の画像として取得する(S34)。ここで、転写性評価を行う場合には、第2の画像はマスクMを透過した照明光を結像した画像であることが好ましい。
また、開口絞り408を制御することにより、第1の画像を取得するときの第1の開口数を、第2の画像を取得するときの第2の開口数よりも大きくすることが好ましい。
次に、本実施形態の作用効果を記載する。
転写性評価用の画像として、小さい開口数で取得された、マスクMを透過した照明光を結像した画像の取得が望まれている。これは、開口数を小さくすることにより感度が低下するため、マスクMで検出された欠陥が、転写の際に問題のない程度の欠陥であるか否かを見極めることが出来るためである。
たとえば、本実施形態では、第1の開口数を用いて第1の画像を取得して欠陥を判断した後に、第1の開口数よりも小さい第2の開口数を用いて第2の画像を取得する。そして、第2の画像で欠陥が検出されなかった場合には、その欠陥は転写の際に問題のない程度の欠陥であるという判断が出来る。
この際、光源410から発生された照明光を透過光に100%使用することで、画像取得時間を短縮することが可能となる。
しかし、現状のオートフォーカス機構700は、上記の通り、反射光を用いてフォーカス制御を行っている。そのため、光源410から発生された照明光を透過光に使用すると、オートフォーカス制御をおこなうことが出来なくなるという問題があった。
本実施形態の検査方法では、オートフォーカス機能座標の2次元多項式近似式を計算し、2次元多項式近似式を用いて、マスクMの第2の画像を取得するときのフォーカスを制御する。これにより、反射光が弱くオートフォーカス制御が出来ない場合であっても、フォーカスを制御することが出来る。
また、図4(c)においてあらわれる差分の形状がマスクM上に形成されたパターン形状に依存して出現するということは、オートフォーカス機能座標にはパターン依存性があるということである。二次元多項式近似式を用いることにより、オートフォーカス機能座標のパターン依存性を平均化することが出来るため、パターン依存性の少ないフォーカス制御をおこなうことが可能となる。
本実施形態の検査方法によれば、パターン依存性の少ないフォーカス制御をおこなうことが出来る検査方法を提供することが可能になる。
(第2の実施形態)
本実施形態の検査方法は、第1の画像を取得するときにオートフォーカス機構を用いて取得した、オートフォーカス機能座標を保存するときに、第1の画像の参照となる参照画像と第1の画像の比較を行い、比較より、第1の画像の有効部分を抽出し、有効部分のオートフォーカス機能座標を保存する点で、第1の実施形態の検査方法と異なっている。ここで、第1の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図5は、本実施形態の検査方法のフローチャートである。図3に示した第1の実施形態のフローチャートとは、参照画像と第1の画像の比較を行う点(S15)と、第1の画像の有効部分を抽出する点(S16)と、有効部分のオートフォーカス機能座標を保存する点(S18’)で、異なっている。
図4(c)で示したように、オートフォーカス機能座標にはパターン依存性があらわれる。第1の画像を用いて、所定の有効部分を抽出してオートフォーカス機能座標を保存することにより、オートフォーカス機能座標のパターン依存性を少なくしたフォーカス制御が可能となる。
上記の有効部分は、例えば同種パターンであることが望ましい。オートフォーカス機能座標のパターン依存性がより少なくなるためである。ここで、同種パターンの判定方法は、例えばラインアンドスペースパターンである場合、処理ブロックG内の画像のエッジ数から平均パターンピッチを求め、パターンピッチが指定された範囲内である場合に有効とする。
上記の同種パターンは、ベタパターンであることが好ましい。ベタパターンであれば、Z方向の高さは同一であるため、フォーカス制御をより容易に行うことが出来るためである。ここで、ベタパターンの判定方法は、例えば処理ブロックGごとに参照画像(ベタ画像)と第1の画像で比較を行い、欠陥がない(例えば階調差絶対値の積算値が指定値以下)場合にベタパターンであると判定する。
本実施形態の検査方法によれば、よりパターン依存性の少ないフォーカス制御をおこなうことが出来る検査方法を提供することが可能になる。
(第3の実施形態)
本実施形態の検査方法は、被検査試料によって反射された照明光を利用するオートフォーカス機構を用いて、被検査試料の第1の画像を取得するときに、被検査試料の設計パターンデータを用いて、2次元多項式近似式を計算するための必要部分を抽出し、被検査試料によって反射された照明光を利用するオートフォーカス機構を用いて、被検査試料の必要部分の第1の画像を取得する点で、第1の実施形態の検査方法と異なっている。ここで、第1及び第2の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図6は、本実施形態の検査方法のフローチャートである。図3に示した第1の実施形態のフローチャートとは、設計パターンデータを用いて必要部分を抽出する点(S12)と、オートフォーカス機構を用いて、マスクMの必要部分の第1の画像を取得する点(S14’)で異なっている。
本実施形態の検査方法では、あらかじめ設計パターンデータを用いて必要部分を抽出する。そのため、第1の画像を取得するための時間を短縮することが出来る。なお、本実施形態での被検査試料の検査は、第2の画像と参照画像の比較により行うことが出来る。また、上記の必要パターンは、例えば同種パターンであることが好ましい。また、上記の同種パターンは、ベタパターンであることが好ましい。
本実施形態の検査方法によれば、よりパターン依存性の少ないフォーカス制御をおこなうことが出来る検査方法を提供することが可能になる。
(第4の実施形態)
本実施形態の検査方法は、第1の画像から、所定のパターン周期を求める点と、所定のパターン周期を有する部分の座標の、オートフォーカス機能座標を保存する点で、第1の実施形態の検査方法と異なっている。ここで、第1、第2及び第3の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図7は、本実施形態の検査方法のフローチャートである。図3に示した第1の実施形態のフローチャートとは、第1の画像から、所定のパターン周期を求める点(S17)と、所定のパターン周期を有する部分の座標の、オートフォーカス機能座標を保存する点(S18’’)で異なっている。
本実施形態の検査方法では、第1の画像から、パターン周期を求める。次に、求めたパターン周期が、あらかじめ定めた所定のパターン周期内にあることを確認する。このようにして、第1の画像から、所定のパターン周期を求める。次に、所定のパターン周期を有する部分の座標の、オートフォーカス機能座標を保存する。
本実施形態の検査方法においては、所定のパターン周期を求めることにより、オートフォーカス機能座標のパターン依存性を少なくしたフォーカス制御が可能となる。ここで、所定のパターン周期とは、例えば、所定の周期を有するラインアンドスペースパターンの周期が挙げられる。
本実施形態の検査方法によれば、よりパターン依存性の少ないフォーカス制御をおこなうことが出来る検査方法を提供することが可能になる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記の実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
実施形態では、装置構成や製造方法等、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、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることが出来る。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検査方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
700 オートフォーカス機構
M 被検査試料(マスク)

Claims (3)

  1. 被検査試料に照明光を照射し、
    前記被検査試料によって反射された前記照明光を、フォーカスずれ検出機構に入射し、
    反射された前記照明光からフォーカスずれの程度を検出し、
    前記フォーカスずれの前記程度に基づいて、対物レンズのフォーカスを前記被検査試料上にあわせ
    記被検査試料の設計パターンデータを用いて、2次元の多項式で表された近似式を計算するためのラインアンドスペースパターン又はベタパターンが含まれる必要部分を抽出し、
    前記被検査試料の第1の画像を取得するときに、前記フォーカスずれ検出機構を用いて取得した、前記被検査試料のX方向及びY方向の各座標と、前記各座標における前記被検査試料と前記対物レンズとの間の高さ方向の移動量を示すオートフォーカス機能座標を保存し、
    前記オートフォーカス機能座標の前記X方向及び前記Y方向の前記各座標を変数とし、前記高さ方向の前記移動量を表す前記近似式を用いて、前記高さ方向の前記移動量の平均化を計算し、
    前記平均化の結果得られた座標のデータを用いて、前記被検査試料の第2の画像を取得するとき、前記対物レンズの前記フォーカスを制御する、
    検査方法。
  2. 前記被検査試料の前記第1の画像を取得するときの第1の開口数を、前記被検査試料の前記第2の画像を取得するときの第2の開口数よりも大きくする、
    請求項1記載の検査方法。
  3. 前記必要部分は前記ラインアンドスペースパターン又は前記ベタパターンである請求項1又は請求項2記載の検査方法。
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