JPS61213708A - 画像検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はパターン検査における画像検出装置に関するも
のである。

（発明の背景） マスク、レチクルあるいはウェハ等のパターン検査にお
いては、被検査物上に形成された実パターンと、その基
準となる設計データ又はその他の幾何学的パターン情報
（以下、設計情報という）との比較の際に、被検査物あ
るいは、被検査物上に形成された実パターンの微小な変
形量が問題となる。

従来のこの種の装置は、Ｘ−Ｙステージ上方に光学系が
配置され、この光学系により拡大された像を固定された
撮像素子にて撮像し、設計情報と比較検査を行う方式で
あったので、パターン検査にあたっては、被検査物を載
せたＸ−Ｙステージを一定速度でＸ方向に移動させなか
らＸ方向にも微小な移動制御を行うことによって、被検
査物あるいは被検査物上に形成された実パターンの変形
量を２次元的に補正する必要があった。

しかしながら、実際にはＸ−Ｘステージの制御システム
の応答性能の限界から、光学系の拡大倍率が大きくなる
に従って、微小な補正は非常に難しくなる。特にこの種
の装置のようにかなりの重量がありストロークの長いス
テージで０，１μｍ以下の連続的な位置合せ制御を行う
ことは極めて困難である。そのため、目的とする被検査
物上の実パターンを設計情報との比較検査を行ううえで
高精度に補正された画像として撮像することができない
という欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、上記の欠点を解決し、被検査物上の実パター
ンと設計情報との比較検査を容易にするため、被検査物
あるいは被検査物上に形成された実パターンの変形量に
応じた補正を高精度に行うことができるようにした画像
検出装置を得ることを目的とする。

（発明の概要） 本発明は、被検査物たる基板上に形成された実パターン
を光学系で拡大し、その拡大された像をスキャン方向と
任意の、好ましくは直角の方向に相対移動可能な撮像手
段により撮像することにより、光学系の拡大倍率に応じ
た大きな相対移動量が得られるので、撮像手段側での移
動制御が容易となり、被検査物の実パターンの補正され
た画像と設計情報との位置ずれの誤差量を極力小さく抑
えることができることを技術的要点としている。

（実施例） 本発明の実施例を図面を用いて説明すると、第１図は本
発明の第１実施例を示す斜視図である。

図において、αＣは被検査物たる基板（１）の保持手段
で、直交軸ｘ−ｙ方向に独立に移動可能なＸ−Ｘステー
ジ、すなわちＸステージ（２）、Ｘステージ（３）の組
合せとして示されている。（４）はＸステージ駆動用モ
ータ、（５）はＸステージ駆動用モータで、各モータと
Ｘステージ（２）及びＸステージ（３）とは例えばボー
ルねじにて連結されている。Ｘステージ（２）はＸステ
ージ（３）上をＸ方向に移動可能で、Ｘステージ（３）
は上面にＸステージ（２）を搭載して本発明装置の基盤
（６）上をＸ方向に移動可能である。

マスクやレチクル等の基板（１）には設計情報に基づい
て実パターンσυが２次元的に形成されている。

この基板（１）はパターン検査の際、Ｘステージ（２）
上に定置される。

Ｘ−ＹステージｑＣの位置情報を得るために、レーザ干
渉計システム（１２が設けられている。すなわち、Ｘス
テージ（２）のｙ軸辺及びＸ軸辺に沿ってそれぞれＸ軸
周移動鏡α罎及びＹ軸層移動鏡（１４）が設置され、−
力木発明装置の所定位置にレーザ発生器（１５１が設置
される。また、基盤（６）上にはレーザ発生器（慢より
発せられるレーザ光（Ｌｂ）をそれぞれＸ軸、ｙ軸に平
行な光（ＬＸ）（ＬＸ）に分割するビーム・スプリッタ
（１ｅと、ＬＸ光をＸ軸胴移動ｔＱ（１３に対し直角に
屈折せしめるＸ軸用干渉計αＤと、ＬＸ光をＹ軸重移動
鏡０滲に対し直角に屈折せしめるＹ軸層干渉計（１８）
とが設置され、さらに各干渉計の後方には各移動鏡より
の反射光（Ｒｘ）（Ｒｙ）のレシゴパａ９■が設置され
ている。以上の各要素からなるレーザ干渉計システムへ
２により刻々に変化するＸ−Ｘステージ（１０１の正確
な位置情報を得ることができる。

次に、（２）はＸ−Ｘステージ（１１の上方に固定され
た拡大光学系で、Ｘステージ（２）上に載置された基板
（１）上の実パターンαυ中の局所部分を拡大して結像
する。なお、拡大光学系四の固定手段は図示されていな
いが、通常の手段によりコラム（７）に固定されている
。

（財）は拡大光学系（２）による実パターンαυの局所
部分の拡大像を撮像する撮像手段で、例えばＣＣＤライ
ン・センサが用いられている。ＣＣＤライン・センサ（
財）はヘッド（８）に設けられたりエア・７テージ（ハ
）に取付けられており、リニア・ステージ翰をサーボモ
ータ（ロ）にて駆動することにより、Ｘ方向にＣＣＤラ
イン・センサ（ハ）と拡大光学系（イ）による拡大像と
を相対的に変位せしめることができるようになっている
。また、リニア・ステージ（ハ）の位置情報を得るため
にリニア・エンコーダ弼が設けられている。

第２図は本発明装置の電気系の制御ブロック図で図中の
細線は電気的接続を示し、太線は機械的接続を示してい
る。図中（至）は基板（１）の実パターンαυの設計上
のパターンに対する変形量を予め記憶する記憶手段であ
り、主制御装置が用いられている。

すなわち、ＣＣＤラインーセンサ等の撮像手段（ハ）に
より撮像された実パターンαυの画像信号は画像処理回
路（３＋１　、主制御装置Ｇ３において演算処理を行い
、ステージ制御のための各種情報に変換されステージコ
ントローラ（１）に送られてくるようになっている。ま
たステージコントローラ（１）はＸステージ駆動用サー
ボモータ（４）、Ｙステージ駆動用サーボモータ（５）
及びリニア舎ステージ駆動用サーボモータ（財）の各モ
ータ駆動回路（至）、Ｘ−Ｙステージ用レーザ干渉計シ
ステムα２並びにリニア・ステージ用リニア・エンコー
ダ（至）とそれぞれ電気的に接続され、Ｘ−Ｙステージ
α〔及びリニア・ステージ（ハ）の各位置情報の下にそ
れらのステージの相対移動を制御するようになっている
。

次に、前記第１実施例の動作をさらに第３図、第４図を
も参照しながら説明する。第６図は基板上に投影したＣ
ＣＤラインーセンサの軌跡を示す説明図で、第４図は基
板の変形量の測定方法を示す説明図である。これらの図
において、実線は設計情報に基づく理想的な基板外形、
設計パターン位置を示し、点線は実際の変形した基板外
形、実パターン位置を示している。なお、変形量は説明
の都合上誇張してあり、実際は０．５μｍ以下程度の微
小なものである。また１点鎖線はＣＣＤライン・センサ
（ハ）の基板（１）へ投影された軌跡で、補正をかけて
いる場合を示し、２点鎖線は同じく補正をかけない場合
の投影軌跡を示している。

第１図において、被検査物たる基板（１）をＸ−Ｙステ
ージ（１１上に載置し、Ｘ−Ｙステージａ〔を例えばＸ
方向に一定速度で移動させる。基板（１）上の実パター
ンαυは上方の拡大光学系（イ）を通して局部的に拡大
され、その拡大像はＣＣＤライン・センサ（財）によっ
て撮像される。この撮像信号は第２図に示す制御回路に
よりＸ−Ｙステージ（１１）及びリニア・ステージ（ハ
）の位置情報と共にステージコントローラ（１）に入力
される。

次に第４図において、ＣＣＤライン・センサ（ハ）は補
正をかけない場合、２点鎖線で示すように基板（１）上
を相対的に直線移動する。したがって、このＣＣＤライ
ン・センサ（ハ）を直線移動させながら基板（１）の実
パターン位置上に何点かの座標測定点（ａｌ、ａ６、・
・・・・・、ａｎ）を求めることによって、それらの座
標測定点から実パターン（１１）の近似式ｙ＝ｆ（２）
を求めることができる。実パターンαυは設計情報によ
って基板（１）上に形成されているので、ある特定のパ
ターンが形成される理想的な座標値は設計情報によって
決定される。その設計情報によるパターンと実際に基板
（１）上に形成された実パターン（＋１）との座標ずれ
は前記のように座標測定を行うことによって求まる。あ
るいは別の座標測定装置等を使って予め計測して求める
。このような計測は基板（１）の全面について予め行な
っておくとよい。第３図は前記の座標測定で補正された
実パターンαＤの補正曲線ｙ　＝　ｆ　（ｘ）の軌跡を
示すものである。そして、実パターンσυの変形量がＹ
ステージ駆動用モータ（５）によって補正することが極
めて困難な量、例えば０゜１μｍ程度以下の場合には、
ステージコントローラ（ト）により拡大光学系（イ）の
倍率を乗じた量だけリニア・ステージ（イ）をＸ方向に
相対変位させるのである。このようにＸ−Ｙステージ翰
の許容誤差量に拡大光学系（イ）の倍率を乗じた量がリ
ニア・ステージ（イ）の許容誤差範囲となるため、リニ
ア・ステージ（ハ）の制御が容易となるのである。

なお、前記実施例では、撮像手段をＣＣＤライン・セン
サの１次元イメージセンサで説明したが、第５図に示す
ように２次元イメ、−ジセンサ（イ）をＸ方向にステッ
ピングさせて撮像することもできる。

また、相対変位手段は前記実施例では拡大像とＣＣＤラ
イン・センサ（ハ）とをＸ方向に相対的に直線移動させ
るものであるが、第６図に示すように微小量の回転を合
わせて行わせるようにしてもよい。

次に、第７図は本発明の第２実施例を示す斜視図である
。この第２実施例は、第１実施例が光軸固定、撮像手段
可動の場合であるのに対し、光軸可動、撮像手段固定の
反対の場合を示したものである。したがって、光軸をＸ
方向に移動できるようにするために、拡大光学系（イ）
とヘッド（８）の下面に固定されたＣＣＤライン・セン
サ（ハ）の間に平行平板ガラス（至）を回転可能に設け
たものである。この平行平板ガラス（至）は平行平板ガ
ラス回転用モータ（至）によりＸ軸と平行な軸Ｇ７）を
中心に回転する。

（至）は平行平板ガラス（至）の回転角（θ）を検出す
るためのロータリ・エンコーダである。その他の部分は
第１図のものと同一であるので同一符号を付して説明は
省略する。

第８図は前記第２実施例の電気系の制御ブロック図で、
第２図と同様の構成である。

第９図は平行平板ガラスによる光軸移動の詳細図で、図
中光軸１ｏと（４ＤＫのｙ方向の距離（４）が補正量に
相当する。

この第２実施例では、Ｘ−Ｙステージα〔を！方向に一
定の速度で移動させながら、拡大光学系（２）及び平行
平板ガラス（ハ）を通してＣＣＤライン・センサ（ハ）
にて基板（１）上に形成されている実パターン０１）を
撮像する際に、ｙ方向の実パターンαυの変形量がＹス
テージ駆動用モータ（５）によって補正することが極め
て困難な微小な長さの場合に、ステージコントローラ（
至）により拡大光学系四の倍率を乗じた量だけ光軸卿が
ｙ方向に相対変位するよう平行平板ガラス田を回転させ
るのである。このように撮像手段（財）側での移動には
撮像手段■そのものは固定されていてもその受光面に投
する拡大像の光軸（４１）が所定の方向に移動すること
をも含むものである。

平行平板ガラス（至）は撮像手段（ハ）の受光面をカバ
ーできる大きさがあればよいため、小型にすることが可
能である。また平行平板ガラス（至）の厚さによって同
じ補正量であっても回転角を変えることができる。よっ
て平行平板ガラス回転用モータ（至）の制御誤差の影響
を小さくするには、回転角が大きくとれるように平行平
板ガラス（至）の厚さを薄くすることが望ましい。また
第１実施例と同様に、光学系が拡大倍率となっているの
で、光軸（４１）の移動量はＸ−Ｙステージ（ＩＩ上で
の補正量に光学、１％（イ）の倍率を乗じたものとなる
ため、回転角の誤差の許容量を大きくすることができる
。

以上の実施例において、基板（１）上の実パターンαυ
の変形量がＸ−ＹステージαＱによってリアルタイムに
補正できるほど大きな量である場合には、リニア・ステ
ージ（２）又は平行平板ガラス（至）を動かさず、それ
以下の量の場合にはじめてリニア・ステージ（ハ）又は
平行平板ガラス（至）を動かすようにする。そしてこの
ような選択処理はステージコントローラ（１）又は主制
御装置１ｃ３１にて行うようになっていることはいうま
でもない。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、設計情報に基づい
て基板上に形成された実パターンと設計情報とのパター
ン検査の際、実パターンの変形量に応じた補正量が基板
の保持手段の移動制御で困難な程度の微小量の場合には
、実パターンの撮像手段側において保持手段の許容誤差
量に拡大光学系の倍率を乗じた盪が相対変位手段の許容
誤差量となるものであるから、実パターンを撮像する際
に生じる連続的な変形、歪み等の補正がリアルタイムで
高精度に行えるという効果を奏する。

なお、本発明装置は基板上の実パターンの変形を相殺し
た２次元画像を得るものであるから、その他に２次元画
像を１次元イメージセンサ等でスキャンして検出する装
置であって、予め対象物上のパターンの変形がわかるも
のであれば、どのような装置にも応用できるものである
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例を示す斜視図、第２図は第
１実施例の電気系の制御ブロック図、第６図は基板上に
投影した撮像手段の軌跡図、第４図は基板上の実パター
ンの変形量の測定方法を示す説明図、第５図は撮像手段
の他の例を示す説明図、第６図は実パターンの変形量の
測定方法の他の例を示す説明図、第７図は本発明の第２
実施例を示す斜視図、第８図は第２実施例の電気系の制
御ブロック図、第９図は平行平板ガラスによる光軸移動
の説明図である。 （１）・・・基板、（２）・・・Ｘステージ、（３）・
・・Ｙステージ、α１・・・保持手段、αト・・実パタ
ーン、（２）・・・拡大光学系、（２）・・・撮像手段
、に）・・・リニア・ステージ、（至）・・・記憶手段
、（至）・・・平行平板ガラス。 第１図 第２図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 設計情報に基づいて２次元的に形成された実パターンを
   有する基板を保持する手段と；前記実パターン中の局所
   部分の拡大像を形成する拡大光学系と；該拡大像を撮像
   する撮像手段と；前記基板と撮像手段とを所定の第１方
   向に相対移動させる移動手段と；前記実パターンの設計
   上のパターンに対する変形量を予め記憶する記憶手段と
   ；前記移動手段によつて前記実パターン中の局所部分を
   変えつつ前記撮像手段により前記実パターンを撮像する
   際、前記実パターンの変形量に応じて前記撮像手段と拡
   大像とを前記第１方向とは異なる方向に相対的に変位さ
   せる相対変位手段とを備え、前記実パターンの変形が撮
   像された画像上のパターンの位置ずれとなることを低減
   したことを特徴とする画像検出装置。