KR100751280B1

KR100751280B1 - 검사 장치, 촬상 장치 및 검사 방법

Info

Publication number: KR100751280B1
Application number: KR1020060027911A
Authority: KR
Inventors: 다케시 후지와라
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-08-23
Also published as: CN1841050A; US7301620B2; TW200711019A; US20060221332A1; JP2006284183A; TWI296142B; CN100520380C; KR20060106719A

Abstract

본 발명의 검사 장치는, 조사 광을 피검사체에 조사하는 조명 광학계와, 상기 피검사체를 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키는 피검사체 탑재 스테이지와, 상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 전기 신호로 변환하는 축적형 센서와, 상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키는 센서 구동부와, 상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하는 변동량 검출부와, 상기 변동량 검출부에 의해 검출된 제2 방향 변동량에 기초하여 상기 센서 구동부의 제2 방향으로의 구동량을 제어하는 제어부와, 상기 피검사체의 참조 데이터를 생성하는 참조 데이터 생성부와, 상기 피검사체의 투과 화상의 데이터 또는 반사 화상의 데이터와 상기 참조 데이터를 비교하여 상기 피검사체의 결함을 검출하는 데이터 비교부를 구비한다.

Description

검사 장치, 촬상 장치 및 검사 방법{TEST APPARATUS, IMAGING APPATUS AND TEST METHOD}

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 포토 마스크 검사 장치의 구성을 도시하는 설명도.

도 2는 도 1의 포토 마스크 검사 장치의 제어 원리를 도시하는 설명도.

도 3은 도 1의 포토 마스크 검사 장치에서의 제어 후의 화상을 도시하는 모식도.

도 4는 도 1의 포토 마스크 검사 장치에서의 제어 전의 화상을 도시하는 모식도.

도 5는 도 1의 포토 마스크 검사 장치에서의 콘트라스트의 비교를 도시하는 설명도.

도 6은 종래의 포토 마스크 검사 장치의 일례를 도시하는 설명도.

관련 출원

본 출원은 2005년 3월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2005-100329호로부터 우선권을 주장하며 그 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 통합되어 있다.

본 발명은 반도체 장치의 제조에 이용하는 포토 마스크나 웨이퍼 패턴 등의 검사를 행하는 검사 장치, 촬상 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 공정에 적용되는 검사 장치로서 포토 마스크의 마스크 패턴을 검사하는 포토 마스크 검사 장치가 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-72905호 공보 참조).

도 6은 종래의 포토 마스크 검사 장치(10)의 구성의 일례를 도시하는 설명도이다. 포토 마스크 검사 장치(10)는 마스크 화상 취득 장치(20)와, 참조 데이터 생성 장치(30)와, 데이터 비교 회로(40)를 구비하고 있다.

마스크 화상 취득 장치(20)는 레이저 광원(21)과, 이 레이저 광원(21)으로부터의 광을 균일화하여 포토 마스크(M)에 조사하기 위한 조명 광학계(22)와, 조명 광학계(22)로부터의 광을 포토 마스크(M)로 유도하는 컨덴서 렌즈(23)와, 포토 마스크(M)를 적재하는 스테이지(24)와, 이 스테이지(24)의 조사 방향과 직교하는 축적 방향(도 6 중 화살표 X 방향)으로 이동시키는 스테이지 구동 기구(25)와, 포토 마스크(M)를 투과한 광을 후술하는 TDI 센서(27)에 결상시키기 위한 대물 렌즈(26)와, 서로 직교하는 축적 방향 및 화소 방향으로 화소가 배열된 TDI 센서(27)를 구비하고 있다. TDI 센서(27)로부터는 포토 마스크(M)의 화상 데이터(D1)가 출력된다.

참조 데이터 생성 장치(30)는 포토 마스크(M)의 설계 데이터에 기초하여 참 조 데이터를 생성하는 참조 데이터 생성 회로(31)를 구비하여 포토 마스크의 참조 데이터(D2)가 출력된다. 데이터 비교 회로(40)는 포토 마스크(M)의 화상 데이터(D1)와 참조 데이터(D2)를 비교하여 그 결과에 기초해서 비교 데이터(D3)를 출력하고 결함(P)을 검출하는 기능을 갖고 있다.

전술한 포토 마스크의 검사 장치에서는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 포토 마스크의 패턴이 미세화됨으로써 레이저 광원의 파장도 단파장화되어 있어 센서에 입력되는 광의 강도는 미약해진다. TDI 센서는 축적형 라인 센서이며, 미약 광을 축적 단수 만큼 증폭할 수 있기 때문에 고정밀도의 포토 마스크 검사에 적합하다.

그러나 스테이지의 이동 속도를 TDI의 축적 시간에 맞추지 않으면 화상이 흐려지는 문제가 발생한다. 이 때문에, TDI 센서로 포토 마스크를 촬상하기 위해서는 TDI 센서의 축적 시간에 맞춰 스테이지의 이동 속도를 결정하여 촬상해야 한다. 축적 시간보다 산출한 스테이지 속도가 실제의 스테이지 이동 속도에 맞지 않는 경우에는 흐려진 화상이 된다. 이 때문에 스테이지의 위치를 모니터할 수 있도록 하여 TDI 센서의 축적 시간을 가변시켜 위치 동기를 취하면서 TDI 센서로 포토 마스크를 촬상하고 있다. TDI 센서의 축적 방향의 속도 변동은 개선한다.

한편, 축적 중에 스테이지가 축적 방향에 직교하는 화소 방향으로 변동한 경우에도 화상이 흐려지거나 화상이 왜곡되는 문제가 있다. TDI 센서의 축적 시간을 가변하더라도 이 문제는 해소할 수 없다.

본 발명은 예컨대, TDI 센서 등의 축적형 센서를 이용하여 피검사물을 촬상 할 때, 센서의 화소 방향으로 피검사물이 변동된 경우라도 화상이 흐려지거나 화상이 왜곡되는 일을 방지할 수 있다.

본 발명은 그 일 형태로서, 조사 광을 피검사체에 조사하는 조명 광학계와, 상기 피검사체를 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키는 피검사체 탑재 스테이지와, 상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 전기 신호로 변환하는 축적형 센서와, 상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키는 센서 구동부와, 상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하는 변동량 검출부와, 상기 변동량 검출부에 의해 검출된 제2 방향 변동량에 기초하여 상기 센서 구동부의 제2 방향으로의 구동량을 제어하는 제어부와, 상기 피검사체의 참조 데이터를 생성하는 참조 데이터 생성부와, 상기 피검사체의 투과 화상의 데이터 또는 반사 화상의 데이터와 상기 참조 데이터를 비교하여 상기 피검사체의 결함을 검출하는 데이터 비교부를 구비한 검사 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 일형태로서, 조사 광을 피검사체에 조사하는 조명 광학계와, 상기 피검사체를 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키는 피검사체 탑재 스테이지와, 상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 전기 신호로 변환하는 축적형 센서와, 상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키는 센서 구동부와, 상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하는 변동량 검출부와, 상기 변동량 검출부에 의해 검출된 제2 방향 변동량에 기초하여 상기 센서 구동부의 제2 방향으로의 구동량을 제어하는 제어부를 구비한 촬상 장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일형태로서, 조사 광을 피검사체에 조사하고, 상기 피검사체를 피검사체 탑재 스테이지에 탑재하여, 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키고, 상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 축적형 센서로써 전기 신호로 변환하며, 상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키고, 상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하며, 검출된 제2 방향 변동량에 기초해서 상기 축적형 센서의 제2 방향으로의 이동량을 제어하여, 상기 피검사체의 참조 데이터를 생성하며, 상기 피검사체의 투과 화상의 데이터 또는 반사 화상의 데이터와 상기 참조 데이터를 비교하여 상기 피검사체의 결함을 검출하는 검사 방법을 제공한다.

본 발명의 추가적인 이점들과 관련해서는 이하의 발명의 상세한 설명에서 상세히 설명하고 있고, 이 상세한 설명으로부터 본 발명의 원리를 더욱 명확히 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 이점에 대해서는 이하에서 설명하는 실시예 및 이들 실시예의 조합에 의하여 실현되고 획득될 수 있을 것이다.

상세한 설명의 일부를 통합하여 구성하고 있는 첨부 도면들은 발명의 원리를 설명하기 위해서 전술한 상세한 설명 및 후술하는 실시예들의 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예들을 예시하고 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 포토 마스크 검사 장치(50)의 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 1에서 도 6과 동일한 기능 부분에는 동일 부호를 부여 하였다. 또한, 도 1 중 화살표 X 방향은 TDI 센서(67)에서의 축적 방향, 화살표 Y 방향은 이 축적 방향에 직교하는 화소 방향을 나타내고 있다.

포토 마스크 검사 장치(50)는 마스크 화상 취득 장치(60)와, 참조 데이터 생성 장치(30)와, 데이터 비교 회로(40)를 구비하고 있다.

마스크 화상 취득 장치(60)는 레이저 광원(61)과, 이 레이저 광원(61)으로부터의 광을 균일화하여 포토 마스크(M)에 조사하기 위한 조명 광학계(62)와, 조명 광학계(62)로부터의 광을 포토 마스크(M)로 유도하는 컨덴서 렌즈(63)와, 포토 마스크(M)를 적재하는 스테이지(64)와, 이 스테이지(64)의 조사 방향과 직교하는 축적 방향(도 1 중 화살표 X 방향)으로 이동시키는 스테이지 구동 기구(65)와, 포토 마스크(M)를 투과한 광을 후술하는 TDI 센서(67)에 결상시키기 위한 대물 렌즈(66)와, 서로 직교하는 축적 방향 및 화소 방향으로 화소가 배열된 TDI 센서(67)를 구비하고 있다.

TDI 센서(67)는 예컨대 1라인 수천 화소 정도, 수백 라인 정도의 임의의 수의 화소 수, 라인 수를 갖는 광전 변환 소자로 이루어지는 것이다. TDI 센서(67)는 포토 마스크(M), 즉 스테이지(64)의 이동 스피드에 동기시키고 1라인으로부터의 광 강도 출력 신호를 인접하는 라인으로부터의 광 강도 출력 신호에 순차적으로 합하면서 축적하여, 전 라인분의 강도 신호가 축적된 시점에서 이것을 출력하는 특수한 기능을 갖는 것이다. 이와 같이 하여 TDI 센서(67)로부터는 포토 마스크(M)의 화상 데이터(D1)가 출력된다.

또한, 스테이지(64)에는 변동량 검출 센서(70)가 부착되어 있다. 변동량 검 출 센서(70)는 스테이지(64)의 화살표 Y 방향의 변동량을 검출하는 것이며, 이 출력은 검출기 컨트롤러(71)에 입력된다. 변동량 검출 센서(70)는 가속도 센서나 레이저 간섭계 등에 의해 구성되어 있다.

검출기 컨트롤러(71)는 스테이지(64)의 변동량에 기초하여, 후술하는 TDI 센서 스테이지(72)로의 구동량을 산출하여 후술하는 보정을 행하기 위한 구동 신호를 출력하는 피드백 제어 기능을 갖고 있다.

TDI 센서 스테이지(72)는 TDI 센서(67)를 도 1 중 화살표 Y 방향을 따라 왕복 운동시키는 기능을 갖고 있으며, 전술한 검출기 컨트롤러(71)로부터의 구동 신호에 기초하여 구동된다.

참조 데이터 생성 장치(30)는 포토 마스크(M)의 설계 데이터에 기초하여 참조 데이터를 생성하는 참조 데이터 생성 회로(31)를 구비하여 포토 마스크의 참조 데이터(D2)를 출력한다. 데이터 비교 회로(40)는 포토 마스터(M)의 화상 데이터(D1)와 참조 데이터(D2)를 비교하여 그 결과에 기초해서 비교 데이터(D3)를 출력하고 결함(P)을 검출하는 기능을 갖고 있다.

이와 같이 구성된 포토 마스크 검사 장치(50)에서는 다음과 같이 하여 포토 마스크(M)의 결함 검사를 행한다. 즉, 레이저 광원(61)으로부터 조사된 레이저 광은 조명 광학계(62)에서 균일화된 후, 컨덴서 렌즈(63)를 통해 포토 마스크(M)에 조사된다. 포토 마스크(M)는 스테이지(64)에 의해 소정의 속도로 도 1 중 X 방향으로 이동한다.

포토 마스크(M)를 투과한 투과 광은 대물 렌즈(66)를 통해 TDI 센서(67) 상 에 결상된다. TDI 센서(67)에서는 입사된 투과 광에 기초하여 화상 데이터(D1)를 생성해서 데이터 비교 회로(40)에 출력한다.

데이터 비교 회로(40)에서는 화상 데이터(D1)와 참조 데이터(D2)를 비교하여 그 결과에 기초해서 비교 데이터(D3)를 출력하여 결함(P)을 검출한다.

다음에, TDI 센서 스테이지(72)에 의한 보정에 대해서 설명한다. 스테이지(64)의 도 1 화살표 Y 방향의 변동량은 변동량 검출 센서(70)에 의해 검출된다. 1라인의 스캔 시간 내의 변동은 TDI 센서(67) 내에서 축적되기 때문에 무시하고 그 스캔 시간 이상의 변동량을 계측한다. 이 변동량에 기초하여 검출기 컨트롤러(71)에 의해 TDI 센서 스테이지(72)의 구동량이 산출되어 구동 신호가 출력된다. 다음에, TDI 센서 스테이지(72)는 구동 신호에 기초하여 TDI 센서(67)를 도 1 중 화살표 Y 방향으로 구동한다. 이에 따라, 예컨대 포토 마스크(M)의 도 2에 도시하는 I-I'선의 위치의 화상을 받아들인 경우, 보정한 경우와 보정하지 않는 경우에서는 다음과 같은 차이가 발생한다. 즉, 보정한 경우에는 스테이지(64)의 Y 방향의 변동량이 보정되어 TDI 센서(67)에 입력된다. 이 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이 포토 마스크(M)의 패턴(S)이 직선형으로 입력되어 높은 콘트라스트(K1)로 입력된다.

이에 대하여, 보정을 행하지 않는 경우에는 스테이지(64)의 Y 방향의 변동이 그대로 반영되기 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이 포토 마스크(M)의 패턴(S)이 변동에 따라 왜곡되어 입력된다. 이 때문에, 축적된 화상에서는 도 5에 도시한 바와 같은 신호 강도의 차이로 나타나서 낮은 콘트라스트의 화상으로 입력된다(K2). 이것이 화상 데이터(D1)에서의 화상이 흐려지는 요인이 된다.

전술한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 포토 마스크 검사 장치(50)에서는 스테이지(64)의 화소 방향에서의 변동을 보정할 수 있기 때문에 화상이 흐려지는 것을 방지하여 정확한 결함 검사를 행할 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태에서는 포토 마스크 검사 장치로서 설명하였지만, 포토 마스크의 화상을 받아들이는 포토 마스크 촬상 장치로서 이용하더라도 좋다. 또한, 포토 마스크와 같은 투과 화상을 이용하는 경우뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼와 같이 투과하지 않는 피검사체에서는 그 반사 화상을 받아들이도록 하더라도 좋다. 이 반사 화상을 이용하여 전술한 바와 같이 해서 반도체 웨이퍼 상의 패턴 등의 검사를 행할 수 있다.

부가적인 효과와 수정은 당업자에게 쉽게 이루어질 수 있다. 그러므로 광역으로의 본 발명은 전술한 상세한 설명이나 대표적인 실시예에 제한되지 않는다. 따라서 본 발명의 부가되는 청구항과 그 동등물에 의해 한정되는 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 다양한 수정이 가능하다.

본 발명의 실시 형태에 따른 포토 마스크 검사 장치(50)에서는 스테이지(64)의 화소 방향에서의 변동을 보정할 수 있기 때문에 화상이 흐려지는 것을 방지하여 정확한 결함 검사를 행할 수 있다.

Claims

조사 광을 피검사체에 조사하는 조명 광학계와,

상기 피검사체를 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키는 피검사체 탑재 스테이지와,

상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 전기 신호로 변환하는 축적형 센서와,

상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키는 센서 구동부와,

상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하는 변동량 검출부와,

상기 변동량 검출부에 의해 검출된 제2 방향 변동량에 기초하여 상기 센서 구동부의 제2 방향으로의 구동량을 제어하는 제어부와,

상기 피검사체의 참조 데이터를 생성하는 참조 데이터 생성부와,

상기 피검사체의 투과 화상의 데이터 또는 반사 화상의 데이터와 상기 참조 데이터를 비교하여 상기 피검사체의 결함을 검출하는 데이터 비교부

를 포함하는 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 참조 데이터는 상기 피검사체의 설계 데이터에 기초하여 생성하는 것인 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 참조 데이터는 다른 시간에 촬상한 피검사체 화상 데이터에 기초하여 생성되는 것인 검사 장치.
조사 광을 피검사체에 조사하는 조명 광학계와,

상기 피검사체를 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키는 피검사체 탑재 스테이지와,

상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 전기 신호로 변환하는 축적형 센서와,

상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키는 센서 구동부와,

상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하는 변동량 검출부와,

상기 변동량 검출부에 의해 검출된 제2 방향 변동량에 기초하여 상기 센서 구동부의 제2 방향으로의 구동량을 제어하는 제어부

를 포함하는 촬상 장치.
조사 광을 피검사체에 조사하는 단계,

상기 피검사체를 피검사체 탑재 스테이지에 탑재하여 상기 조사 광의 조사 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 이동시키는 단계,

상기 피검사체의 투과 화상 또는 반사 화상을 축적형 센서로써 전기 신호로 변환하는 단계,

상기 축적형 센서를 상기 조사 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키는 단계,

상기 피검사체 탑재 스테이지의 상기 제2 방향 변동량을 검출하는 단계,

검출된 제2 방향 변동량에 기초해서 상기 축적형 센서의 제2 방향으로의 이동량을 제어하여 상기 피검사체의 참조 데이터를 생성하는 단계,

상기 피검사체의 투과 화상의 데이터 또는 반사 화상의 데이터와 상기 참조 데이터를 비교하여 상기 피검사체의 결함을 검출하는 단계

를 포함하는 검사 방법.
제5항에 있어서, 상기 참조 데이터는 상기 피검사체의 설계 데이터에 기초하여 생성하는 것인 검사 방법.
제5항에 있어서, 상기 참조 데이터는 다른 시간에 촬상한 피검사체 화상 데이터에 기초하여 생성되는 것인 검사 방법.
제5항에 있어서, 상기 피검사체는 포토 마스크 기판인 것인 검사 방법.
제5항에 있어서, 상기 피검사체는 반도체 웨이퍼인 것인 검사 방법.