JP5119602B2 - 周期性パターンの欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、周期性パターンを持つメモリ用フォトマスクなどの製品においてパターンのスジ状ムラ欠陥を検査するための欠陥検査装置及び欠陥検査方法に係り、特にフォトマスクやウエハ等の基板に周期的に形成されているパターンに生じるスジ状ムラを高精度に検出できる周期性パターンの欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。

周期性パターンとは、一定の間隔（以下ピッチと記す）を持つライン・アンド・スペース・パターンの集合体を称し、例えば、１本のパターンが所定ピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、又は開口部のパターンが所定ピッチで配列したマトリクス状の周期性パターン等をいう。

従来の周期性パターンの欠陥検査では、同軸の透過照明や平面照明（例えば、特許文献１、２参照）を用いて透過率画像を撮像し、各々の画像での光の強度（明るさ、輝度）を比べてスジ状ムラ欠陥と正常部とを視認する方法をとっている。そのため、ムラ欠陥部と正常部との光の強度差が少ない所謂コントラストが低い画像において、強度差を拡大してムラ欠陥部を抽出する。すなわち、従来の方法では、回折光の強度分布を計測し、その回折光のピークが現れるところで検査を行なう。

しかし、従来の方法においては、ピッチの小さいメモリ用フォトマスクの周期性パターンを検査する場合に、強度差の処理を工夫したとしても、ムラ欠陥部と正常部でのコントラストの向上が望めず、ムラ欠陥部に生じるわずかな光の強度差を判別できないことがある。
特開２００２−１４８２１０号公報 特開２００２−３５０３６１号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、メモリ用フォトマスクのような微細ピッチの周期性パターンを高精度に検査することができる周期性パターンの欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る周期性パターンの欠陥検査方法は、基板のＸＹ面上にＸ軸方向に所定のピッチで描画された周期性パターンに４つの検査光源から中心波長λ１（＝５００ｎｍ）の光を照射して周期性パターンに発生するスジ状ムラ欠陥を検査する周期性パターンの欠陥検査方法において、（i）前記４つの検査光源とは異なる他の光源から前記検査光源の中心波長λ１（＝５００ｎｍ）を外れる回折角度算出用波長λ２（＝６３３ｎｍ）の単一波長の光を前記周期性パターンの描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から前記周期性パターンに照射し、その主要回折光のピークが回折面の垂直軸に現れる入射角度Ａを測定し、測定した前記入射角度Ａを用いるθ１＝（９０−Ａ）π／１８０の関係から一次回折光が現れる入射角度θ１を求め、求めた入射角度θ１と前記検査光源の中心波長λ１を用いるｄ＝１×λ１／ｓｉｎ（θ１）の関係からピッチ寸法ｄを算出するか、または、前記周期性パターンの図面情報から該周期性パターンのピッチ寸法を取得し、
（ii）前記得られたピッチ寸法ｄと前記回折角度算出用波長λ２を用いるθtarget＝ｓｉｎ ^-1 （１×λ２／ｄ）の関係から前記周期性パターンの正常部とムラ部の回折光光強度のコントラストが取れるように測定に適した入射角度θtargetを求め、求めた入射角度θtargetを用いるＢ＝｛９０−（θtarget×１８０）｝／πの関係から入射角度Ｂを算出し、（iii）前記入射角度Ｂで前記４つの検査光源から前記周期性パターンに光が入射するように前記４つの検査光源の各々と前記基板とを相対位置合わせし、（iv）前記４つの検査光源の各々から中心波長λ１（＝５００ｎｍ）の光を前記周期性パターンに照射して検査する、ことを特徴とする。

本発明に係る周期性パターンの欠陥検査装置は、基板のＸＹ面上にＸ軸方向に所定のピッチで描画された周期性パターンに発生するスジ状ムラ欠陥を検査するための周期性パターンの欠陥検査装置であって、（ａ）前記基板を実質的に水平に保持し、該基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、（ｂ１）中心波長λ１（＝５００ｎｍ）の光を出射し、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う４つの検査光源と、（ｂ２）前記検査光源の中心波長λ１（＝５００ｎｍ）を外れる回折角度算出用波長λ２（＝６３３ｎｍ）の単一波長の光を前記周期性パターンの描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から前記周期性パターンに照射する他の光源と、（ｃ）前記ＸＹステージを挟んで前記４つの検査光源の反対側に配置され、前記４つの検査光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、（ｄ）前記４つの検査光源の光学的条件をそれぞれ個別に設定する光学条件４軸設定手段と、（ｅ）前記光学条件４軸設定手段により設定された光学的条件に基づいて前記ＸＹステージ上の基板に対して前記４つの検査光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段と、（ｆ）前記移動手段によって前記４つの検査光源の各々が移動されたときに、前記光学条件４軸設定手段により設定された光学的条件に基づいて検査対象となる前記周期性パターンに対して前記４つの検査光源の各々から斜め透過光の照明があたるように、前記移動手段と連動して前記４つの検査光源の各々の向きを変えさせる姿勢変更手段と、（ｇ）前記他の光源から前記回折角度算出用波長λ２（＝６３３ｎｍ）の単一波長の光を照射し、その主要回折光のピークが回折面の垂直軸に現れる入射角度Ａを測定し、測定した前記入射角度Ａを用いるθ１＝（９０−Ａ）π／１８０の関係から一次回折光が現れる入射角度θ１を求め、求めた入射角度θ１と前記検査光源の中心波長λ１を用いるｄ＝１×λ１／ｓｉｎ（θ１）の関係からピッチ寸法ｄを算出するか、または、前記周期性パターンの図面情報から該周期性パターンのピッチ寸法を取得する手段と、（ｈ）前記４つの検査光源の各々に取り付けられた中心波長λ１（＝５００ｎｍ）のバンドパスフィルタと、（ｉ）前記得られたピッチ寸法ｄと前記回折角度算出用波長λ２を用いるθtarget＝ｓｉｎ ^-1 （１×λ２／ｄ）の関係から前記周期性パターンの正常部とムラ部の回折光光強度のコントラストが取れるように測定に適した入射角度θtargetを求め、求めた入射角度θtargetを用いるＢ＝｛９０−（θtarget×１８０）｝／πの関係から入射角度Ｂを算出し、該入射角度Ｂで前記４つの検査光源から前記周期性パターンに光が入射するように、前記移動手段および前記姿勢変更手段の動作をそれぞれ制御して前記４つの検査光源の各々と前記基板とを相対位置合わせする制御手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の欠陥検査方法では、検査視野内で観察される欠陥像の見えかたと周期性パターンのピッチと光の波長と入射角との関係について調べた相関データを予め把握しておき、該相関データを用いて前記回折角度算出用波長として６３３ｎｍを選択することができる。

ここで「回折角度算出用波長」とは、光源から周期性パターンに光を照射したときの、検査に適した光源からの光の入射角度θtargetを下式で求めるための便宜的な仮想値をいう。この回折角度算出用波長λの値（rad）は、照射光源の波長域を基に、実証試験により予め取得した光源波長とムラの見えやすさとの相関関係のデータより決定する。

θtarget＝sin^-1（ｍ＊λ/ｄ）
本発明の欠陥検査装置において、中心波長５００ｎｍのバンドパスフィルタを４つの検査光源の各々に取付け、各検査光源から出射される中心波長５００ｎｍの光をバンドパスフィルタに通して、５００ｎｍを中心とする波長帯域のコントラストの良い周期性パターンの画像を得ることができる。また、制御手段は、前記撮像手段の検査視野内で観察される欠陥像の見えかたと周期性パターンのピッチと光の波長と入射角との関係について調べた相関データを保存し、周期性パターンを検査するごとに前記相関データを呼び出すことができる。例えば、周期性パターンの情報（ピッチなど）および光源の光学的条件（光の波長、光の強度分布、光の入射角度、投光の向き、投光照明エリアの面積、焦点深度など）をそれぞれ個別に設定する。具体的には、被検体の周期性パターンに対応して光源ごとに移動手段および姿勢変更手段をどのように動作させるかを実証試験等によって予め把握しておき、このデータをレシピとして保存しておく。そして、実際に検査を行う際に、被検体の周期性パターンに応じて最適のレシピを選択し、選択して呼び出した設定データに従って光源の光学的条件をそれぞれ個別に設定する。

周期性パターンの形状は基本的に矩形が多く、また描画ムラも描画水平方向と描画垂直方向（描画直交方向）とに周期的に生じることが多いために、フォトマスクに対して描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から照明する４軸を基本として投光する。

検査光が周期性パターンに入射すると、周期性パターンのナイフエッジ部分（正常パターンの変位部あるいは変曲部）およびスジ状ムラ（欠陥パターンの変位部あるいは変曲部部）において光が回折して、それらの回折光をそれぞれ検出することにより欠陥としてのスジ状ムラが検出される。

光の回折に関して、周期性パターンの正常部では、ある特定の方向に強力な透過光が形成される。スジ状ムラ部でも、ある特定方向のみに回折光が出る場合もあるが、パターンの周期性（パターン形状やピッチ間隔）が正常部と異なるので、パターン形状及びピッチ間隔に応じて正常部とは違う方向に回折光を生じる。これらの回折光を含む光学検出データに基づき画像処理と解析を繰り返し行い、スジ状ムラを検出し表示する。

本発明の検査装置が光の回折現象をマクロ的に捉える装置であるため、回折現象に大きく影響を与える投光角度（光の入射角）や光の波長に依存する部分が大きい。しかし、フォトマスクの周期性パターンはまさに多種多様であり、パターンが様々であること、およびスジ状ムラの程度がサンプルによって大きく異なることから、光学条件を一定の固定した条件に設定することは困難である。このため、該当するサンプルに合わせた光学系の条件を個別に設定することが必要になってくる。そこで、本発明では、周期性パターンの欠陥（スジ状ムラ）を見つけやすい光学条件として光の波長λ（回折角度算出用波長６３３ｎｍ）とそのときの入射角度θをそれぞれ設定することで、どのようなパターンの検査対象であっても見落としなく高精度に検査することができるようになる。

上述のように設定した光学条件の設定値等をレシピとして保存し、これとともに検査結果および検査画像をデータベースに保存する。すなわち、パネル画面を用いて必要な入力操作を行うことにより、保存された履歴データから任意のデータを選択し、すでに実績のある検査画像や検査結果を容易に確認することができる。また、履歴データを呼び出した後に、再検査を実行すれば、保存されたレシピから再度同じ光学条件や判定条件を呼び出し、そしてさらに検査エリアを呼び出して過去に実績のある検査とまったく同じ検査手法で検査することが可能となる。このようにして再現性の高い検査を行うことができるようになる。

本発明によれば、従来法では検出できなかったスジ状ムラ欠陥を検出することができ、メモリ用フォトマスクのような微細ピッチの周期性パターンであっても高精度に検査することができるようになる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１に示すように、本発明の周期性パターンの欠陥検査装置は、斜め透過照明部１０と、透過照明される被検体基板５０を可動支持するＸＹステージ部２０と、撮像するための撮像部３０と、撮像された画像を強調処理し、スジ状ムラ欠陥であるか否かを判定し、さらに強調された画像をオペレータが認識しやすいようにスジ状ムラ欠陥を表示する機能を有する処理部４０とを具備している。

斜め透過照明部１０は４つの光源１１Ａ〜１１Ｄを備えている。各光源１１Ａ〜１１Ｄは、姿勢変更手段としての傾動機構１２および移動手段としてのリニアスライダ１３によってリニアガイド１４上にそれぞれ可動に支持されている。リニアガイド１４は平面視野内で互いに直交するように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドからなるものである。２本のＸガイドのうちの一方には第１の光源１１ＡがＸ方向にスライド走行可能に設けられ、他方には第２の光源１１ＢがＸ方向にスライド走行可能に設けられている。また、２本のＹガイドのうちの一方には第３の光源１１ＣがＹ方向にスライド走行可能に設けられ、他方には第４の光源１１ＤがＹ方向にスライド走行可能に設けられている。リニアスライダ１３は、リニアガイド１４に駆動可能に係合するとともに、傾動機構１２を介して光源１１Ａ〜１１Ｄを支持している。さらに、各光源１１Ａ〜１１Ｄは点灯と消灯を切り換える（点光源の変更）手段を備えており、検査対象基板との距離、又は照明光の入射角、方面を切り換えることができるようになっている。

傾動機構１２は、超小型モータと、モータ回転駆動軸に連結された水平軸と、光源１１Ａ〜１１Ｄとともに水平軸まわりに旋回するホルダとを備えている。各光源１１Ａ〜１１Ｄは、モータ駆動によって図５に示すように傾動動作する。これにより光源１１Ａ〜１１Ｄからの光の投光角度θが様々に変わり、様々な角度と方向からの照明が可能となっている。また、各光源１１Ａ〜１１Ｄには、所望の波長の光を透過させる図示しない光学フィルタ（波長変換手段）を着脱可能に装着できるようになっている。光学フィルタは、波長変換手段として機能するものであり、種々の周期性パターンに対応して複数種類の光学フィルタが準備され、顧客仕様や検査レシピが変更されるごとにそれに応じて所望の光学フィルタに交換できるようになっている。

光源１１Ａ〜１１Ｄにはテレセントリックレンズを含む平行光学系を備えた直線的な光源を用いる。このタイプの光源は輝度ムラや照度ムラがあり、照明強度が高いと撮像画像に影響を受けることがある。本実施形態の検査装置では、輝度ムラや照度ムラを防止するための対策として照明中心位置調整機能を付加している。

ＸＹステージ部２０では、検査対象基板としてのマスク５０をＸＹステージ２１上の所定の位置に載置し保持する。ＸＹステージ部２０は、測定機能を有し、位置を認知して、マスク５０の検査開始位置に装置の光軸を重ねる。ＸＹステージ２１は、Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構によって水平面内でＸ方向とＹ方向とにそれぞれ移動可能に支持されている。

撮像部３０では、光軸に平行な撮像側平行光学系３１から構成され、画像を撮像する手段、例えば、ＣＣＤ付きカメラ、画像のデータ化及びデータ保存送信等の役割を分担する。撮像側平行光学系３１は、検査対象パターン５１を所望の倍率（拡大または縮小、等倍も含む）でプロジェクション撮像できるように投影光学系を含むものである。

処理部４０は、撮像部３０及びＸＹステージ部２０及び透過照明部１０を統括的に管理するとともに、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段をも統括管理するものである。さらに、処理部４０では、撮像部３０から撮像した画像データを受け取り、該データを所定のデータ処理手順により画像の特徴を抽出比較し、その差分を算出し、良否を判定する。なお、周期性パターンムラの検査の工程を逐次処理するフローチャートを図３に示して後述する。

次に、図２を参照して検査装置の制御系の概要を説明する。

本発明の検査装置は、光学条件４軸設定機能、軸別個別設定・保存機能、基準条件・参考条件設定機能、照明中心位置調整機能、データベース機能・再検査機能などの諸機能を作動させるために５つのサブシステム４０ａ〜４０ｅにより構成されている。

データ入力部４０ａは、センサ部４１１、照明部４１２、位置固定部４１３および位置制御部４１４を備えている。センサ部４１１は、位置検出用の位置センサ、移動距離検出用の距離センサ（エンコーダやカウンタを含む）および輝度検出用の光感知センサなど複数のセンサを有する。データ処理部４０ｂは、データ入力部４０ａのセンサ部４１１から入力される撮像データを処理する画像処理部４１５と、処理したデータを管理するデータ管理部４１６と、を備えている。センサ部４１１の各センサからは検出信号が画像処理部４１５に随時送られるようになっている。画像処理部４１５は、処理部４０のパソコン４１の機能の一部としてもよいし、パソコン４１とは別に独立した処理ユニットとしてもよい。

照明部４１２は、光源１１Ａ〜１１Ｄをコントロールするものである。

位置固定部４１３は、ＸＹステージ部２０をコントロールするものである。

位置制御部４１４は、光源１１Ａ〜１１Ｄの傾動機構１２およびリニアスライダ１３を個別にコントロールするものである。

マシンインターフェイス部４０ｃは、検査対象となるマスク５０を搬送する搬送機構（図示せず）等の外部装置との間でデータの送受信を行う機械連動部４１７と、マスクの受け渡しを行う自動給排部４１８と、を備えている。

ヒューマンインターフェイス部４０ｅは、データ処理部４０ｂで処理された処理画像を表示する情報表示部４２と、オペレータとの間で情報のやりとりを行う対人操作部４３と、を備えている。

システムバス４０ｄは、ヒューマンインターフェイス部４０ｅと他のサブシステム４０ａ〜４０ｃとの間をインターフェイスしてデータ送受信させるものである。

データベース機能・再検査機能は、光学条件の設定値等をレシピとして保存し、これと共に検査結果や検査画面をもデータベースに保存する機能である。データベース機能・再検査機能を付加することによって、上述した各種機能で設定した光学条件の設定値等をレシピとして保存し、これとともに検査結果および検査画像をデータベースに保存する。

例えば、オペレータは、入力・表示パネルを用いて画面上に表示される画像を見ながら、ランプ１〜４の各条件やカメラの撮像条件など必要なレシピを入力し、変更することができる。また、画面を用いて必要な入力操作を行うことにより、保存された履歴データから任意のデータを選択し、すでに実績のある検査画像や検査結果を容易に確認することができる。また、履歴データを呼び出した後に、再検査を実行すれば、保存されたレシピから再度同じ光学条件や判定条件を呼び出し、そしてさらに検査エリアを呼び出して過去に実績のある検査とまったく同じ検査手法で検査することが可能となる。このようにして再現性の高い検査を行うことができるようになる。

次に、図３を参照して周期性パターンの欠陥検査手順の概要について説明する。

メインスイッチをＯＮして装置を起動させ、検査を開始する（工程Ｓ１）。所定の初期条件を設定し、すべての初期条件が揃ったところでその設定動作を終了する（工程Ｓ２）。Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構２３を駆動させ、ＸＹステージ２１をホーム位置から使用位置まで移動させる（工程Ｓ３）。マスク５０をＸＹステージ２１上に載置する（工程Ｓ４）。次いで、ＸＹステージ２１ごとマスク５０を検査開始位置まで移動させ、検査対象となる周期性パターン５１を撮像エリア５６に位置させる（工程Ｓ５）。

撮像部３０の撮像の条件を設定する（工程Ｓ６）。カメラ３１の倍率を設定する（工程Ｓ７）。斜め透過照明部１０の照明条件を設定する（工程Ｓ８）。これらの設定が完了すると、光源１１Ａ〜１１Ｄをスライド移動させ、傾動動作させ、撮像エリア５６に対して位置合せし、パターン５１に投光照明し、これを撮像する（工程Ｓ９）。初回の撮像画像を処理部４０のパソコン４１に取り込む（工程Ｓ１０）。次の撮像エリア（検査対象パターン）の有無を判定する（工程Ｓ１１）。

次の撮像エリア（検査対象パターン）が有ると判定した場合は、ＸＹステージ２１によりマスク５０を移動させ、次の撮像エリアをカメラ撮像エリア５６に位置させ、これを撮像する（工程Ｓ１２）。次の撮像エリアのパターン画像を処理部４０のパソコン４１に取り込む（工程Ｓ１３）。最後の撮像エリアであるか否かを判定する（工程Ｓ１４）。最後の撮像エリアであると判定した場合は、工程Ｓ１６へ進む。

最後の撮像エリアでないと判定した場合は、工程Ｓ１１に戻って、次の撮像エリアを撮像し（工程Ｓ１２）、その撮像画像を取り込み（工程Ｓ１３）、最後の撮像エリアであるか否かを再度判定する（工程Ｓ１４）。

工程Ｓ１１で次の撮像エリアが無いと判定した場合は、撮像を終了するとともに、ＸＹステージ２１の駆動を停止させ（工程Ｓ１５）、工程Ｓ１６〜Ｓ２１の画像処理及び判定処理を経て、最終的に装置を停止させる（工程Ｓ２２）。

工程Ｓ１４で最後の撮像エリアであると判定した場合は、その撮像データを処理部４０へ転送し（工程Ｓ１６）、パソコン４１において画像処理する（工程Ｓ１７）。そして、画像処理した結果データを出力し（工程Ｓ１８）、その出力結果を評価判定する（工程Ｓ１９）。評価判定が完了すると、検査工程を終了する（工程Ｓ２０）。マスク５０をステージ２１から持ち上げ、搬送アームに受け渡し、チャンバから搬出する（工程Ｓ２１）。装置を停止させ、検査を終了する（工程Ｓ２２）。

次に、図４を参照して検査対象の周期性パターンとしてメモリ用フォトマスクに形成された微細パターンを検査する場合について説明する。

先ず検査対象となるメモリ用フォトマスクの周期性パターンに入射角度を変えながらレーザー光を照射して、その主要回折光ピークが回折面の垂直軸上に出現する入射角度Ａを計測する（工程Ｓ３１）。ここで求められた入射角度Ａは本発明の装置仕様に基づいて回折面に対して平行な軸を基準（０度）として用いる角度である。回折面に対して垂直な軸を基準（０度）とし、角度をラジアンにて計算する一般的な理論式の形式に合わせるために、下式（１）により入射角度Ａを入射角度θ₁に換算する。

θ₁＝（９０−Ａ）π／１８０ …（１）
ｍ次の回折光が現れる入射角度θ_Mとパターンに照射される光の波長λ、周期性パターンのピッチｄには下式（２）の関係が成り立つ。

θ_M＝ｓｉｎ^-1（ｍλ／ｄ） …（２）
上式（２）を基に入射角度θ₁、レーザー光波長λ₁を用いて下式（３）より周期性パターンのピッチ寸法ｄを求める（工程Ｓ３２）。

ｄ＝１×λ₁／ｓｉｎ（θ₁） …（３）
求めたピッチ寸法ｄと検査に用いる光源波長に対応する回折角算出用波長λ₂を用いて下式（４）から測定に適した入射角度θtargetを求める（工程Ｓ３３）。

θtarget＝ｓｉｎ^-1（１×λ₂／ｄ） …（４）
求めた入射角度θtargetを、下式（５）を用いて本発明の装置仕様に準ずる角度Ｂに換算する。

Ｂ＝｛９０−（θtarget×１８０）｝／π …（５）
上記のようにして求めた入射角度で光がマスク５０に入射するように、マスク５０に対して検査装置の光源１１Ａ〜１１Ｄをそれぞれ位置合せする（工程Ｓ３４）。

各光源１１Ａ〜１１Ｄでは所定のバンド幅を持つ光学フィルタを用いて光源光の波長を所望の検査指定波長に変換し、その波長変換光でマスク５０の検査エリアを照明する（工程Ｓ３５）。撮像部３０により検査エリアを撮像し、その撮像データを処理部４０に送って画像処理する。画像処理データを観察・分析することによりマスク５０上の周期性パターンにスジ状ムラ欠陥が有るか無いかを判断・評価する。

ある１つのエリアの検査が終了すると、ＸＹステージ部２０によって検査対象マスク５０を所定距離だけステップ移動させ、次の検査対象エリアを撮像部３０の測定視野内に位置させ、上記と同様に次のエリアに検査指定波長の光を照射して検査する（工程Ｓ３６）。このようにして小エリアに対して次々に照明・撮像・観察・分析・評価を繰り返し、マスク５０の全エリアを検査する。

次に、図５〜図８を参照してスジ状ムラ欠陥を解析するための数値化処理の概要を説明する。
例えば、図６に示すような被検体基板５０から周期性パターンエリア５２のみの二次元画像データを切り出し、図７に示すように切り出した二次元画像データに対して積算データ６１を計算する。次いで、積算データ６１から注目点を対象とする積算移動平均データ６２を計算する。ここで、移動平均計算可能範囲６４は変更可能となっている。しかし、この積算移動平均データ６２は、注目点を中心とする移動平均を計算していることから、その両端部分６３で計算することが不可能である。このため計算不可能な両端部分６３については、移動平均計算可能範囲６４の両端のデータに基づく最小二乗法により最端部の最小二乗法による移動平均計算可能範囲６４を計算する。

次に、積算データ６１と積算移動平均データ６２との差分を計算し、図８に示すように差分データ７１を得る。この差分データ７１に閾値７２を設け、閾値７２を超えるものをスジ状ムラ欠陥であると判定する。

但し、最小二乗法により移動平均を求めた両端部分６３については、あくまでも最小二乗法による予測値であるため、誤差が生じることが予想される。これに対応するために、最小二乗法による移動平均計算可能範囲６４の閾値７２とは別個の値７３を設定可能とする。このようにスジ状ムラ欠陥に特化した検査方法とすることで、スジ状ムラ欠陥を高精度に検出することが可能となる。

周期性パターンの撮像と欠陥検出についてさらに説明する。

周期性パターン５１の正常部では、スリット部（又は開口部）の形状、ピッチが一定となるために互いに干渉し、一定の方向に強い回折光が生じ、欠陥部では、スリット部（又は開口部）の形状・ピッチが不安定となるために形状・ピッチに応じて、様々な方向に、種々の強さで回折光が生じる。

検査装置において、斜め透過照明部１０から照射された光が、周期性パターン５１のブラックマトリクスのマスク５０の開口部にて回折され、その回折光が画像として撮像部３０に捕らえられる。入射角θを９０゜より小さくすると観察環境が替わり、スリット部（又は開口部）の形状、ピッチの差違が強調される効果があり、照射角度を少しずつ変化させる照明により回折光の輝度の差違が更に強調される。

マスク５０において回折される回折光は、ブラックマトリクスの微妙な変動により、回折角に変化をもたらすため、撮像部３０に捕らえられた画像はブラックマトリクスの変動に起因する欠陥部を強調した画像となる。さらに、斜め透過照明部１０及び撮像部３０に平行光学系を用いることで、回折光の変動をより正確に強調した画像が捕らえられる。また、複数設置された照明を順次点灯することで、様々な方向性をもつ欠陥に対して最適な画像が取得可能となる。

このようにして撮像部３０に捕らえられた欠陥画像を、処理部４０にて欠陥部抽出処理、判定処理を行う。判定された欠陥の位置やレベルを欠陥画像と同時に処理部４０に表示することで、欠陥のモニター用途としての利用も有効となっている。

図５に示すように、光学条件４軸設定機能に基づいて各光源の光学的条件を設定する際に、光源／マスク相互間距離を種々変えるとともに、光源１１Ａ〜１１Ｄからパターン５１に投光される光の角度θ１，θ２，θ３，θ４を種々変えることができる。これにより、パターン５１の形状や種類に応じて最適の検査光をパターンに投光することが可能となる。なお、投光角度θ１〜θ４は装置構成上の制限を受けることから３０°〜７０°の範囲とする。

次に、図９〜図１３を参照して本発明の種々の実施例についてそれぞれ説明する。
（実施例１）
６３３ｎｍのレーザー光で周期性パターンを照明してその主要回折光ピークの回折角度を測定し、測定した回折角度から当該周期性パターンのピッチ寸法ｄを算出するか、あるいは周期性パターンの図面情報（データ）から当該周期性パターンのピッチ寸法ｄを取得した。

次いで、後の検査に用いる照明光の中心波長５００ｎｍに対応する回折角度算出用波長６３３ｎｍと上記ピッチ寸法ｄとに基づき最適検査角度（入射角度）θtarget（＝５４°）を求めた。

照明光源（メタルハライドランプ）に中心波長５００ｎｍのバンドパスフィルタを装着し、５４°の入射角で周期性パターンを照明したところ、図１０に示すようにコントラストの良い画像を得ることができ、周期性パターン５１のなかに存在するスジ状ムラ欠陥５４を鮮明に捉えることができた。

ちなみに、検査に用いている照明の中心波長５００ｎｍを回折角度算出用波長として算出した入射角度、すなわち従来の技術と同様に回折光強度の主要回折光ピークが現われる入射角度で照明し、スジ状ムラ欠陥を可視光の像として検査視野内で捉えることができるか否かについて調べた。その結果、いずれの場合も可視光像としてスジ状ムラ欠陥を鮮明に捉えることができなかった。

次に、従来の技術である回折光強度の主要回折ピークが現われる入射角度での検査においてスジ状ムラ欠陥を捉えられない理論背景について図９を参照して説明する。

図９の（ａ）は、横軸に照明光の入射角度をとり、縦軸に光強度をとって、５００ｎｍを中心とした帯域のバンドパスを通した光を照明したときの周期性パターンの正常部及びムラ欠陥部の光強度分布をそれぞれ模式的に示す特性線図である。図中にて特性線Ｅ１（実線）は正常部の光強度分布を示し、特性線Ｆ１（破線）はムラ欠陥部の光強度分布を示す。なお、周期性パターン５１の平均ピッチは１０８０ｎｍであった。

図９の（ａ）から明らかなように、一次回折光ピークに対応する入射角度α１（＝６２°）のところでは画面全体は明るいが、特性線Ｅ１とＦ１との間の輝度差が小さいためにコントラストが不良になり、ムラ欠陥の画像が不鮮明になるか又は現われない。これに対して、一次回折光のピークから外れる入射角度β１（＝５２°）のところでは画面全体は暗くなるが、特性線Ｅ１とＦ１との間の輝度差が大きくなるために全体としてコントラストが良好になり、ムラ欠陥の画像を鮮明に捉えることができた。

図９の（ｂ）はCCDダイナミックレンジにおける正常部及びムラ欠陥部の輝度レベルを模式的に示す図である。上述したように本発明では主要回折光の輝度レベルのピークから外れたところで検査を実施するために、画面が全体として暗くなる。そこで、CCDダイナミックレンジにおけるカメラ感度０〜２５５のうち正常部の輝度にグレイレベルを合わせることにより、画面を明るくすることができる。

（実施例２）
６３３ｎｍのレーザー光で実施例１と異なる周期性パターンを照明してその主要回折光ピークの回折角度を測定し、測定した回折角度から当該周期性パターンのピッチ寸法ｄを算出するか、あるいは周期性パターンの図面情報（データ）から当該周期性パターンのピッチ寸法ｄを取得した。

次いで、後の検査に用いる照明光の中心波長５００ｎｍに対応する回折角度算出用波長６３３ｎｍと上記ピッチ寸法ｄとに基づき最適検査角度（入射角度）θtarget（＝４１．８°）を求めた。

照明光源（メタルハライドランプ）に中心波長５００ｎｍのバンドパスフィルタを装着し、４１．８°の入射角で周期性パターンを照明したところ、図１３に示すようにコントラストの良い画像を得ることができ、周期性パターン５１のなかに存在するスジ状ムラ欠陥５４を鮮明に捉えることができた。なお、周期性パターン５１の平均ピッチは８６４ｎｍであった。

ちなみに、検査に用いている照明の中心波長５００ｎｍを回折角度算出用波長として算出した入射角度、すなわち従来の技術と同様に回折光強度の主要回折光ピークが現われる入射角度で照明し、スジ状ムラ欠陥を可視光の像として検査視野内で捉えることができるか否かについて調べた。その結果、可視光像としてスジ状ムラ欠陥を鮮明に捉えることができなかった。

このように周期性パターン５１の形状の大部分が、図１０に示すように、矩形であることから、スジ状ムラ（描画ムラ）が描画の水平方向（Ｘ方向）と垂直方向（Ｙ方向）にそれぞれ周期的に発生することが多く、そのためパターン形状に応じて欠陥を見つけ易い入射角度がいくつか存在する。例えばＴ字パターンでは例えばθ１，θ２が欠陥を見つけ易い入射角度であることを実証試験で予め把握しておき、Ｔ字パターンを含むフォトマスクを検査する場合は、レシピ条件の入射角度にθ１，θ２を設定しておくと、スジ状ムラを確実かつ効率良く検出することができる。なお、光源の数を４つとしたのは、輝度不足を解消するために、輝度の補完を考慮したほか、Ｘ方向の２光源のみ、又はＹ方向の２光源のみを用いて、切り替えるようにして測定が可能なようにしたものである。

４つの光源１１Ａ〜１１Ｄは、検査対象となるパターンから当該光源までの距離に応じてその投光角度を適宜変えることができるようになっている。なお、入射角度θそのものを直接に検出しない場合であっても、光源／パターン間の高さレベル差Ｌが判明していれば、光源／パターン間の距離を検出することにより、投光角度を求めることができる。

光学条件４軸設定手段によって４つの光源の光学的条件（光の波長、光の強度分布、光の入射角度、投光の向き、投光照明エリアの面積、焦点深度など）をそれぞれ個別に設定する。具体的には、被検体の周期性パターン５１に対応して光源ごとに移動手段および姿勢変更手段をどのように動作させるかを実証試験等によって予め把握しておき、このデータをレシピとして保存しておく。そして、実際に検査を行う際に、被検体の周期性パターンに応じて最適のレシピを選択し、選択して呼び出した設定データに従って４つの光源の光学的条件をそれぞれ個別に設定する。周期性パターンの形状は基本的に矩形が多く、また描画ムラも描画水平方向と描画垂直方向（描画直交方向）とに周期的に生じることが多いために、フォトマスクに対して描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から照明する４軸を基本として投光する。検査光が周期性パターンに入射すると、周期性パターンの変位部あるいは変曲部およびスジ状ムラにおいて光が回折して、それらの回折光をそれぞれ検出することにより欠陥としてのスジ状ムラ５４が検出される。

光の回折に関して、周期性パターン５１の正常部では、ある特定の方向に強力な透過光が形成される。一方、スジ状ムラ部５４では、特定方向のみに回折光が出ずにパターン形状及びピッチ間隔に応じていろいろの方向に種々の強さで回折光が生じる。これらの回折光を含む光学検出データに基づき画像処理と解析を繰り返し行い、スジ状ムラを検出し表示する。

次に、照明光に用いる光にはどのようなものが適しているかを図１１〜図１３を参照して説明する。

（比較例１）
図１１は正常部及びムラ欠陥部に関する青スペクトル中心のバンド幅の照明光（バンド光）の光強度分布を示す特性線図である。ムラ欠陥の観察に最適なバンド幅をもつフィルタを用いて青スペクトル中心のバンド幅の照明光を周期性パターンに照明した。図中にて特性線Ｅ３（実線）は正常部の光強度分布を示し、特性線Ｆ３（破線）はムラ欠陥部の光強度分布を示す。図から明らかなように、一次回折光ピークに対応する入射角度α３（＝６２°）のところでは画面全体は明るいが、特性線Ｅ３とＦ３との間の輝度差が小さいためにコントラストが不良になり、ムラ欠陥の画像が不鮮明になるか又は現われない。これに対して、一次回折光のピークから外れる入射角度β３（＝５４°）のところでは画面全体は暗くなるが、特性線Ｅ３とＦ３との間の輝度差が大きくなるために全体としてコントラストが良好になり、ムラ欠陥の画像を鮮明に捉えることができた。

（比較例２）
図１２は正常部及びムラ欠陥部に関する青スペクトル照明光（スペクトル光）の光強度分布を示す特性線図である。フィルタを用いて青スペクトルの照明光を周期性パターンに照明した。図中にて特性線Ｅ４（実線）は正常部の光強度分布を示し、特性線Ｆ４（破線）はムラ欠陥部の光強度分布を示す。ＣＣＤカメラ３１に内蔵されたラインセンサの感度との兼ね合いもあるが、一次回折光ピークに対応する入射角度α４（＝６２°）のところであっても、一次回折光のピークから外れる入射角度β４（＝６０°）のところであっても、いずれの場合もコントラストが不良になり、ムラ欠陥の画像が不鮮明になり、ムラ欠陥の画像を見ることはできるが、観察し難いことが判明した。

（比較例３）
図１３は正常部及びムラ欠陥部に関する白色照明光の光強度分布を示す特性線図である。図中にて特性線Ｅ５（実線）は正常部の光強度分布を示し、特性線Ｆ５（破線）はムラ欠陥部の光強度分布を示す。ＣＣＤカメラ３１に内蔵されたラインセンサの感度との兼ね合いもあるが、一次回折光ピークに対応する入射角度α５（＝６２°）のところであっても、一次回折光のピークから外れる入射角度β５（＝４０°）のところであっても、いずれの場合もコントラストが不良になり、ムラ欠陥の画像が現われなかった。

本発明によればフォトマスクやウエハ等の基板に周期的に形成されているパターンに生じるスジ状ムラを高精度に検出することができる。

本発明の検査装置の概要を示す構成ブロック斜視図。 本発明の検査装置の制御系統を示すブロック図。 一般的な欠陥検査方法の手順を示すフローチャート。 メモリ用フォトマスクの周期性パターンの欠陥を検査する手順を示すフローチャート。 検査装置を側方から見て被検体と光源との位置関係を示す図。 被検体としてのマスクを模式的に示す平面図。 周期性パターンを検査するときの演算手順を説明するための波形図。 周期性パターンを検査するときの演算手順を説明するための別の波形図。 （ａ）は正常部及びムラ欠陥部の光強度分布をそれぞれ示す特性線図、（ｂ）はCCDダイナミックレンジにおける正常部及びムラ欠陥部の輝度レベルを模式的に示す図。 ムラ欠陥部を有する周期性パターンの一例を示す平面模式図。 正常部及びムラ欠陥部に関する青スペクトル中心のバンド幅の照明光の光強度分布を示す特性線図。 正常部及びムラ欠陥部に関する青スペクトル照明光の光強度分布を示す特性線図。 正常部及びムラ欠陥部に関する白色照明光の光強度分布を示す特性線図。

符号の説明

１０…斜め透過照明部、１１Ａ〜１１Ｄ…光源、
１２…姿勢変更手段（傾動機構）、
１３…移動手段（リニアスライダ）、１４…案内路（リニアガイド）、
２０…ＸＹステージ部、２２…Ｘ駆動機構、２３…Ｙ駆動機構、
３０…撮像部、３１…撮像側平行光学系（撮像手段、ＣＣＤカメラ）、３２…カメラ光軸（中心線）、
４０…処理部、４１…パソコン（画像処理部）、４２…ＬＣＤ（情報表示部）、４３…キイボード（対人操作部）、
５０…マスク（被検体基板）、５１…パターン、５２…スジ状ムラ、５３…周期的パターンエリア、５６…撮像エリア（検査エリア）、５８…中心線（カメラ光軸）、
６１…積算データ、６２…積算移動平均データ、６３…最小２乗法による移動平均計算範囲、６４…移動平均計算可能範囲、７１…差分データ、７２…移動平均計算可能範囲の閾値、７３…最小２乗法による移動平均計算範囲の閾値。

Claims (2)

1. 基板のＸＹ面上にＸ軸方向に所定のピッチで描画された周期性パターンに４つの検査光源から中心波長λ１（＝５００ｎｍ）の光を照射して周期性パターンに発生するスジ状ムラ欠陥を検査する周期性パターンの欠陥検査方法において、
   （i）前記４つの検査光源とは異なる他の光源から前記検査光源の中心波長λ１（＝５００ｎｍ）を外れる回折角度算出用波長λ２（＝６３３ｎｍ）の単一波長の光を前記周期性パターンの描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から前記周期性パターンに照射し、その主要回折光のピークが回折面の垂直軸に現れる入射角度Ａを測定し、測定した前記入射角度Ａを用いるθ１＝（９０−Ａ）π／１８０の関係から一次回折光が現れる入射角度θ１を求め、求めた入射角度θ１と前記検査光源の中心波長λ１を用いるｄ＝１×λ１／ｓｉｎ（θ１）の関係からピッチ寸法ｄを算出するか、または、前記周期性パターンの図面情報から該周期性パターンのピッチ寸法を取得し、
   （ii）前記得られたピッチ寸法ｄと前記回折角度算出用波長λ２を用いるθtarget＝ｓｉｎ ^-1 （１×λ２／ｄ）の関係から前記周期性パターンの正常部とムラ部の回折光光強度のコントラストが取れるように測定に適した入射角度θtargetを求め、求めた入射角度θtargetを用いるＢ＝｛９０−（θtarget×１８０）｝／πの関係から入射角度Ｂを算出し、
   （iii）前記入射角度Ｂで前記４つの検査光源から前記周期性パターンに光が入射するように前記４つの検査光源の各々と前記基板とを相対位置合わせし、
   （iv）前記４つの検査光源の各々から中心波長λ１（＝５００ｎｍ）の光を前記周期性パターンに照射して検査する、ことを特徴とする周期性パターンの欠陥検査方法。
2. 基板のＸＹ面上にＸ軸方向に所定のピッチで描画された周期性パターンに発生するスジ状ムラ欠陥を検査するための周期性パターンの欠陥検査装置であって、
   （ａ）前記基板を実質的に水平に保持し、該基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、
   （ｂ１）中心波長λ１（＝５００ｎｍ）の光を出射し、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う４つの検査光源と、
   （ｂ２）前記検査光源の中心波長λ１（＝５００ｎｍ）を外れる回折角度算出用波長λ２（＝６３３ｎｍ）の単一波長の光を前記周期性パターンの描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から前記周期性パターンに照射する他の光源と、
   （ｃ）前記ＸＹステージを挟んで前記４つの検査光源の反対側に配置され、前記４つの検査光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、
   （ｄ）前記４つの検査光源の光学的条件をそれぞれ個別に設定する光学条件４軸設定手段と、
   （ｅ）前記光学条件４軸設定手段により設定された光学的条件に基づいて前記ＸＹステージ上の基板に対して前記４つの検査光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段と、
   （ｆ）前記移動手段によって前記４つの検査光源の各々が移動されたときに、前記光学条件４軸設定手段により設定された光学的条件に基づいて検査対象となる前記周期性パターンに対して前記４つの検査光源の各々から斜め透過光の照明があたるように、前記移動手段と連動して前記４つの検査光源の各々の向きを変えさせる姿勢変更手段と、
   （ｇ）前記他の光源から前記回折角度算出用波長λ２（＝６３３ｎｍ）の単一波長の光を照射し、その主要回折光のピークが回折面の垂直軸に現れる入射角度Ａを測定し、測定した前記入射角度Ａを用いるθ１＝（９０−Ａ）π／１８０の関係から一次回折光が現れる入射角度θ１を求め、求めた入射角度θ１と前記検査光源の中心波長λ１を用いるｄ＝１×λ１／ｓｉｎ（θ１）の関係からピッチ寸法ｄを算出するか、または、前記周期性パターンの図面情報から該周期性パターンのピッチ寸法を取得する手段と、
   （ｈ）前記４つの検査光源の各々に取り付けられた中心波長λ１（＝５００ｎｍ）のバンドパスフィルタと、
   （ｉ）前記得られたピッチ寸法ｄと前記回折角度算出用波長λ２を用いるθtarget＝ｓｉｎ ^-1 （１×λ２／ｄ）の関係から前記周期性パターンの正常部とムラ部の回折光光強度のコントラストが取れるように測定に適した入射角度θtargetを求め、求めた入射角度θtargetを用いるＢ＝｛９０−（θtarget×１８０）｝／πの関係から入射角度Ｂを算出し、該入射角度Ｂで前記４つの検査光源から前記周期性パターンに光が入射するように、前記移動手段および前記姿勢変更手段の動作をそれぞれ制御して前記４つの検査光源の各々と前記基板とを相対位置合わせする制御手段と、
   を具備することを特徴とする周期性パターンの欠陥検査装置。

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