JP5048558B2 - 基板検査方法および基板検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板検査方法および基板検査装置に関する。

半導体集積回路の製造における歩留まり低下の原因の１つに、フォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスクに生じた欠陥や異物がある。また、半導体ウェハ上に異物が存在しても配線の短絡などになるため、歩留まり低下の原因となる。そこで、こうした欠陥や異物を検出する装置の開発が従来より盛んに行われている。

特許文献１には、チップ内の非繰り返しパターンに生じた欠陥からの散乱光を受光して欠陥の位置座標を求める欠陥検査装置および欠陥検査方法が開示されている。

特開２００７−２４８０８６号公報

特許文献１では、気圧および温度の変化によって光学系に変化が生じることに鑑み、気圧と温度の変化量を測定し、その値から被検査基板高さの補正量を求めて検査時に補正することを特徴としている。

しかしながら、光学系に変化を与える因子は、気圧と温度に限られるものではない。例えば、湿度などに変化が生じても光学系にずれが生じる。このため、特許文献１に記載の欠陥検査装置および欠陥検査方法では、気圧や温度以外の他の因子に変化が生じたときに対応できないという問題があった。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、光学系に影響を及ぼす変化を検出し、変化に応じた補正を行うことによって、基板に生じた欠陥や異物などを正確に検出することのできる基板検査方法および基板検査装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、基板に光を照射して得られた前記基板の光学画像と、前記基板の設計データから作成した参照画像とを比較することにより、前記基板の検査を行う基板検査方法において、
前記基板の周辺における屈折率の変化量に応じて、前記基板に結像した光の結像位置の変動を補正することを特徴とするものである。

本発明の第１の態様においては、前記結像位置の補正データに基づいて前記光学画像と前記参照画像とを比較することができる。

本発明の第１の態様において、前記基板は、移動手段により前記光の照射方向に対し相対的に移動可能とすることができ、前記結像位置の補正データを前記移動手段にフィードバックすることができる。

本発明の第２の態様は、基板に光を照射して光学画像を得る手段と、
前記基板の設計データから参照画像を作成する手段と、
前記基板の周辺における屈折率の変化量を求める手段と、
前記屈折率の変化量を基に前記基板に結像した光の結像位置の変動を補正して位置補正データを作成する手段と、
前記位置補正データに基づいて、前記光学画像と前記参照画像とを比較する手段とを有することを特徴とする基板検査装置に関する。

本発明の第３の態様は、ステージ上に載置された基板に光を照射して光学画像を得る手段と、
前記ステージの移動を制御する手段と、
前記基板の設計データから参照画像を作成する手段と、
前記光学画像と前記参照画像とを比較する手段と、
前記基板の周辺における屈折率の変化量を求める手段とを有し、
前記屈折率の変化量を基に前記基板に結像した光の結像位置の変動を補正して前記ステージの移動を制御する手段にフィードバックすることを特徴とする基板検査装置に関する。

本発明の第１の態様によれば、基板の周辺における屈折率の変化量に応じて、基板に結像した光の結像位置の変動を補正するので、基板に生じた欠陥や異物などを正確に検出することができる。

本発明の第２の態様によれば、基板に生じた欠陥や異物などを正確に検出することのできる基板検査装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、基板に生じた欠陥や異物などを正確に検出することのできる基板検査装置が提供される。

図１は、本実施の形態における基板検査装置のシステム構成図である。尚、本実施の形態においては、検査対象物である基板としてマスクを挙げるが、ウェハを検査対象物とすることも可能である。

本実施の形態の基板検査装置は、マスクに光を照射して光学画像を得る手段（光学画像取得手段）と、マスクの設計データから参照画像を作成する手段（参照画像作成手段）と、マスクの周辺における屈折率の変化量を求める手段（屈折率変化測定手段）と、屈折率の変化量を基にマスクに結像した光の結像位置の変動を補正して位置補正データを作成する手段（位置補正データ作成手段）と、位置補正データに基づいて、光学画像と参照画像とを比較する手段（画像比較手段）とを有する。以下では、基板検査装置を構成する各手段とその特徴について説明する。

＜光学画像取得手段＞
図１に示すように、基板検査装置は、マスク１にレーザ光を照射する光源２と、光源２から出射されたレーザ光を透過照明光としてマスク１に照射する透過照明光学系Ａと、光源２から出射されたレーザ光を反射照明光としてマスク１に照射する反射照明光学系Ｂとを有する。欠陥の種類、位置または大きさなどによっては、透過照明での検出に適する場合と、反射照明での検出に適する場合とがある。２つの光学系を備えることで、透過照明と反射照明による各像を検出できるので、検査精度の向上が図れる。

図１において、光源２から出射されてビームスプリッタ３を透過した光は、ミラー４で反射された後、対物レンズ５によってマスク１に照射される。その後、マスク１を透過した光は、対物レンズ６、ビームスプリッタ７およびビームスプリッタ８を透過した後、レンズ９によって検出器１０に結像される。一方、光源２から出射されてビームスプリッタ３で反射された光は、ミラー１１とビームスプリッタ７で反射された後にマスク１に照射される。その後、マスク１で反射された光は、対物レンズ６とビームスプリッタ７を透過し、ビームスプリッタ８で反射された後、レンズ１２によって検出器１３に結像されて光学画像となる。検出器１０および検出器１３には、例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサまたはＴＤＩセンサなどを用いることができる。

マスク１は、ステージ１４の上に載置される。ステージ１４は、ステージ位置制御部１５からの指令によって、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）と回転方向（θ方向）に移動する。尚、図１では、紙面に垂直な方向をＸ方向とし、紙面に平行な方向をＹ方向としている。ステージ位置制御部１５を通じてステージ１４を動かし、対物レンズ６の光軸に直交する面内でマスク１を移動させることにより、レーザ光を相対的に走査することができる。ステージ１４の位置は測長部１６で測定され、得られたデータは位置情報部１７に送られる。

本実施の形態では、一例として、マスク１の被検査領域に、図２（ａ）に示すように、Ｙ方向に向かって複数のライン１０１があると仮定する。ステージ位置制御部１５によってステージ１４をＸ方向に移動させると、各ライン１０１が連続的に走査される。これにより取得された各ライン１０１の光学画像は、検出器１０、１３で光電変換された後、ステージ位置制御部１５に送られる。ステージ位置制御部１５は、検出器１０、１３から光学画像を取得すると、これと同期してステージ１４を移動させる。また、検出器１０、１３からの光学画像は、ステージ位置制御部１５からさらに比較部１８に送られる。

＜参照画像作成手段＞
図１において、展開部２０では、マスク１の設計データを磁気ディスク２１から制御部２２を通じて読み出し、イメージデータに変換する作業が行われる。そして、参照部１９では、このイメージデータを用いて参照画像が作成される。ここで、参照画像は、マスクの設計データから光学画像に類似するように作成される画像である。参照部１９は、展開部２０からのイメージデータを受け取り、図形の角を丸めるなどの光学画像に似せる処理を行って参照画像を作成する。

＜屈折率変化測定手段＞
上述したように、基板検査装置が置かれている環境（温度、圧力または湿度など）には変化が生じ得る。例えば、各種ドライバが発熱すると、基板検査装置周辺の温度が上昇する。また、低気圧や高気圧が通過すると、クリーンルーム内の圧力が変動する。さらに、クリーンルーム内にチャンバを設け、この中に基板検査装置を設置した場合であっても、チャンバ内の温度調整を行うためのダウンフローによって圧力変化が生じることがある。こうした変化は、基板検査装置の光学系に変化をもたらす。具体的には、マスクに結像した光の結像位置が変動し、図２（ｂ）に示すように、ライン１０１の形状に歪みが生じる。すると、本来の欠陥と上記原因により生じた形状の歪みとを区別できなくなり、検査精度の低下を招くことになる。

特許文献１では、環境を変化させる因子として温度および圧力を挙げ、これらを直接測定し、その変化量に応じた補正を行っている。しかしながら、マスク周辺の環境を変化させる因子は、温度および圧力に限られるものではない。したがって、温度と圧力だけを測定対象としていたのでは、環境の変化を正確に把握することはできない。そこで、本発明者は、マスク周辺の環境に変化が生じた場合、直ちにこれを検知して検査精度の低下を防ぐ方法が必要であると考え、本発明に至った。

本実施の形態では、マスク周辺の環境の変化を屈折率の変化量を測定することによって検知し、変化量に応じた補正パラメータをステージ１４の位置情報に反映させることを特徴としている。屈折率は、温度や圧力の変化だけでなく、湿度などの変化の影響も受けるので、屈折率の変動を調べることにより、環境の変化を正確に把握することが可能となる。

屈折率の変化量の測定は、シャドウグラフ法によって行うことができる。具体的には、図１の屈折率変化測定系Ｃに示すように、光源２０１から出射されたレーザ光をレンズ２０２によって集光し、レーザ光がマスク１の周辺部を通過するようにする。このレーザ光を検出器２０３に結像して光電変換し、得られた屈折率の変化量に関するデータを位置情報部１７に送る。マスク１の周辺部の温度、圧力または湿度などに変化がないと、検出器２０３は一様な明るさの光を受光する。一方、温度、圧力または湿度などが変化すると、マスク１の周辺部に屈折率の勾配が生じる。このとき、検出器２０３で受光される光の明るさＢの変化量ΔＢは、ΔＢ∝｛（∂^２/∂ｘ^２＋∂^２/∂ｚ^２）μ｝で表される。ここで、μは屈折率であり、（ｘ、ｚ）は検出器２０３の受光面と平行な座標である。

尚、本実施の形態による屈折率の変化量の測定は、シャドウグラフ法に限られるものではなく、シュリーレン法などの他の方法を用いることも可能である。また、測定は、マスク１の周辺部で行えばよく、図１の例に限られるものではない。すなわち、図１では、ステージ１４に対してマスク１のある側に屈折率変化測定系Ｃを設けたが、ステージ１４に対してマスク１のない側に屈折率変化測定系Ｃを設けてもよい。

屈折率変化量の測定は、光源２から出射されたマスク検査のためのレーザ光が走査される付近で行うことが好ましい。この場合、光源２から出射されたレーザ光と、光源２０１から出射されたレーザ光とは、通常は、波長が異なり、また、互いに直交する関係にあることから、交差しても差し支えない。また、測定を複数の箇所（例えば、１０箇所）で行い、これらの平均値を屈折率の変化量としてもよい。

＜位置補正データ作成手段＞
図１の例では、位置情報部１７において、測長部１６からのデータと、検出器２０３からの屈折率変化に関するデータとから位置補正データが作成される。具体的には、マスク１の周辺における屈折率の変化量に応じて、マスク１に結像した光の結像位置の変動が補正される。この際、結像位置の変動を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方に補正することができる。例えば、屈折率の変化量とステージの位置座標との関係を予め把握しておき、測定した屈折率の変化量に応じて位置座標を補正することができる。また、屈折率の変化量とマスクの高さとの関係を把握しておき、屈折率の変化量に応じてマスクの高さを補正してもよい。尚、補正は、把握した関係から求めた補正パラメータを用いて行ってもよく、あるいは、把握した関係を基に作成したマップを用いて行ってもよい。また、補正は、屈折率に変化が生じるのに呼応して行うことができるが、初期値に対して所定量の変化をしたときに行うようにしてもよい。

＜画像比較手段＞
得られた参照画像と位置補正データは、比較部１８に送られる。そして、比較部１８において、検出器１０、１３からの光学画像と、参照部１９からの参照画像とが比較される。この際、位置情報部１７から送られた位置補正データによって、図２のライン１０１の形状歪みが補正されるので、歪みが欠陥と誤認される事態は排除される。比較は、適当なアルゴリズムにしたがって行われ、光学画像と参照画像の一致しない所が欠陥または異物と判断される。尚、比較アルゴリズムには、データを直接比較する方法や、パターンデータの微分値を求めて比較する方法などがある。

上記操作によって得られた検査情報は、制御部２２に送られた後、ＣＲＴなどで構成された表示部２３に表示される。尚、検査情報は、必要に応じて、制御部２２で磁気ディスク２１に記録されるようにしておくことが好ましい。

以上述べたように、本発明によれば、マスク周辺の環境の変化を屈折率を測定することによって検知し、変化量に応じてステージの位置情報を補正するので、ライン形状の歪みを是正して検査精度の低下を抑制することが可能となる。

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、屈折率の変化量を基にマスクに結像した光の結像位置の変動を補正して位置補正データを作成し、この位置補正データに基づいて、光学画像と参照画像とが比較される。すなわち、図１に示すように、位置情報部１７において、測長部１６からのデータと、検出器２０３からの屈折率変化に関するデータとから位置補正データが作成され、比較部１８において、位置補正データを基に、検出器１０、１３からの光学画像と、参照部１９からの参照画像とが比較される。これに対して、屈折率の変化量を基にマスクに結像した光の結像位置の変動を補正し、その結果をステージ位置制御部にフィードバックするようにしてもよい。すなわち、図１において、位置情報部１７で作成された位置補正データを、比較部１８ではなくステージ位置制御部１５に送り、このデータにしたがってステージ１４を移動させてもよい。

本実施の形態における基板検査装置のシステム構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、マスクの被検査領域の説明図である。

符号の説明

１ マスク
２、２０１ 光源
３、７、８ ビームスプリッタ
４、１１ ミラー
５、６、９、１２、２０２ レンズ
１０、１３、２０３ 検出器
１４ ステージ

Claims (5)

1. 基板に検査用の光を照射して得られた前記基板の光学画像と、前記基板の設計データから作成した参照画像とを比較することにより、前記基板の検査を行う基板検査方法において、
   前記検査用の光が照射される前記基板の面付近において前記検査用の光と直角に交差し、かつ前記検査用の光とは波長が異なる屈折率変化測定用の光を用いて、前記検査用の光が照射される前記基板の面付近の屈折率の変化量を測定し、測定された前記屈折率の変化量に応じて、前記基板に結像した光の結像位置の変動を補正することを特徴とする基板検査方法。
2. 前記結像位置の補正データに基づいて前記光学画像と前記参照画像とを比較することを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
3. 前記基板は、移動手段により前記検査用の光の照射方向に対し相対的に移動可能であって、
   前記結像位置の補正データを前記移動手段にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
4. 基板に検査用の光を照射して光学画像を得る手段と、
   前記基板の設計データから参照画像を作成する手段と、
   前記検査用の光が照射される前記基板の面付近において前記検査用の光と直角に交差し、かつ前記検査用の光とは波長が異なる屈折率変化測定用の光を用いて、前記検査用の光が照射される前記基板の面付近の屈折率の変化量を測定する手段と、
   この手段により測定された前記屈折率の変化量を基に前記基板に結像した光の結像位置の変動を補正して位置補正データを作成する手段と、
   前記位置補正データに基づいて、前記光学画像と前記参照画像とを比較する手段とを有することを特徴とする基板検査装置。
5. ステージ上に載置された基板に検査用の光を照射して光学画像を得る手段と、
   前記ステージの移動を制御する手段と、
   前記基板の設計データから参照画像を作成する手段と、
   前記光学画像と前記参照画像とを比較する手段と、
   前記検査用の光が照射される前記基板の面付近において前記検査用の光と直角に交差し、かつ前記検査用の光とは波長が異なる屈折率変化測定用の光を用いて、前記検査用の光が照射される前記基板の面付近の屈折率の変化量を測定する手段とを有し、
   測定された前記屈折率の変化量を基に前記基板に結像した光の結像位置の変動を補正して前記ステージの移動を制御する手段にフィードバックすることを特徴とする基板検査装置。