JP6119785B2

JP6119785B2 - 異物検査装置、異物検査方法

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Publication number: JP6119785B2
Application number: JP2015053389A
Authority: JP
Inventors: 憲寛樽本; 祐介新井
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: JP2015111161A

Description

本発明は、基材にパターンを形成した対象物上に付着した異物を検出するための異物検査装置および異物検査方法に関する。

半導体集積回路やカラーフィルタ等を製造するために用いるフォトマスクなどの基板は、製造工程で様々な異物が付着する可能性がある。このような異物は、半導体集積回路やカラーフィルタ等の製造時における品質低下などの要因となるので、異物が付着していないか、その有無を検査する必要がある。

特許文献１の検査方法では、基板に光を照射し、基板表面から散乱反射した光を２つの光検出器で検出する。一方の検出器には偏光フィルタを設けておき、２つの検出器で検出した検出信号の差に基づいて、基板上の異物を検出する。

特開２００６−３２４５号公報

近年、半導体集積回路やカラーフィルタ等の高精細化に伴い、フォトマスクのパターンもより細かなものになっている。このようにパターンが細かいと、パターンに比べ異物が相対的に大きくなる。

特許文献１の方法は、パターンに比べて小さい異物を検出するために、ローパスフィルタを用いてパターンによる検出信号を分離する。従って、検出精度が異物とパターンの相対的な大きさに左右され、上記のように異物がパターンに比べ相対的に大きい場合では検出精度が低下する恐れがあった。また、パターンの形状によっては、エッジ部分での検出信号が大きくなる傾向がある場合もあり、これが検出精度に影響を与えることも考えられる。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度よく異物を検出可能な異物検査装置等を提供することである。

前述した課題を解決するための第１の発明は、基材にパターンを形成した対象物上の異物を検査する異物検査装置であって、前記対象物に検査光を照射するリング状の光源部と、前記対象物の法線方向に反射した前記検査光を受光する受光部と、を有し、前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の平面方向に近接し、前記光源部は、前記対象物の検査領域の周囲から前記検査領域へと検査光を照射し、前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の法線方向に対し８０°以上９０°未満の角度をなし、前記対象物はフォトマスクであり、前記パターンは、幅が0.5μｍ程度のものを少なくとも含み、前記異物は、幅が1.0μｍ程度のものを少なくとも含むことを特徴とする異物検査装置である。

本発明では、光源部から照射される検査光の方向を対象物の平面方向に近接させ、対象物の法線方向に反射した検査光を受光部で受光する。こうすると、光源部から対象物に照射される検査光に関して、エッジ部分を始めパターン上を散乱反射したものは大部分が受光部の方向を外れる。一方、対象物上の異物を散乱反射する場合には、検査光の一部が受光部に向かい、受光部で受光される。従って、適切な信号強度の閾値を設定することにより、異物を検出できる。
本発明では、ローパスフィルタ等を用いた信号処理が特に必要ないので、異物とパターンの相対的なサイズに検出精度が影響されることもない。また、パターンから反射した検査光の受光部での受光量を、上記のようにして抑えることで、検査の対象物のパターンも限定されることがなく、検査時の各種の設定も簡易である。

前記光源部は、前記対象物の検査領域の周囲から前記検査領域へと検査光を照射し、前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の法線方向に対し８０°以上９０°未満の角度をなすことにより、上記した異物の検出をより好適に行うことができる。

また、前記受光部が、偏光フィルタを介して前記検査光を受光することが望ましい。
検査光がパターン上を反射した際には、パターンの形状等に起因して所定の偏光方向の成分が強くなることがある。しかし、上記のように偏光フィルタを設けることで、この成分をカットし、パターンから反射した検査光について、受光部での受光量をさらに抑えることができる。

第２の発明は、基材にパターンを形成した対象物上の異物を検査する異物検査方法であって、リング状の光源部から前記対象物に検査光を照射して、前記対象物の法線方向に反射した前記検査光を受光部で受光し、前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の平面方向に近接し、前記光源部は、前記対象物の検査領域の周囲から前記検査領域へと検査光を照射し、前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の法線方向に対し８０°以上９０°未満の角度をなし、前記対象物はフォトマスクであり、前記パターンは、幅が0.5μｍ程度のものを少なくとも含み、前記異物は、幅が1.0μｍ程度のものを少なくとも含むことを特徴とする異物検査方法である。
また、前記受光部が、偏光フィルタを介して前記検査光を受光することが望ましい。

本発明によれば、精度よく異物を検出可能な異物検査装置等を提供することができる。

異物検査装置１について示す図検査の対象物２０について示す図異物検査方法を説明する図検出結果の比較について示す図

以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．異物検査装置１の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態の異物検査装置１について説明する。図１（ａ）は異物検査装置１の概略構成を示す図であり、図１（ｂ）は光源部１１や受光部１２等を示す斜視図である。

図に示す異物検査装置１は、フォトマスクなどの対象物２０上に異物が付着しているかを検査するものであり、光源部１１、受光部１２、偏光フィルタ１４、検出処理部１５等を有する。

光源部１１は、対象物２０上の検査領域２０ａに検査光４０を照射する。光源としては、例えばメタルハライドランプやＬＥＤランプを用いることができるが、これに限ることはない。

光源部１１は、平面上中空部分を有するリング状に構成され、検査領域２０ａの周囲から検査領域２０ａへと検査光４０を照射する。光源部１１は、検査光４０の方向が、対象物２０の法線方向と直交する方向である対象物２０の平面方向に近接するように配置される。図１（ａ）の縦方向が対象物２０の法線方向に対応し、図１（ａ）の横方向は対象物２０の平面方向に対応する。

後述するが、本実施形態では、検査光４０の照射方向が、対象物２０の法線方向に対し、８０°以上９０°未満の角度θをなすことが特に望ましい。

受光部１２は、対象物２０の検査領域２０ａで散乱反射した検査光４０のうち、対象物２０の法線方向に向かう一部を、偏光フィルタ１４を介して受光する。なお、図１では、説明のため、散乱反射した検査光４０のうち対象物２０の法線方向に向かうもののみを表示している。

受光部１２は、対物レンズ１２１、リレーレンズ１２２、およびエリアカメラ１２３等により構成される。受光部１２では、対物レンズ１２１に入射した検査光４０が、リレーレンズ１２２によりエリアカメラ１２３まで導かれる。エリアカメラ１２３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor）等の電子撮像部等を備える。このエリアカメラ１２３は、ＴＤＩ(Time Delay Integration)等の電子撮像部等を備えるラインカメラに置き換えても何ら支障はない。これにより、受光した検査光４０に基づく被写体像を２次元の画像信号、例えば信号強度をグレースケールで表したグレースケール画像に変換する。ただし、受光部１２は検査光４０を受光しこれを信号に変換するものであれば良く、その構成は上記に限らない。

検出処理部１５は、上記の画像信号を受光部１２から取得し、その信号強度に基づいて異物の有無を判定する。検出処理部１５は、制御部、記憶部、通信部等を備えた汎用のコンピュータで実現でき、上記の判定処理を行うためのプログラムを記憶部に格納する。

（２．対象物２０）
図２（ａ）は、検査の対象となる対象物２０について示す図である。対象物２０は透明の基材２１上にパターン２２を形成したものである。図に示すように、パターン２２の断面は略水平の上面を有する矩形状になっており、パターン２２の幅および間隔は０．５μｍ程度である。なお、対象物２０は例えばフォトマスクであり、ガラス基板である基材２１上で、金属系薄膜によるパターン２２を形成したものである。ただし対象物２０の種類、あるいは基材２１やパターン２２の材質がこれらに限定されることはない。例えば、対象物２０は半導体集積回路やカラーフィルタなどであってもよい。

図２（ｂ）は、対象物２０上に異物３０が付着した状態を示す図である。この異物３０の幅は１．０μｍ程度であり、パターン２２の幅や間隔に比べ２倍程度大きい。

（３．異物検査装置１による異物検査方法）
次に、図１に示す異物検査装置１による異物検査方法について説明する。なお、異物検査の前段階では、対象物２０のセットとアライメント、検査領域２０ａの設定、および光学系のキャリブレーションなどが行われる。

異物検査装置１による異物検査時には、図１で示したように、光源部１１から検査光４０を照射する。検査光４０は、対象物２０上の検査領域２０ａに、対象物２０の法線方向に対する角度θで入射する。

図３に示すように、検査光４０は、検査領域２０ａにおいて、パターン２２または異物３０上を散乱反射（図の点線で示す）する。

検査光４０のうち、異物３０上を反射したものは、異物３０の形状により様々な方向に散乱し、その一部が対象物２０の法線方向に向かい、受光部１２で受光されることになる。

なお、光源部１１から照射され、異物３０を反射した検査光４０は様々な偏光方向の成分が含まれたランダム偏光の状態である。このうち偏光フィルタ１４の偏光方向の成分が、図１に示す偏光フィルタ１４を透過して受光部１２で受光される。

一方、検査光４０は、エッジ部分を始めパターン２２上でも散乱反射するが、検査光４０が正反射する方向の成分が大きく、大部分が受光部１２の方向を外れる。

なお、検査光４０がパターン２２上を反射した際には、パターン２２の形状等に起因して所定の偏光方向の成分が強くなることがある。前記の偏光フィルタ１４は、この成分をカットし、パターン２２から反射した検査光４０の受光部１２での受光量をさらに抑えるために設けられる。異物検査時には、この効果が最大限得られるように、上記した所定の偏光方向と直交する方向に偏光フィルタ１４の偏光方向を合わせるなどして、偏光フィルタ１４の配置を調整する。

以上により、受光部１２では、異物３０上を反射した検査光４０のみ受光できる。また、異物３０上を反射した検査光４０が互いに干渉することで、異物３０より若干広い範囲で、検査光４０の検出信号が強くなる効果もある。

図４は、検査光４０を照射する角度θを様々に変化させ、各ケースにおいて、受光部１２で検査光４０を受光した信号強度を示したグラフである。図４（ａ）はθ＝３０°、図４（ｂ）はθ＝７０°、図４（ｃ）はθ＝８０°の場合を示す。各グラフにおいて、横軸は対象物２０上の所定位置からの距離（pixel）を示し、縦軸は信号強度（グレースケールの階調値）を示す。

図に示すように、本実施形態では、上述した理由により、角度θが大きくなるにつれて異物部分での信号強度が卓越する傾向にある。特に図４（ｃ）に示すθ＝８０°の場合になると、異物部分の信号強度が、エッジ部分を始めパターンの部分に比べ非常に高く、検出容易となっている。従って、検査光４０の角度θを８０°以上９０°未満とすることが、異物検出時に特に望ましいことがわかる。検出処理部１５では、この信号強度を、予め定めた閾値５０と比較し、該閾値５０以上の部分があれば異物３０を検出したと判定するようにしておく。

一方、図４（ａ）に示すθ＝３０°の場合、エッジ部分等パターンの部分での信号強度も高くなっており、閾値による異物３０の検出が困難となる。また、図４（ｂ）に示すθ＝７０°の場合では、異物部分の信号強度がパターンのエッジ部分等に比べて高く、異物を検出することが可能であるものの、閾値の設定には注意を要する。

以上説明したように、本実施形態では、光源部１１から照射される検査光４０の方向を対象物２０の平面方向に近接させ、対象物２０の法線方向に反射した検査光４０を受光部１２で受光する。こうすると、光源部１１から対象物２０に照射される検査光４０に関して、エッジ部分を始めパターン２２上を散乱反射したものは大部分が受光部１２の方向を外れる。一方、異物３０上を散乱反射した場合には様々な方向に検査光４０が散乱し、その一部が受光部１２に向かい、受光部１２で受光される。従って、適切な信号強度の閾値５０を設定することにより、異物３０を好適に検出できる。特に本実施形態では、光源部１１から照射する検査光４０の方向が、対象物２０の法線方向に対して８０°以上９０°未満の角度θをなすようにすることで、異物３０の検出をより好適に行うことができる。

このように、本発明ではローパスフィルタ等を用いた信号処理が特に必要でないので、異物３０とパターン２２の相対的なサイズに検出精度が影響されることもない。また、パターン２２から反射した検査光４０の受光部１２での受光量を、前記のようにして抑えることで、対象物２０のパターン２２も限定されることがなく、検査時の各種の設定も簡易である。加えて、フィルタリングによる信号処理等を行わないので、受光部１２の解像度等は特に考慮しなくてもよく、レンズ等が安価に構成できる。また、検査領域２０ａの精密な位置合わせ等が必要でなく、装置の振動やフォーカスのズレ等の影響を受けにくい利点もある。

また、受光部１２は偏光フィルタ１４を介して検査光４０の受光を行う。この偏光フィルタ１４の偏光方向を調整することで、前記したように、パターン２２から反射した検査光４０について、受光部１２での受光量をさらに抑えることができる。

ただし、本発明はこれに限ることはない。例えば、光源部１１はリング状のものでなくともよく、平面上の一部の方向から検査光４０を照射するものであってもよい。また、必要に応じて、受光部１２で検査光４０を受光した信号に対しバンドパスフィルタなどのフィルタリング処理等を行うことも可能である。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：異物検査装置
１１：光源部
１２：受光部
１４：偏光フィルタ
１５：検出処理部
２０：対象物
２１：基材
２２：パターン
３０：異物
４０：検査光

Claims

基材にパターンを形成した対象物上の異物を検査する異物検査装置であって、
前記対象物に検査光を照射するリング状の光源部と、
前記対象物の法線方向に反射した前記検査光を受光する受光部と、
を有し、
前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の平面方向に近接し、
前記光源部は、前記対象物の検査領域の周囲から前記検査領域へと検査光を照射し、
前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の法線方向に対し８０°以上９０°未満の角度をなし、
前記対象物はフォトマスクであり、
前記パターンは、幅が0.5μｍ程度のものを少なくとも含み、
前記異物は、幅が1.0μｍ程度のものを少なくとも含むことを特徴とする異物検査装置。
前記受光部が、偏光フィルタを介して前記検査光を受光することを特徴とする請求項１に記載の異物検査装置。
基材にパターンを形成した対象物上の異物を検査する異物検査方法であって、
リング状の光源部から前記対象物に検査光を照射して、前記対象物の法線方向に反射した前記検査光を受光部で受光し、
前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の平面方向に近接し、
前記光源部は、前記対象物の検査領域の周囲から前記検査領域へと検査光を照射し、
前記光源部から照射される検査光の方向が、前記対象物の法線方向に対し８０°以上９０°未満の角度をなし、
前記対象物はフォトマスクであり、
前記パターンは、幅が0.5μｍ程度のものを少なくとも含み、
前記異物は、幅が1.0μｍ程度のものを少なくとも含むことを特徴とする異物検査方法。
前記受光部が、偏光フィルタを介して前記検査光を受光することを特徴とする請求項３に記載の異物検査方法。