(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査基板上の二次元パターンを光学的に読み取り、電気的な画像情報とする時間遅延積分型センサを用い、検出画像データに変換するセンサデータ入力部と、
前記二次元パターンの光学的な読み取りに同期して、前記二次元パターンの読み取り位置の座標を読み取る位置座標入力部と、
前記読み取り位置の座標を、前記時間遅延積分センサの初段と最終段の出力の差分を積分段数分累積加算し積分段数で除して平均化する平均処理部と、
前記平均処理部で平均化された座標により、第１の参照画像データの位置座標を補正して第２の参照画像データを発生する参照データ発生部と、
前記センサデータ入力部より入力される前記検出画像データと前記第２の参照画像データとを比較して、異なる箇所を欠陥として検出する比較部と、
を具備することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記第１の参照画像データが設計データである場合、前記設計データを入力する設計データ入力部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１の参照画像データが前記検査基板中の検査パターン以外の他のパターンを基準とする画像データである場合、前記基準パターンの第１のセンサ画像が前記データ入力部より入力され、これと同期して前記位置座標入力部より入力された前記基準パターンの第１の位置座標が前記平均処理部で平均化された後入力され、これらが記憶されるメモリ部をさらに具備し、
前記検査パターンの第２のセンサ画像が前記センサデータ入力部に入力されるとき、これに同期して前記位置座標入力部より入力され前記平均処理部で平均化された前記検査パターンの第２の位置座標が、前記メモリ部に記憶された前記基準パターンの前記第１のセンサ画像と前記第１の位置座標と共に前記参照データ発生部に入力され、前記第２と第１の位置座標の差分が補正された前記第２の参照画像データが発生され、これが前記検査パターンの第２のセンサ画像と前記比較部において比較されることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記センサデータ入力部は、前記時間遅延積分の際の基板移動速度が高周波で変動する場合には、前記時間遅延積分の積分段数を増やし、前記基板移動速度が低周波で変動する場合には、前記時間遅延積分の積分段数を抑え、前記センサの感度を維持するため、光量の変動に応じて前記時間遅延積分の積分段数を増やすように、前記積分段数を可変ならしめる手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
検査基板上の二次元パターンを時間遅延積分型センサを用いて光学的に読み取り、電気的な画像情報である検出画像データに変換し、
前記二次元パターンの光学的な読み取りに同期して、前記二次元パターンの読み取り位置の座標を読み取り、
前記読み取り位置の座標を、前記時間遅延積分センサの初段と最終段の出力の差分を積分段数分累積加算し積分段数で除して平均化し、
前記平均化された座標により、第１の参照画像データの位置座標を補正して第２の参照画像データを発生し、
前記センサデータ入力部より入力される前記検出画像データと前記第２の参照画像データとを比較して、異なる箇所を欠陥として検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は欠陥検査装置および欠陥検査方法に関し、特に半導体製造用のフォトマスク、半導体チップ、プリント基板、液晶基板等のパターン上の欠陥を検査する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の半導体デバイスは、光リソグラフィーにより原版となるマスク上に形成された回路パターンをウエハに露光する工程を繰り返して作られる。ここでマスクとは、石英ガラス基板上に光吸収体を蒸着したマスクブランクスに、電子線用レジストを塗付し電子ビーム描画装置等により露光したのち、現像、エッチングを行い所望の回路パターンを形成したものである。
【０００３】
マスクにピンホールやピンドットなどの欠陥が存在すると、これらの欠陥はすべてのウエハに転写されることになる。したがって許容できない欠陥は検出して修正しなければならない。また回路パターンの微細化に伴い検出すべきマスクの欠陥サイズは小さくなり、欠陥の検出感度を向上させることが要求されている。
【０００４】
欠陥検査技術には、大別して設計データとマスクを比較するダイツーデータベース方式と、隣り合ったパターン同士を比較するダイツーダイ方式とがある。ダイツーダイ方式はセンサデータ同士を比較する簡便な方式であるが、比較するパターンに共通する欠陥を見逃すおそれがある。
【０００５】
他方ダイツーダイ方式は設計データと比較するため、確実な欠陥検査が可能であるが、感度を高くするにはセンサデータと設計データから発生する参照データをより一致させる必要があった。
【０００６】
しかし、ステージの速度むらやヨーイング等により位置合わせ精度には限界があり、これをパターンマッチングなどの画像処理の手法で補ってきた。しかし、この画像処理の副作用として、(1)マスクパターンの描画ずれ自体と区別できない、(2)画像処理回路のコスト高などを招くおそれがある、などの問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
回路パターンの微細化に伴い検出すべきマスクの欠陥は小さくなり、検出の感度を向上させることが要求されてきた。そのため検査光学波長を短くすることにより欠陥像のコントラストを向上させる必要がある。
【０００８】
しかし、短波長の光を受光する際には光子が光電面の浅いところまでしか透過しないためホール・エレクトロン対がすぐに再結合を起こし、拡散による電荷を有効に収集することが困難となることや、透明電極に光子が吸収されて光電面に到達しにくくなることなどによりＣＣＤ(Charge-Coupled Device)センサの感度が低下するため、高スループットの検査が困難となる。
【０００９】
それを解決するための方法として、時間遅延積分型(Time Delay and Integration)タイプのＣＣＤセンサが用いられるようになってきた。このタイプのＣＣＤセンサは、Ｍ画素×Ｎラインの二次元の受光素子より構成されており、一定周期でステージ移動と逆方向に隣のラインの画素へ、電荷を画素毎に順次転送し、最終的にＮ倍に増幅した電荷を得る。このようにすることにより、実用的なセンサ感度を得ることができる。
【００１０】
しかし、ステージの速度むらやヨーイングによって、センサ画像のコントラストの低下や位置ずれを生じる。そのため実用的な欠陥検査の感度の低下や擬似欠陥の発生を招くおそれがある。
【００１１】
これに対し、たとえば一定のセンサスキャン時間に同期させるのではなく、ステージの座標を読み一定のピッチ毎に同期をとる方法も考えられる。確かに走行方向のみは位置ずれの影響を緩和できるものの、それと直行した方向の位置ずれについては効果が得られない。
【００１２】
本発明は、時間遅延積分タイプのＣＣＤセンサを欠陥検査に用いる際に、速度むらやヨーイングのミスマッチにより生じる疑似欠陥の検出を防止し、欠陥検出の感度向上を図ることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の欠陥検査装置は、検査基板上の二次元パターンをを用いて光学的に読み取り、電気的な画像情報とする時間遅延積分型センサ用い、検出画像データに変換するセンサデータ入力部と、前記二次元パターンの光学的な読み取りに同期して、前記二次元パターンの読み取り位置の座標を読み取る位置座標入力部と、前記読み取り位置の座標を、前記時間遅延積分センサの積分段数分加算して平均化する平均処理部と、前記平均処理部で平均化された座標により、第１の参照画像データの位置座標を補正して第２の参照画像データを発生する参照データ発生部と、前記センサデータ入力部より入力される前記検出画像データと前記第２の参照画像データとを比較して、異なる箇所を欠陥として検出する比較部とを具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の欠陥検査方法は、検査基板上の二次元パターンを時間遅延積分型センサを用いて光学的に読み取り、電気的な画像情報である検出画像データに変換し、前記二次元パターンの光学的な読み取りに同期して、前記二次元パターンの読み取り位置の座標を読み取り、前記読み取り位置の座標を、前記時間遅延積分センサの積分段数分加算したのち平均化し、前記平均化された座標により、第１の参照画像データの位置座標を補正して第２の参照画像データを発生し、前記センサデータ入力部より入力される前記検出画像データと前記第２の参照画像データとを比較して、異なる箇所を欠陥として検出することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
時間遅延積分センサ（以下、ＴＤＩセンサと称する）は、走行方向に積分段数だけ電荷を積分することにより、段数に比例する感度向上および素子のばらつきや照明の明るさの変動等のノイズを低減する。その際にステージの移動速度と電荷の走行方向への転送速度が完全に一致している必要がある。両者のミスマッチは、ＭＴＦ(Modulation Transfer Function)の劣化や位置ずれを生じる。
【００１６】
図８は、ＴＤＩセンサを説明する図であり、任意の画素に撮像されたドットの像が、ＴＤＩセンサの積分ライン（ステージ）上をを上方から下方へ移動する様子を示している。センサはＭ画素、Ｎラインで構成されている。
【００１７】
図８（ａ）はステージの移動量と電荷の走行方向への転送速度が完全に一致している場合を示している。ドットは各ラインにおいて同じ相対位置で撮像されており、すべてのラインで積分された電荷量による最終的なＣＣＤの出力を見ても、位置ずれが生じておらず像のぼけも少ない。
【００１８】
図８（ｂ）は、上記の２つの速度のミスマッチがある場合を示しており、ドットは各ラインにおいて相対的位置が変動しており、最終的なＣＣＤの出力はすべてのラインの像が重ね合わされ、速度ミスマッチがある場合は位置ずれや像のぼけが生じることがわかる。位置ずれも像のぼけ同様に欠陥検査には悪影響を与えるため、これらを改善することが求められる。
【００１９】
まず、速度むらのＭＴＦへの影響に関しては、ダルサ社(DALSA INC.)の技術資料 “High Sensitivity Line Scan Primer and Selection Guide” に報告がなされている。これによれば、蓄積段数Ｎ、平均速度に対する速度変動比をδＶ／Ｖとすると、ＭＴＦはＮδＶ／Ｖに比例して劣化する。つまり、速度むらが大きいほどＭＴＦは劣化し、速度むらが同じでも段数Ｎが多いほどＭＴＦは劣化する。この資料によれば、Ｎ＝１００の場合速度むらが２％以下であればＭＴＦに影響は認められないと報告されている。
【００２０】
次に、位置ずれに関して説明する。欠陥検査装置においては、参照データとセンサデータの正確な位置合わせが、擬似欠陥を防ぐばかりでなく、実用的な欠陥検査感度を維持するためには重要である。従来例としては、ステージの座標を入力して、ステージ速度変動などを補正しながら参照データを発生することが行われている。
【００２１】
その場合においても、時間遅延積分型センサを用いる場合は、積分時間の中間時点における位置座標を用いることが一番有利である。しかし、そのような場合においても、例えば１／２画素以下に位置ずれを抑えるためには、積分段数Ｎ＝１２８の場合で速度むらを少なくとも１％以下に抑える必要がある。これは、現状のステージ制御の水準からみても、容易なレベルではない。さらに積分段数を増やした場合には、速度むらをさらに低減することが必要になる。
【００２２】
以下にモデルを立てて、参照データ画像とセンサデータ画像との間の位置ずれと速度変動との関係を考察する。位置ずれΔの標準偏差σΔと、速度ｖの標準偏差σｖは、以下の式で表されることがわかった。
【００２３】
σΔ＝ＰＥＦ・σｖ                       （１）
上式に於いて、簡単のためセンサスキャン時間を単位時間1 としている。ＰＥＦ（Placement Error Enhancement Factor）は、ステージ速度変動が位置ずれに及ぼす影響度を示す。この値が大きいほど、位置ずれはステージ速度変動に敏感になることを示すものである。
【００２４】
図９は、従来の装置における速度変動とＰＥＦの関係を示した特性グラフである。平均速度からの速度むらの統計モデルとして、ガウス分布をなす自己相関関数を仮定した。縦軸は積分段数Ｎを１２８．２５６，５１２段とした場合のＰＥＦを示す。横軸はガウス分布の分散（Ｔ）を取った。横軸で右に行くほど低周波の速度変動に相当し、左に行くほど高周波の速度変動に相当しており、ＴＤＩセンサは低周波の速度変動の影響を受けやすいことが分かる。またＰＥＦは積分段数Ｎの半分もあり、ＭＴＦの劣化と同様に、蓄積段数Ｎに比例して位置ずれは大きくなることがわかる。
【００２５】
最適な積分段数を決めることは、以下の考慮を必要とする。まず、高周波振動の大きい場合には積分段数を増やし、一方低周波振動の大きい場合には積分段数を抑えることも有効である。さらに、検査波長が短くなるにつれセンサ感度が低下し、光学倍率を上げると光量が低下するので、積分段数を増やすことは必要なセンサ感度を維持するためには有効である。
【００２６】
これらの問題を解決するために、例えば特開２００１−５９６１号公報「微細欠陥検査装置およびその方法並びに位置ずれ算出回路」に示されるように、センサデータと参照データをパターンマッチングにより位置合わせを行うことが行われている。しかし、（１）マスクパターンの描画ずれ自体と区別できない、（２）大規模な画像処理回路が必要となりコスト高などを招くおそれがある、等の問題が予想される。
【００２７】
図１は、ダイツーデータベース比較に基づく、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置のブロック図である。以下、この構成の動作を説明する。
【００２８】
センサデータ入力部１はセンサより二次元パターンを入力する。また位置座標入力部２はセンサデータと同時に撮像部分の位置座標を入力する。さらに位置座標は１ラインの全ての画素でセンサデータを取り込む間にわたって平均処理部３により平均化される。
【００２９】
従来のＴＤＩセンサーを用いた欠陥検査装置では、ＴＤＩセンサがＮラインの積分段数を有するとすると、単純にＮ／２（あるいは（Ｎ＋１）／２）番目のラインにおける位置座標を平均座標としていた。しかしながら、図２に示すように、積分段数の後半においてステージ速度が上昇した場合には、上記の平均座標／Ｘと正しい平均座標／Ｘ´との間に乖離を生じる。
【００３０】
本実施例では、全てにライン（積分段）においてＸ，Ｙ座標を測定し、これを平均化しているので、上記のような乖離を生じない。また、Ｘ，Ｙ座標を測定するので、速度むらのみならず、ヨーイング（ステージ送り方向と直角方向の位置ずれ）を補正することもできる。
【００３１】
参照データ発生部５ａは位置座標と同時に試料の設計データを入力して、センサデータに対する基準データとなるべき参照データを発生する。参照データの発生方法は、たとえば登録番号１４５９３８７号「パタ−ン検査装置」などに開示されている。
【００３２】
最後に、比較部７は遅延回路６を経たセンサデータと参照データを比較して不一致箇所を検出する。遅延回路６では、参照データ発生部５ａにおける演算の遅延時間を補正する。
【００３３】
図３は、ダイツーダイ比較に基づく、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置のブロック図である。ダイツーダイ方式はセンサデータ同士を比較する方法であり、同時に二式の光学系で撮像されたセンサデータ同士を比較するタイプと、検査に先立って基準パターンに対するセンサデータを記憶しておき、被検査パターンに対するセンサデータと比較するタイプがある。前者のタイプでは速度むらのミスマッチは相殺されるので、速度むらに起因する位置ずれの問題は生じない。ここでは、後者のタイプのみを考えることにする。
【００３４】
まず基準となる参照データを入力する。つまり、センサデータ入力部１より入力された基準パターンのセンサ画像データと、同時に位置座標入力部２より入力され平均処理部３を経て平均された位置座標とをメモリ部８に入力する。
【００３５】
検査基板の検査工程においては、スイッチＳＷを切り替えて、位置座標入力部２から入力した位置座標を平均処理部５を経て参照データ発生部５ｂに入力し、さらにメモリ部８に記憶された上記の基準となるセンサ画像データと位置座標を入力し、両者の位置座標の差で補正された参照画像データを発生する。最後に、比較部７は遅延回路６を経た検査基板のセンサ画像データと参照画像データとを比較して不一致箇所を検出する。
【００３６】
図４は、Ｘ，Ｙ座標の平均処理を実現する平均処理部３のブロック図である。Ｘ座標を表すデジタル値を入力し、センサスキャンクロックを同期クロックとしてＤＱフリップフロップＱＸ１〜ＱＸＮにより転送してゆく。センサスキャンクロックは、一ラインのセンサデータを転送し始める毎に、一回発生されるものである。ＤＱフリップフロップの数はＴＤＩセンサの段数と同じものとする。
【００３７】
Ｘ座標の平均演算としては、センサスキャンクロック毎に、ＤＱフリップフロップの初段ＱＸ１から最終段ＱＸＮの出力の差を減算器ＵＸ１を用いて計算し、これをＤＱフリップフロップＱＸ０と加算器ＡＸ１を用いて累積加算することで回路規模を抑えて実現している。最後に割り算器ＤＸ１を用いて累積段数Ｎで割り算を行い、平均座標を計算している。Ｙ座標の計算も同様にして行われる。
【００３８】
ただし、位置補正精度と回路規模のトレードオフを考えて、回路規模を抑えたい場合にはＤＱフリップフロップの数を少なくすることもできるし、位置補正精度を向上させたい場合には増やすこともできる。選択器ＳＸ１，ＳＸ２（あるいはＳＹ１，ＳＹ２）は、段数ＮをＮ１にするか、Ｎ２にするかを選択するもので、選択信号により選択される。
【００３９】
図５は座標平均処理のタイムチャート図である。横軸に時間を、縦軸にラインセンサでセンスされる各ラインの動作状況を逐次示している。センサデータは、Ｎ段の積分を経てセンサスキャンされる（積分値が出力される）。各積分プロセスと同期して位置座標が入力され、センサスキャンと同時に座標の平均値が出力される。
【００４０】
図６は、ダイツーダイ比較の参照データ発生部５ｂのブロック図である。ダイツーダイ比較は前述したように一枚のマスクに同一のパターンを描画したダイがあるため、一方を基準となる参照パターンとして用い、他方を被検査パターンとして用いて両者を比較する。以下の説明ではＸ方向がステージの連続移動方向、Ｙ方向がステップ移動方向とする。
【００４１】
また、Ｘ，Ｙオフセットとは、参照パターンと被検査パターンの二つのダイ間の相対位置を設定するものであるが、マスクの回転補正や伸縮補正などその他の目的で利用してもかまわない。検査に先立って記録されたメモリ部８から読み出された参照用Ｘ，Ｙ座標にＸ，Ｙオフセットを加算器ＡＸ２，ＡＹ２でそれぞれ加算したものを参照データの基準位置として用いる。
【００４２】
このようにオフセット補正された参照データの基準位置座標を、減算器ＵＸ２，ＵＹ２を用いて被検査用Ｘ，Ｙ座標から引き算することにより、参照データとセンサデータの相対位置ずれを計算することができる。
【００４３】
この相対位置ずれは、後述のように、さらに画素単位あるいはそれより小さいサブ画素単位で計算された後、後段の位置補正および画素位置合わせ部１１において位置合わせされて、比較部７へ転送される。
【００４４】
画素単位位置合わせは、判定器１２で被検査用位置座標と参照データの基準位置座標の比較を行い、この差が画素サイズよりも大きい場合には、メモリ部８にリードリクエストを出し、次の位置座標およびセンサデータを読み出すことで行われる。サブ画素単位の位置合わせは、参照用センサデータを補間してその位置ずれを計算することで行われる。
【００４５】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る装置における特性グラフである。図９と同様の条件で、縦軸は積分段数N を１２８，２５６、５１２段とした場合のＰＥＦを示す。ＰＥＦの最大値は１２８，２５６，５１２段のいずれの積分段数においても１以下、位置ずれは著しく小さくなっている。
【００４６】
また、従来例との違いは、ＴＤＩセンサの積分段数が多いほど位置ずれは小さくなっていることである。これは、ステージの速度むらによる参照データとセンサデータの位置ずれを大幅に低減し、擬似欠陥の発生抑制や実用的な欠陥検出感度の向上を可能とすることを示している。なお、第２の実施形態の構成においても同様な結果が得られている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明により速度むらやヨーイングにより生じる位置ずれをステージ座標を用いて補正して、参照データを作成することにより欠陥検出の感度向上を図り、疑似欠陥の誤検出を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置のブロック図
【図２】位置座標の平均化を説明するための図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置のブロック図
【図４】座標平均処理部のブロック図
【図５】座標平均処理のタイムチャート図
【図６】ダイツーダイ比較の参照データ発生部のブロック図
【図７】第１の実施形態に係る欠陥検査装置の速度むらとＰＥＦの関係を示す特性グラフ
【図８】時間遅延積分（ＴＤＩ）センサの動作を説明する図
【図９】従来の欠陥検査装置の速度むらとＰＥＦの関係を示す特性グラフ
【符号の説明】
１…センサデータ入力部
２…位置座標入力部
３…平均処理部
４…設計データ入力部
５ａ，５ｂ…参照データ発生部
６…遅延回路
７…比較部
８…メモリ部
１１…位置補正・画像位置合わせ部
１２…判定器
【図１】
0003721110.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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