(57)【要約】      （修正有）【課題】レチクル用基板のフォトレジストの膜厚ムラ及びその分布を高感度で検出することができるマクロ検査装置を提供する。【解決手段】レチクル用基板２の表面を成すフォトレジスト膜の膜厚ムラを検査するマクロ検査装置１００を提供する。マクロ検査装置１００は、レチクル用基板２を乗せるためのステージ１と、レチクル用基板２の表面に対して第１の角度方向θ１からレチクル用基板２に光を照射するライン光源５と、レチクル用基板２の表面に対して第２の角度方向θ２からレチクル用基板２の表面からの反射光を受光するラインセンサカメラ９とを備える。その第２の角度は、ラインセンサカメラ９を第２の角度を含む所定の角度範囲内で所定のステップで移動させる際に、レチクル用基板２の表面に写るライン光源の写像がレチクル用基板２の表面の中央部に位置する場合の角度として設定される。【選択図】図１
2014157024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクル用基板の表面を成すフォトレジスト膜の膜厚ムラを検査するマクロ検査装置であって、
前記レチクル用基板を乗せるためのステージと、
前記レチクル用基板の表面に対して第１の角度方向から前記レチクル用基板に光を照射するライン光源と、
前記レチクル用基板の表面に対して第２の角度方向から前記レチクル用基板の表面からの反射光を受光するラインセンサと、を備え、
前記第２の角度は、前記ラインセンサを第２の角度を含む所定の角度範囲内で所定のステップで移動させる際に、前記レチクル用基板の表面に写る前記ライン光源の写像が前記レチクル用基板の表面の中央部に位置する場合の角度として設定される、マクロ検査装置。
【請求項２】
前記ラインセンサの前記第２の角度は、前記ラインセンサを前記所定のステップで移動させる際に、前記ラインセンサが受光する反射光の光量が最大となる角度である、請求項１のマクロ検査装置。
【請求項３】
前記第１の角度は略６３度であり、前記第２の角度は略８４度である、請求項１または２のマクロ検査装置。
【請求項４】
前記ライン光源は列状に配置された複数のＬＥＤを含み、各ＬＥＤの出力は均一になるように調整されている、請求項１〜３のいずれか１項のマクロ検査装置。
【請求項５】
前記ラインセンサは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのラインセンサからなる、請求項１〜４のいずれか１項のマクロ検査装置。
【請求項６】
前記レチクル用基板は、ガラス基板上の迷光防止用の多層膜と、多層膜上の前記フォトレジストからなる、請求項１〜５のいずれか１項のマクロ検査装置。
【請求項７】
前記ラインセンサの出力信号を受け取り、前記ラインセンサの前記所定領域での受光量の変化に対応した輝度分布の画像を生成する画像処理手段と、
前記ライン光源の角度を変えるための光源駆動手段と、
前記ラインセンサの角度を変えるためのラインセンサ駆動手段と、
前記レチクル用基板の表面の所定領域での前記膜厚ムラを検査するために、前記ステージを所定の間隔で移動させることができる移動手段と、
をさらに含む、請求項１ないし６のいずれか１項のマクロ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レチクル用基板の表面を成すフォトレジスト膜の膜厚ムラを検査するマクロ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、液晶等の製造工程で行われる検査の一つにマクロ検査がある。マクロ検査は、基板上に設けられた膜等の表面状態（平坦度、パターンの形状、欠陥の有無など）を広い範囲で一度に視覚的に把握することができる点で有効な検査である。
【０００３】
レチクルは、半導体デバイスの製作工程でウエハ上に高集積な電気回路パターンを露光するために使用されるフォトマスクである。レチクルは、例えば、レチクル用基板の表面を成すフォトレジストに電子ビーム等で直接的に回路パターンを描画することにより作成される。
【０００４】
レチクル用基板のフォトレジストの膜厚にムラ（バラツキ、不均一性）があると、描画後の回路パターンに欠陥が作り込まれる可能性がる。したがって、レチクル用基板の表面を成すフォトレジストの膜厚のムラをレチクル用基板全体に渡って検査して、その膜厚ムラの分布をできるだけ正確に把握する必要がある。
【０００５】
公開特許公報2009-139333は、レチクル基板の表面の平坦度（バラツキ）を検査するマクロ検査装置を開示する。このマクロ検査装置は、レチクル基板の表面の光照射領域のエッジからの反射光をラインセンサで受光することにより、レチクル基板の表面の平坦度を検査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３９３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のマクロ検査装置は、明視野光学系において、指向性の高い光照射領域のエッジからの反射光を利用することにより検出感度を向上させる点で、有効な装置である。しかし、レチクル用基板のフォトレジストの膜厚ムラのような微小な膜厚ムラを検出するには、さらなる検出感度の向上が必要とされる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、レチクル用基板のフォトレジストの膜厚ムラ及びその分布を高感度で検出することができるマクロ検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レチクル用基板の表面を成すフォトレジスト膜の膜厚ムラを検査するマクロ検査装置を提供する。マクロ検査装置は、レチクル用基板を乗せるためのステージと、レチクル用基板の表面に対して第１の角度方向からレチクル用基板に光を照射するライン光源と、レチクル用基板の表面に対して第２の角度方向からレチクル用基板の表面からの反射光を受光するラインセンサとを備える。その第２の角度は、ラインセンサを第２の角度を含む所定の角度範囲内で所定のステップで移動させる際に、レチクル用基板の表面に写るライン光源の写像がレチクル用基板の表面の中央部に位置する場合の角度として設定される。
【００１０】
本発明によれば、レチクル用基板の表面からの反射光を受光するラインセンサの角度をレチクル用基板の表面に写るライン光源の写像がレチクル用基板の表面の中央部に位置する場合の角度として設定することにより、フォトレジスト膜の表面からの反射光をより多く受光することができ、フォトレジスト膜の膜厚ムラを高感度で検出することが可能となる。
【００１１】
本発明の一態様では、ラインセンサの出力信号を受け取り、ラインセンサの前記所定領域での受光量の変化に対応した輝度分布の画像を生成する画像処理手段と、ライン光源の角度を変えるための光源駆動手段と、ラインセンサの角度を変えるためのラインセンサ駆動手段と、レチクル用基板の表面の所定領域での膜厚ムラを検査するために、ステージを所定の間隔で移動させることができる移動手段と、をさらに含む。
【００１２】
本発明の一態様によれば、レチクル用基板の表面の所定領域におけるフォトレジスト膜の膜厚ムラの分布を画像として視覚的に迅速に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態のマクロ検査装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態のライン光源とラインセンサの位置（角度）を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態のラインセンサの角度設定の説明図である。
【図４】本発明の一実施例による本発明の検査フローを示す図である。
【図５】本発明の一実施例によるマクロ検査結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態のマクロ検査装置１００である。図１において、円形のステージ１上に被検査対象であるレチクル用基板２が載る。ステージ１は、ステージ・コントローラ４の制御下で、リニアモータ３によって、回転（α）、水平（X）あるいは垂直（Y）の方向に移動する。ライン光源５は、コントローラ８の制御下で、ステッピング・モータ７によって、円弧状のレール６に沿って移動する。ライン光源５は、ステージ１上のレチクル用基板２の上面に対して所定の角度に設定される。所定の角度は、測定状態に応じて任意に設定可能である。ライン光源５の明るさは、光源用の電源１０によって調整される。
【００１５】
ラインセンサカメラ９は、ライン光源５と同様に、コントローラ８の制御下で、ステッピング・モータ７により、円弧状のレール６に沿って移動する。ラインセンサカメラ９の前部には、レチクル用基板の表面からの反射光をラインセンサ９に導くための所定の光学系１２が設けられる。なお、光学系１２は、レチクル基板とラインセンサとの間にあればよく、ラインセンサ９と一体型であってもよい。ラインセンサカメラ９の出力は画像処理手段１１に入る。画像処理手段１１は、ステージ・コントローラ４、コントローラ８、ラインセンサカメラ９およびライン光源５用の電源１０を制御する。なお、図１では、ライン光源５とラインセンサカメラ９はそれぞれ１つしか記載されていないが、レチクル用基板のサイズや形状に応じてそれぞれ２以上配置してもよい。以上が図１の概要である。次に、図１の各構成についてさらに説明する。
【００１６】
ステージ１は、円形以外の任意の形状を有することができる。ステージ１は、できるだけ平坦な表面を有することが望ましい。ステージ１は、レチクル用基板２の表面以外からの反射光ができるだけ発生しにくい構造を有することが望ましい。
【００１７】
検査対象のレチクル用基板２としては、基本的に表面にパターン化（露光、現像）前のフォトレジスト膜が形成されていれば、任意の構成（層構造）のレチクル用基板を選択することができる。例えば、石英等のガラス基板上に、ＣｒやＣｒＯ２等の遮光金属層及びフォトレジスト層が形成されたもの、遮光金属層を多層化したもの、あるいは遮光金属層を含まず、ＷやＭｏの酸化物等の無機レジストからなるフォトレジスト層のみがガラス基板上に形成されたもの等が該当する。
【００１８】
レチクル用基板２のサイズは、使用されるステッパー等の仕様により設定され、例えば、６インチ角のサイズのものが使われる。フォトレジスト膜は、ガラス基板の表面全体に渡って一様な厚さとなるように、液状のフォトレジストがガラス基板上にスピンコートされて形成される。その際、液状のフォトレジストは高分子材料からなるので、スピンコート後のフォトレジスト膜において、基板上の位置による微小な膜厚の差（バラツキ）が生ずる。これは主に、スピンコートする際に液状のレジストを基板中央部に吐出する時の微小な位置ずれによって生ずる。または、液状のレジスト自体の粘度の安定性や吐出量、基板表面状態などに左右され、吐出された液状のレジストの基板から中央部から外周部への広がり方が微妙に違ってくるからである。したがって、ガラス基板の表面全体に渡って完全に均一な厚さのフォトレジスト膜を形成することは難しく、微小な膜厚のバラツキが局所的にガラス基板の表面の任意の領域に形成されてしまう。
【００１９】
ライン光源５は、ライン上の発光源とその上の拡散効果を得るための光学系（レンズ、拡散板など）を含む。ライン光源５は、例えば、長形の基板上に複数の発光素子が所定のピッチＬ１で一列に配置される。基板のサイズは、任意に選択できるが、例えば１５ｍｍ×７００ｍｍである。ピッチＬ１は、発光素子のサイズ等に応じて任意に選択できる。発光素子は、現在利用可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体素子のみならず将来新たに出現する発光素子等、基本的に任意に選択可能である。ライン光源５は、ステージ１の表面から所定の距離（例えば、４０〜４５ｃｍ）の位置に設定される。
【００２０】
拡散板等の拡散効果を得るための光学系（レンズ、拡散板など）は、発光源との一体型として、あるいは発光源の出力部の外側に設置することができる。発光源の波長は、広域波長あるいは所定の波長帯を選択することができる。その選択は、レチクル基板の状態（レジスト材質、光特性など）、ラインセンサカメラ９および光学系の光学特性（波長特性など）に応じておこなわれる。レチクル用基板２の表層をなすフォトレジスト膜の測定の場合は、例えば青色系の比較的短い波長域の可視光が用いられる。
【００２１】
ラインセンサカメラ９は、受光素子（画素）を一列に並べることによって、１次元毎に画像を取得できるものであれば良い。ラインセンサカメラ９には、例えば１次元のＣＣＤが含まれる。その画素数は、レチクル基板２のサイズに応じて選択される。レチクル基板２のサイズが大きくて１つのラインセンサカメラ９ではカバーできない場合は、２以上のラインセンサカメラを用いる。ラインセンサカメラ９は、ステージ１の表面から所定の距離（例えば、８５〜９０ｃｍ）の位置に設定される。
【００２２】
ライン光源５とラインセンサカメラ９は、ステッピング・モータ７によって、所定の最小制御角度Δθ単位で、レチクル基板２の表面に対する角度を可変することができる。ステッピング・モータ７による最小制御角度Δθは、例えば１／１０００度以下である。その最小制御角度はできるだけ小さいほうが望ましい。
【００２３】
光学系１２は、レチクル基板２の表面からの反射光が、ラインセンサ９の全面あるいは所定領域で受光されるように構成される。光学系１２は、レンズあるいはナイフエッジなどの反射光束の軌道を調整するための光学備品を含む。
【００２４】
画像処理手段１１は、所定の測定プログラムに基づき、ラインセンサカメラ９からの画像情報を処理する。画像処理手段１１は、コントローラ４、８および照明用電源１０を制御する。画像処理手段１１は、ラインセンサカメラ９の制御用のカード（回路基板）、コントローラ４、８あるいは照明用電源１０を制御するための回路基板、画像データを格納するためのメモリ等を有する。画像処理手段１１としては、例えば、画像処理結果などを表示する表示部、測定条件などを入力する入力部などを有するパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）が該当する。
【００２５】
図２は、図１のマクロ検査装置１００において、本発明の一実施形態のライン光源５とラインセンサカメラ９の位置（角度）を示す図である。図３は、図１のマクロ検査装置１００において、本発明の一実施形態のライン光源５とラインセンサカメラ９の角度を設定する方法を説明するための図である。ここで言う角度は、図２に示されるように、図１のステージ１上のレチクル基板２の表面に対するライン光源５の角度θ１とラインセンサカメラ９の角度θ２とを意味する。
【００２６】
図３（ａ）において、符号２０は円形のウエハを上方から見た図であり、符号２２は、ウエハ２０の表面を含む平面上に写り込むライン光源５の像を表している。ここで、ウエハ２０は、鏡面を有する部材として用いられており、鏡面を有するものであれば鏡等の他の部材でもよい。図３（ｂ）の符号２４は、ラインセンサカメラ９の角度θ２と感度（受光量）との関係を示すグラフ（ライン）である。
【００２７】
今、図１のマクロ検査装置１００において、図３（ａ）のウエハ２０の表面を含む平面を照らすライン光源５を所定の角度θ１に設定した状態で、ラインセンサカメラ９の角度θ２を所定の範囲で所定のステップ（角度変位）で可変していく。ここで、例えば、角度θ１はおよそ６３度であり、所定の範囲はおよそ８０〜８７度であり、所定のステップ（角度変位）は、上述した所定の最小制御角度Δθ単位あるいはその倍数となる角度（ｎΔθ）である。なお、角度θ２の所定範囲、および角度θ１は測定対象に応じて設定される。
【００２８】
ラインセンサカメラ９の移動に伴い、ウエハ２０の表面を含む平面上に写り込むライン光源５の像２２は、図３（ａ）の位置Ｐ０から矢印Ａで示す方向に移動していく。位置Ｐ０は、例えば角度θ２が８０度の場合に相当する。位置Ｐ０では、ライン光源５の像２２は、ウエハ２０の表面（鏡面）に写り込んでいないので、ラインセンサカメラ９の感度（受光量）は低く、図３（ｂ）のＰ０で指示される領域の感度を示す。ラインセンサカメラ９を移動させて、ライン光源５の像２２が、位置Ｐ１に来た時、すなわちウエハ２０の中央部（中心部）に来た時、ライン光源５の像２２のウエハ２０の表面（鏡面）に写り込む量（面積）が最大となる。
【００２９】
この時、図３（ｂ）のラインセンサカメラ９の感度（受光量）を示すグラフ２４は、Ｐ１で指示される最大感度Ｓ１を示す。本発明では、この最大感度Ｓ１を示す時のラインセンサカメラ９の角度θ２ｍを、図１のマクロ検査装置１００においてステージ１上のレチクル基板２の表面を測定する角度として設定する。一実施形態では、角度θ２ｍはおよそ８４度である。ラインセンサカメラ９をさらに移動させると、ライン光源５の像２２のウエハ２０の表面（鏡面）に写り込む量（面積）は徐々に減少し、図３（ｂ）のグラフ２４に示されるように感度は減少していく。
【００３０】
このように、本発明では、最初にライン光源の位置（角度）を設定した上で、所定の表面（鏡面）上に写り込むライン光源の像の位置を確認（検出）しながら、ラインセンサカメラの感度（受光量）が最大となる時の位置（角度）にラインセンサカメラを設定することに特徴がある。すなわち、単にラインセンサカメラの感度（受光量）のみをモニターしてその量が最大となる角度を選択するのでは無く、ライン光源の像の位置を確認（検出）することにより、検査対象以外からの光に起因する受光量の増加をできるだけ排除しつつ、検査対象の表面からの反射光量が最大となる角度を検出して設定するところに特徴がある。なお、所定の表面（鏡面）上に写り込むライン光源の像の位置を確認（検出）は、カメラを所定の表面（鏡面）の上方に設置して、ライン光源の像を画像として表示させることにより、あるいは目視により、または両者の併用によりおこなうことができる。
【００３１】
次に、本発明のレチクル用基板の表面を成すフォトレジスト膜の膜厚ムラを検査フローについて説明する。図４は、本発明の検査フローを示す図である。図４のフローは、図１の一実施形態のマクロ検査装置１００によって実行される。
【００３２】
ステップＳ１１において、既に上述したライン光源５とラインセンサカメラ９の角度を設定する。ステップＳ１２において、被検査対象のレチクル用基板２をステージ１上に準備し、ステージ１を所定のステップで移動させながら、レチクル用基板２の表面（フォトレジスト膜）の所定の領域毎にラインセンサカメラ９で反射光量（平均輝度）を測定する。
【００３３】
ステップＳ１３において、ステップＳ１２で得られた、レチクル用基板２の表面（フォトレジスト膜）の所定の領域毎の平均輝度のデータを画像処理して、レチクル用基板２の表面（フォトレジスト膜）の全領域（あるいは指定領域）に渡って求めて、輝度マップを作成する。輝度マップは、所定の領域毎に平均輝度、および平均輝度の標準偏差などの情報を含む。なお、標準偏差は、ステップＳ１２の平均輝度の測定時に、あるいはその際に必要に応じて行われる平均輝度の校正時に算出される。ステップＳ１４において、得られた輝度マップを画像として表示装置に表示させる。
【実施例】
【００３４】
本発明の一実施例として、図５にレチクル用基板２の表面（フォトレジスト膜）を測定した輝度マップの画像を示す。図５の画像では、明暗等の強調処理をしている。測定の際のライン光源５の角度θ１は６３度であり、ラインセンサカメラ９の角度θ２は８４度である。ライン光源５は、ステージ１の表面から４０ｃｍの距離の位置に設定され、ラインセンサカメラ９は、ステージ１の表面から８７ｃｍの距離（より正確にはＷＤ＝８６８ｍｍ）の位置に設定される。図５の画像において、渦巻き状あるいは凸状の領域において膜厚ムラ（バラツキ）が発生していることがわかる。
【００３５】
本発明の実施形態について、図１〜図５を例にとり説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１  ステージ
２  レチクル基板
３  リニアモータ
４、８  コントローラ
５  ライン光源
６  レール
７  ステッピング・モータ
９  ラインセンサカメラ 
１０  ライン光源用電源
１１  画像処理装置 
１００  マクロ検査装置
【図１】
2014157024.tif 000003
【図２】
2014157024.tif 000004
【図３】
2014157024.tif 000005
【図４】
2014157024.tif 000006
【図５】
2014157024.tif 000007