(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期性パターンが形成された基板のむら検査装置であって、少なくとも、
被検査対象物である基板に透過光を照射するための透過照明部と、
前記基板を移動させるためのＸ−Ｙステージ部と、
前記基板の表面を撮像し、その測定したい部位に、前記Ｘ−Ｙステージ部を制御するためのアライメント用撮像部と、
前記アライメント用撮像部と固定された位置関係に保持された検査画像を撮像するための撮像部と、
前記透過照明部と前記Ｘ−Ｙステージ部と前記アライメント用撮像部と前記撮像部の動作を制御し、画像情報を取り込み、演算処理を行う処理・制御部と、から構成されており、
前記透過照明部は、ターンテーブルの上に円弧レールが支持体を介して設置されており、
前記円弧レールには前記基板に透過光を照射する照明ヘッドと前記照明ヘッドに照明光を供給する光源が設置されており、前記照明ヘッドが前記円弧レール上を移動できる機構を備えており、
前記Ｘ−Ｙステージ部は、前記撮像部と垂直な平面で前記基板を平行移動させるための駆動機構と前記基板を載置する部分を備えており、
前記アライメント撮像部は、前記基板表面の位置を把握するための画像を撮像する際の倍率や焦点の調整をするためのレンズ系とそのレンズ系を介して画像を撮像するカメラと前記基板の表面を照明し撮像可能にするための照明灯と前記照明灯の点灯、消灯、照明光強度の調節をするための照明制御装置とを備えており、
前記撮像部は、前記基板表面のむら情報を検出するための画像を撮影するために、平行光学系とカメラと前記カメラを前記基板表面と垂直方向に移動可能な駆動機構を備えており、
前記処理・制御部は、演算処理と照明制御装置および前記透過照明部の前記光源を制御する情報処理部と前記アライメント用撮像部および撮像部からの信号を情報処理部に入力するための信号入力装置と情報を表示する表示部と人が必要な情報を前記情報処理部に入力するための対人操作部を備えており、
前記撮像部に備えられた前記平行光学系には、テレセントリシティとして０．５°以下を満足するテレセントリックズームレンズを用いており、
前記撮像部が取得する周期性パターンの被処理画像全面に対して、むらの評価値を算出するための矩形計算領域を設定し、
前記矩形計算領域の画像を構成する画素群を行（Ｘ方向とする。）と列（Ｙ方向とする。）の並びに区分し、Ｘ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＸ方向の積算値ΣＩとし、Ｙ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＹ方向の積算値ΣＩとし、
比較基準値ΣＯとして、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれについて移動平均による平準化した値を採用し、評価値Ｃを、Ｃ＝｜ΣＩ−ΣＯ｜として算出し、
さらに、前記被処理画像において、画像中心を基準とし、Ｙ方向の長さＲ、Ｘ方向の長さＲの矩形領域を設定し、前記矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実施することにより導出されるパワースペクトル像から、被処理画像のＸ方向およびＹ方向それぞれにおいて、空間周波数（被処理画像の繰り返しパターンの周期の逆数に比例する値）に対するパワースペクトル分布を求め、
前記パワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数を求め、前記被処理画像における画像分解能から、空間周波数をむら欠陥発生周期に変換することにより算出し、
予め実験的に求めたむら欠陥が発生する境界値より小さい評価値Ｃをむら欠陥が発生する評価値Ｃの閾値Ｃ＿Ｔｈ、として定義し、Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈ、という条件を満たしたときに、周期性パターンを有する基板にむら欠陥があると判定することを特徴とするむら検査装置。
【請求項２】
周期性パターンを有する基板のむら検査方法であって、少なくとも、
周期性パターンの属性情報であるパターン情報入力工程と、
むら検査装置の撮像部を前記基板の検査対象部位に移動させ、位置合わせを行う位置決め工程と、
前記パターン情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を基に、パターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定する撮像倍率設定工程と、
前記基板の表面に垂直な方向に対する照明照射角度を設定する工程と、
前記基板の周期性パターンが形成された面を被撮像面とし、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直方法にずらすデフォーカス工程と、
前記合焦点位置からデフォーカスさせた位置において、前記基板の周期性パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、
前記被処理画像上で確認される前記基板上で発生しているむら欠陥の発生周期を求めるむら欠陥周期算出工程と、
前記基板上で発生しているむら欠陥の合否を判定する判定工程と、を具備しており、
前記パターン情報入力工程で入力した基板表面に平行な方向における全ての照明照射角度について実施したかどうかの判定を行い、基板表面に平行な方向における全ての照明照射角度について実施していないと判定した場合は、前記パターン情報入力工程、前記位置決め工程、前記照明照射角度を設定する工程、前記デフォーカス工程の一連の工程を実施していると判定するまで繰り返し一連の工程を実施し、その次の工程として、
前記撮像工程と、
被処理画像に対してむらの評価値を算出する工程と、
前記被処理画像に対して２次元フーリエ変換によりむら欠陥発生周期を算出する前記むら欠陥周期算出工程と、
前記被処理画像に対してむら欠陥の合否を判定する前記判定工程とからなる一連の工程を実施し、
前記むらの評価値を算出する工程は、前記被処理画像の全面に対して矩形計算領域を設定し、前記矩形計算領域の画像を構成する画素群を行（Ｘ方向とする。）と列（Ｙ方向とする。）の並びに区分し、Ｘ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＸ方向の積算値ΣＩとし、Ｙ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＹ方向の積算値ΣＩとし、
比較基準値ΣＯとして、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれについて移動平均による平準化した値を採用し、評価値Ｃを、Ｃ＝｜ΣＩ−ΣＯ｜として算出し、
前記むら欠陥発生周期算出工程は、
前記被処理画像において、画像中心を基準とし、Ｙ方向の長さＲ、Ｘ方向の長さＲの矩形領域を設定し、前記矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実施することによりパワースペクトル像を導出し、
前記パワースペクトル像から、被処理画像のＸ方向およびＹ方向それぞれにおいて、空間周波数（被処理画像の繰り返しパターンの周期の逆数に比例する値）に対するパワースペクトル分布を求め、
前記パワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数を求め、前記被処理画像における画像分解能から、空間周波数をむら欠陥発生周期に変換することにより算出し、
前記判定工程は、予め実験的に求めたむら欠陥が発生する境界値より小さい評価値Ｃをむら欠陥が発生する評価値Ｃの閾値Ｃ＿Ｔｈ、として定義し、Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈ、という条件を満たしたときに、周期性パターンを有する基板にむら欠陥があると判定し、
前記撮像工程において周期性パターンを撮像する際の光学系には、テレセントリシティとして０．５°以下を満足するテレセントリックズームレンズを用いることを特徴とするむら検査方法。
【請求項３】
パターン情報入力工程は、周期性パターンに対して、任意の水平方向角度での照明について撮像条件の設定ができるように、照明と前記基板との水平角度方向に関する条件入力が可能であることを特徴とする請求項２に記載のむら検査方法。
【請求項４】
周期性パターンのパターンピッチが２０μｍ〜４００μｍであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のむら検査方法。
【請求項５】
照明光の中心波長が５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項６】
撮像工程では、周期性パターンからの回折光を、光電変換素子を利用した撮像手段によって撮像し、かつ、前記撮像手段は、前記周期性パターンにより生じる回折光のうち、前記周期性パターンが形成された基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項７】
撮像倍率設定工程が、撮像倍率の設定を行うのに光学倍率可変可能なズームレンズを利用することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項８】
デフォーカス工程は、合焦点位置からのデフォーカス量が光学系の焦点深度よりも大きいことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項９】
デフォーカス工程は、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項１０】
むら欠陥周期算出工程は、撮像工程により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を利用することで周期を算出することを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項１１】
周期性パターンが形成された基板が、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【請求項１２】
周期性パターンが形成された基板が、液晶表示装置用部材製造用フォトマスクであることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１項に記載のむら検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン描画装置によって周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、基板のむら検査を行うためのむら検査方法およびむら検査装置に関する。
なお、周期性パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、たとえば、パターンが所定のピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、あるいは、開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列したマトリクス状のパターン等が該当する。周期性パターンを有する基板としては、特に半導体装置、撮像デバイスおよび表示デバイス等を製造する際にフォトリソグラフィ処理の露光工程で用いられるフォトマスクが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置、撮像デバイスおよび表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。
【０００３】
フォトマスクのような周期性パターンにおけるむら欠陥は、通常、微細なピッチずれや位置ずれが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であり、周期性パターンを広い領域において観察したときに初めて認識される欠陥である。
【０００４】
周期性のあるパターン、たとえば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクのむらを安定的、高精度に撮像、検出可能な周期性パターンむら検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する検査装置が、たとえば、特許文献１に開示されている。
【０００５】
周期性パターンの正常部では開口部の形状、ピッチが一定となるため互いに干渉し、一定の方向に回折光を生じる。それに対し、むら部では開口部の形状、ピッチが不規則になるため、形状、ピッチに応じて、その次数ごとに種々の方向に種々の強さで回折光が生じる。特許文献１に開示されている検査装置では、正常部とむら部における回折光強度コントラストの違いから、むら部を検出する方式をとっている。
【０００６】
特許文献１に例示されているようなＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクでは、パターンピッチは５μｍ〜３０μｍ程度であり、各回折次数における回折光が互いに分離し易いようなパターンが多い。しかし、たとえば、ＬＣＤ製造用フォトマスクでは、そのパターンピッチは２０μｍ程度のものから１０００μｍ程度のものまで幅広く存在し、割合としてはＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクよりもパターンピッチが大きいものが多い。パターンピッチが１００μｍを超えるようなパターンでは回折光が互いに分離し難くなるため、正常部と異常部のコントラストの違いからむら部を検出する手法は難しいのではないかと考えられていた。
【０００７】
これに対して、たとえば、主パターン（パターン周期が８０〜２０００μｍ）に対し、この主パターンとは周期の異なる補助パターン（パターン周期が１〜５０μｍ）を、主パターン以外の領域に、主パターンと同時に描画することによって形成し、この補助パターンからの回折光コントラスト差を捉えることにより描画起因のエラー発生位置を捉え、エラーが発生している補助パターンと同一直線上に配置された主パターンにおいても同様のエラーが生じているものとみなす検査方法が、たとえば、特許文献２に開示されている。
【０００８】
しかしながら、実際の描画工程においては、１回のビーム走査中にビームの強度ばらつきや走査位置のずれによって、部分的にパターン寸法ずれや位置ずれが発生する可能性があ
る。たとえ同一直線状であってもむら欠陥の程度が変化している可能性があるため、特許文献２に開示されている方法は効果的であるとは言い難い。
【０００９】
また、ＬＣＤ製造用フォトマスクは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクに比べパターンピッチが大きいものが多いため、マクロ撮像を行った場合でも合焦点位置において被検査画像中でパターンが解像してしまい、被検査画像上でむら欠陥との弁別が困難となり、検査精度が低下してしまう問題がある。パターン解像による影響を低減させる手法としてはデフォーカスを挙げることができる。
【００１０】
例えば、シャドウマスクにおけるむら検査方法において、意図的に焦点位置をずらした状態で被検査基板を撮像し、画像取得を行っている例が、例えば特許文献３に開示されているが、これは基板の被検査面に対して斜めから光を照射して回折光を捉える方法ではない。
【００１１】
特許文献１に示されているが、周期性パターンにおけるむらを安定して検出するためには、パターンにおいて生じた回折光を捉え、正常部と欠陥部とで生じた回折光量差に着目することが有効であることが公知であるとされている。
【００１２】
ところで、パターン描画装置における描画方式はベクタ方式とラスタ方式に分類される。ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクや半導体装置用基板製造用のフォトマスクにおけるパターン描画にはＥＢ（電子線）描画装置が用いられ、その殆どが描画部のみビーム走査を行うベクタ方式によるものである。一方で、ＬＣＤ製造用フォトマスクにおけるパターン描画ではレーザ描画装置が用いられており、領域全体をスキャンし、描画部のみビームをオンするラスタ方式が用いられている。
【００１３】
これら描画装置では、それぞれ固有の描画パラメータが設けられている例が多く、たとえば、ＬＣＤ製造用フォトマスク向けレーザ描画装置では、１回のビーム走査幅を示すスキャンレングス（Ｓｃａｎ  Ｌｅｎｇｔｈ）というパラメータが存在する。パターンピッチとスキャンレングスが異なる場合において、パターンエッジとこのスキャンレングスの境界部分が重なる時にパターンの寸法変動が生じる場合がある。
【００１４】
また、ＥＢ描画装置においては描画フィールド（ＦＩＥＬＤ）と呼ばれる正方形状の描画領域が設定され、この描画領域境界部分でパターンの寸法変動や位置変動が生じる例が確認されている。上記のような現象により生じるむら欠陥は、その描画パラメータに依存した周期性を有しているため、描画装置における描画パラメータとむら発生周期との関係性が重要視されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−２７５６０９号公報
【特許文献２】特許第３３６６８０２号公報
【特許文献３】特開２００７−２７１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、周期性のあるパターン、特に、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板において、回折光量差によるコントラストからパターン変動発生箇所を精度良く識別し、かつ、その変動発生周期を簡便に導出することによって、むら検査を実施することができるむら検査装置、むら検査方法およびむら判定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の請求項１は、周期性パターンが形成された基板のむら検査装置であって、少なくとも、
被検査対象物である基板に透過光を照射するための透過照明部と、
前記基板を移動させるためのＸ−Ｙステージ部と、
前記基板の表面を撮像し、その測定したい部位に、前記Ｘ−Ｙステージ部を制御するためのアライメント用撮像部と、
前記アライメント用撮像部と固定された位置関係に保持された検査画像を撮像するための撮像部と、
前記透過照明部と前記Ｘ−Ｙステージ部と前記アライメント用撮像部と前記撮像部の動作を制御し、画像情報を取り込み、演算処理を行う処理・制御部と、から構成されており、
前記透過照明部は、ターンテーブルの上に円弧レールが支持体を介して設置されており、
前記円弧レールには前記基板に透過光を照射する照明ヘッドと前記照明ヘッドに照明光を供給する光源が設置されており、前記照明ヘッドが前記円弧レール上を移動できる機構を備えており、
前記Ｘ−Ｙステージ部は、前記撮像部と垂直な平面で前記基板を平行移動させるための駆動機構と前記基板を載置する部分を備えており、
前記アライメント撮像部は、前記基板表面の位置を把握するための画像を撮像する際の倍率や焦点の調整をするためのレンズ系とそのレンズ系を介して画像を撮像するカメラと前記基板の表面を照明し撮像可能にするための照明灯と前記照明灯の点灯、消灯、照明光強度の調節をするための照明制御装置とを備えており、
前記撮像部は、前記基板表面のむら情報を検出するための画像を撮影するために、平行光学系とカメラと前記カメラを前記基板表面と垂直方向に移動可能な駆動機構を備えており、
前記処理・制御部は、演算処理と照明制御装置および前記透過照明部の前記光源を制御する情報処理部と前記アライメント用撮像部および撮像部からの信号を情報処理部に入力するための信号入力装置と情報を表示する表示部と人が必要な情報を前記情報処理部に入力するための対人操作部を備えており、
前記撮像部に備えられた前記平行光学系には、テレセントリシティとして０．５°以下を満足するテレセントリックズームレンズを用いており、
前記撮像部が取得する周期性パターンの被処理画像全面に対して、むらの評価値を算出するための矩形計算領域を設定し、
前記矩形計算領域の画像を構成する画素群を行（Ｘ方向とする。）と列（Ｙ方向とする。）の並びに区分し、Ｘ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＸ方向の積算値ΣＩとし、Ｙ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＹ方向の積算値ΣＩとし、
比較基準値ΣＯとして、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれについて移動平均による平準化した値を採用し、評価値Ｃを、Ｃ＝｜ΣＩ−ΣＯ｜として算出し、
さらに、前記被処理画像において、画像中心を基準とし、Ｙ方向の長さＲ、Ｘ方向の長さＲの矩形領域を設定し、前記矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実施することにより導出されるパワースペクトル像から、被処理画像のＸ方向およびＹ方向それぞれにおいて、空間周波数（被処理画像の繰り返しパターンの周期の逆数に比例する値）に対するパワースペクトル分布を求め、
前記パワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数を求め、前記被処理画像における画像分解能から、空間周波数をむら欠陥発生周期に変換することにより算出し、
予め実験的に求めたむら欠陥が発生する境界値より小さい評価値Ｃをむら欠陥が発生する評価値Ｃの閾値Ｃ＿Ｔｈ、として定義し、Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈ、という条件を満たしたときに、周期性パターンを有する基板にむら欠陥があると判定することを特徴とするむら検査装置である。
【００１８】
また、請求項２の発明は、周期性パターンを有する基板のむら検査方法であって、少なくとも、
周期性パターンの属性情報であるパターン情報入力工程と、
むら検査装置の撮像部を前記基板の検査対象部位に移動させ、位置合わせを行う位置決め工程と、
前記パターン情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を基に、パターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定する撮像倍率設定工程と、
前記基板の表面に垂直な方向に対する照明照射角度を設定する工程と、
前記基板の周期性パターンが形成された面を被撮像面とし、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直方法にずらすデフォーカス工程と、
前記合焦点位置からデフォーカスさせた位置において、前記基板の周期性パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、
前記被処理画像上で確認される前記基板上で発生しているむら欠陥の発生周期を求めるむら欠陥周期算出工程と、
前記基板上で発生しているむら欠陥の合否を判定する判定工程と、を具備しており、
前記パターン情報入力工程で入力した基板表面に平行な方向における全ての照明照射角度について実施したかどうかの判定を行い、基板表面に平行な方向における全ての照明照射角度について実施していないと判定した場合は、前記パターン情報入力工程、前記位置決め工程、前記照明照射角度を設定する工程、前記デフォーカス工程の一連の工程を実施していると判定するまで繰り返し一連の工程を実施し、その次の工程として、
前記撮像工程と、
被処理画像に対してむらの評価値を算出する工程と、
前記被処理画像に対して２次元フーリエ変換によりむら欠陥発生周期を算出する前記むら欠陥周期算出工程と、
前記被処理画像に対してむら欠陥の合否を判定する前記判定工程とからなる一連の工程を実施し、
前記むらの評価値を算出する工程は、前記被処理画像の全面に対して矩形計算領域を設定し、前記矩形計算領域の画像を構成する画素群を行（Ｘ方向とする。）と列（Ｙ方向とする。）の並びに区分し、Ｘ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＸ方向の積算値ΣＩとし、Ｙ方向に並ぶ各画素の輝度値の積算値をＹ方向の積算値ΣＩとし、
比較基準値ΣＯとして、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれについて移動平均による平準化した値を採用し、評価値Ｃを、Ｃ＝｜ΣＩ−ΣＯ｜として算出し、
前記むら欠陥発生周期算出工程は、
前記被処理画像において、画像中心を基準とし、Ｙ方向の長さＲ、Ｘ方向の長さＲの矩形領域を設定し、前記矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実施することによりパワースペクトル像を導出し、
前記パワースペクトル像から、被処理画像のＸ方向およびＹ方向それぞれにおいて、空間周波数（被処理画像の繰り返しパターンの周期の逆数に比例する値）に対するパワースペクトル分布を求め、
前記パワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数を求め、前記被処理画像における画像分解能から、空間周波数をむら欠陥発生周期に変換することにより算出し、
前記判定工程は、予め実験的に求めたむら欠陥が発生する境界値より小さい評価値Ｃをむら欠陥が発生する評価値Ｃの閾値Ｃ＿Ｔｈ、として定義し、Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈ、という条件を満たしたときに、周期性パターンを有する基板にむら欠陥があると判定し、
前記撮像工程において周期性パターンを撮像する際の光学系には、テレセントリシティとして０．５°以下を満足するテレセントリックズームレンズを用いることを特徴とするむら検査方法である。
【００２０】
また、請求項３の発明は、パターン情報入力工程は、周期性パターンに対して、任意の水平方向角度での照明について撮像条件の設定ができるように、照明と前記基板との水平角度方向に関する条件入力が可能であることを特徴とする請求項２に記載のむら検査方法である。
【００２１】
また、請求項４の発明は、周期性パターンのパターンピッチが２０μｍ〜４００μｍであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のむら検査方法である。
【００２２】
また、請求項５の発明は、照明光の中心波長が５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２３】
また、請求項６の発明は、撮像工程では、周期性パターンからの回折光を、光電変換素子を利用した撮像手段によって撮像し、かつ、前記撮像手段は、前記周期性パターンにより生じる回折光のうち、前記周期性パターンが形成された基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２４】
また、請求項７の発明は、撮像倍率設定工程が、撮像倍率の設定を行うのに光学倍率可変可能なズームレンズを利用することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２５】
また、請求項８の発明は、デフォーカス工程は、合焦点位置からのデフォーカス量が光学系の焦点深度よりも大きいことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２６】
また、請求項９の発明は、デフォーカス工程は、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２７】
また、請求項１０の発明は、むら欠陥周期算出工程は、撮像工程により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を利用することで周期を算出することを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２８】
また、請求項１１の発明は、周期性パターンが形成された基板が、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【００２９】
また、請求項１２の発明は、周期性パターンが形成された基板が、液晶表示装置用部材製造用フォトマスクであることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１項に記載のむら検査方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、周期性のあるパターン、特に、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板において、回折光量差によるコントラストからパターン変動発生箇所を精度良く識別し、かつ、その変動発生周期を簡便に導出することによってむら検査を実施することができるむら検査方法およびむら検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るむら検査装置の要部を示す概略図
【図２】照明ヘッドの光源に内蔵された光学フィルタの分光透過率を示す特性図
【図３】むら検査方法を説明するフローチャート
【図４】基板と投光方向θ軸との対応関係を模式的に示す図
【図５】被処理画像に対する矩形計算領域の定義方法を模式的に示す図
【図６】被処理画像からの積算値ΣＩと比較基準値Σ０の算出方法を模式的に示す図
【図７】被処理画像からの２次元フーリエ変換によるパワースペクトル像導出方法を模式的に示す図
【図８】第１の実施例における周期性パターンの形状を模式的に示す図
【図９】第１の実施例における取得画像とパワースペクトル像を示す図
【図１０】第２の実施例における周期性パターンの形状を模式的に示す図
【図１１】第２の実施例における取得画像とパワースペクトル像を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態に係るむら検査装置の主要部を概略的に示すものである。図１では、透過回折光を得るための装置構成例を示している。なお、本装置は、外乱光や迷光を極力低減させた暗環境かつ基板への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。
【００３４】
図１に示すように、本装置は、透過照明部１０、基板６０の位置決め動作および基板搬送動作が可能なＸ−Ｙステージ部２０、基板６０の位置決めを実施するためのアライメント
用撮像部３０、基板６０からの回折像を撮像し、被処理画像取得を実施する撮像部４０、および、処理・制御部１００から構成されている。
【００３５】
透過照明部１０は、円弧レール１１がターンテーブル１２上に設置されている。円弧レール１１には照明ヘッド１３が設けられていて、この照明ヘッド１３には光源１４からライトガイド１５を用いて導光している。円弧レール１１上で照明ヘッド１３を駆動することによって基板６０の被撮像面に対して垂直方向の照射角度調整を可能としている（なお、この駆動軸をφ軸と定義する）。
【００３６】
円弧レール１１上のどの位置にあっても照明ヘッド１３は、Ｘ−Ｙステージ部２０上の所定位置に照明光を照射することができるように調整されており、これによって、Ｘ−Ｙステージ部２０上の基板６０の被撮像面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。
【００３７】
また、ターンテーブル１２により円弧レール１１を被撮像面に対して水平方向に回転させることが可能であり（この駆動軸をθ軸と定義する）、水平方向における任意方向から照明光の照射が可能となっている。
【００３８】
なお、照明ヘッド１３には平行光学系４２が設けられている。光源１４には、フィルタチェンジャ機構が設けられており、複数の波長選択フィルタを用いることが可能となっているが、１つの例として、本実施の形態では図２に示す分光透過率を有する（ピーク波長：５４０ｎｍ）バンドパスフィルタを用いている。
【００３９】
また、光源１４としては十分な照度を有しているものが望ましく、本実施の形態では光源１４にはメタルハライド光源を用いている。仮に照度が不足するような場合には、複数個の光源を用いた装置構成としてもよい。
【００４０】
基板６０は、Ｘ−Ｙステージ部２０におけるワークストッパ２１にてＸおよびＹ方向で固定される。なお、ワークストッパ２１は基板サイズに応じて固定位置の調整が可能である。
【００４１】
Ｘ−Ｙステージ部２０は、基板６０を図１のＸ軸方向およびＹ軸方向に平行移動する機能を有する。これによって、あらかじめ設定した動作手順にしたがって基板６０をＸ軸およびＹ軸方向に駆動する。
【００４２】
アライメント用撮像部３０は、カメラ３１、レンズ３２、照明灯３３、および、照明制御装置３４から構成される。基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。照明灯３３は、照明制御装置３４により点灯／消灯制御および照明光強度の調節ができるようになっており、実際の制御動作は処理・制御部１００により実施される。
【００４３】
なお、本実施の形態では、カメラ３１にはエリアＣＣＤカメラを、レンズ３２には同軸落射形式の固定倍率テレセントリックレンズを、そして照明灯３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤを用いている。
【００４４】
撮像部４０は、カメラ４１、平行光学系４２およびＺステージ４３から構成される。カメラ４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。本実施の形態では、カメラ４１としてエリアＣＣＤカメラを用いているが、ラインＣＣＤカメラを用いてもよい。
【００４５】
平行光学系４２には電動式テレセントリックズームレンズを用いている。このとき、レンズのテレセントリシティとして０．５°以下を満足するようなものが望ましい。また、Ｚステージ４３によりカメラ４１と平行光学系４２が、基板６０上の被撮像面に対して鉛直方向に移動することができ、この動作によって焦点位置の微調整が可能となる。
【００４６】
処理・制御部１００は、情報処理部１０１、信号入力装置１０２および１０３、表示部１０４、および、対人操作部１０５から構成されており、透過照明部１０、Ｘ−Ｙステージ部２０、アライメント用撮像部３０、撮像部４０の動作管理および制御を行い、アライメント用撮像部３０および撮像部４０からの出力を画像情報あるいは信号として入力し、演算処理を行う。さらに、その処理結果や処理画像を表示手段１０４に表示する。
【００４７】
図３は、本発明の実施の形態に係るむら検査方法を説明するフローチャートである。本検査方法は、ステップＳ１〜Ｓ１２という一連の工程によって行われるもので、以下、各ステップの内容を順に説明する。なお、基板６０の着脱等のオペレーション操作については説明を省略する。
【００４８】
まず、対人操作部１０５により、基板６０におけるパターンピッチ、サイズ、パネルレイアウト、パターン描画条件、パターン描画装置の種類等のパターン描画情報を、情報処理部１０１へ入力する（ステップＳ１）。また、この段階で、前述したθ軸の種類も入力する。ここで、図４に基板６０とθとの対応関係を示す（この場合は、例としてθ＝０°、４５°、９０°の３種類について定義した）。
【００４９】
次に、Ｘ−Ｙステージ部２０とアライメント用撮像部３０により、基板６０に対するアライメント動作を実施する（ステップＳ２）。
【００５０】
次に、平行光学系４２におけるレンズ倍率を設定する（ステップＳ３）。本実施の形態では、カメラ４１における撮像素子サイズとレンズ倍率とによって決まる撮像分解能ｒと、基板６０におけるピッチｄｉとの関係が下記の式（１）を満たすようなレンズ倍率を設定する。なお、式中のｈは相対比を表し、正の整数であることとする。
ｒ＝ｈ×ｄｉ  ……（１）
ただし、基板６０では、ステップＳ１にて設定したθに応じて光の照射方向に対応した見かけ上のピッチの値が変化するため、各θ軸における見かけ上のピッチｄｉ値を算出する必要がある。
【００５１】
基板６０の天地方向に対してＸ方向のピッチをΔｘ、Ｙ方向のピッチをΔｙとすると、
０°≦θ≦４５°のときは、
【数１】
0005895350.tif 000002
４５°＜θ≦９０°のときは、  
【数２】
0005895350.tif 000003
９０°＜θ≦１３５°のときは、  
【数３】
0005895350.tif 000004
１３５°＜θ≦１８０°のときは、  
【数４】
0005895350.tif 000005
としてそれぞれ算出される。
【００５２】
次に、１０°≦φ≦６０°の範囲で、むら欠陥の可視化に最適とされる照明照射角度φを設定する（ステップＳ４）。
【００５３】
次に、Ｘ−Ｙステージ部２０を駆動させ、処理対象パネルを撮像位置へ移動する（ステップＳ５）。なお、照明ヘッド１３は、ステップＳ４で設定したφ位置へ移動させる。
【００５４】
次に、カメラ４１にて処理対象パネルの画像取込を行いながら、Ｚステージ４３によりＺ軸方向への微調整を行い、焦点位置からのデフォーカスを実施する（ステップＳ６）。
【００５５】
次に、カメラ４１にて画像取込を行いながら、画像処理を実施するのに十分な画像輝度が確保されるように、光源１４からの出力を調節し、取込画像輝度レベルの調整を行う（ステップＳ７）。
【００５６】
以上、ステップＳ３〜Ｓ７までの処理が、ステップＳ１にて入力した全てのθに対して実施されたかどうか判断し（ステップＳ８）、実施されていなければ、ステップＳ３に戻り、上記同様な処理を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ８において全てのθに対して実施されたと判断した場合、ステップＳ３〜Ｓ７にて設定された条件に基づき、処理対象パネルにおける被処理画像取込を実施する（ステップＳ９）。
【００５８】
次に、ステップＳ９にて得られた被処理画像に対し、むら評価値Ｃの算出を実施する（ステップＳ１０）。ここで、むら評価値Ｃとは、本実施の形態において得られたむら欠陥画像における正常部とパターン変動部との間で生じた輝度コントラストを数値化したものである。
【００５９】
以下、ステップＳ１０におけるむら評価値Ｃ算出方法について、ステップＣ１〜Ｃ３の順に簡単に説明する。
【００６０】
図５に示すように、ステップＳ９にて得られた被処理画像に対して矩形計算領域を定義し、計算領域内の各画素における輝度値をＸおよびＹ方向に別個に積算し、積算値ΣＩを計算する（ステップＣ１）。なお、積算値は、積算した画素数で割った平均値を用いる。図５では、矩形計算領域を被処理画像内側へ内挿した状態を示したが、矩形計算領域は被処理画像全面に設定してもよい。
【００６１】
次に、ステップＣ１にて計算した積算値ΣＩに対する比較基準値Σ０を計算する（ステップＣ２）。積算値ΣＩからの比較基準値Σ０の導出について図６に模式的に示す。本実施の形態では、比較基準値Σ０の導出方法として移動平均処理を利用する。
【００６２】
次に、下記式（６）の演算により、評価値Ｃを算出する（ステップＣ３）。
Ｃ＝｜ΣＩ―Σ０｜  ……（６）
なお、本実施の形態において複数枚のパネルについて処理を行う場合には、そのうち最も評価値Ｃが大きくなるものを代表値として用いる。
以上が、ステップＣ１〜Ｃ３を、むら評価値Ｃの算出方法に関する説明である。
【００６３】
次に、ステップＳ９にて得られた被処理画像に対し、２次元フーリエ変換によるむら欠陥発生周期Ｆの算出を実施する（ステップＳ１１）。
以下、ステップＳ１１における２次元フーリエ変換によるむら欠陥周期算出方法について、ステップＦ１〜Ｆ３の順に簡単に説明する。
【００６４】
図７に示すように、ステップＳ９にて得られた被処理画像において、画像中心を基準とし、縦の長さＲ、横の長さＲの矩形領域を定義し、矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実行し、パワースペクトル像を導出する（ステップＦ１）。
【００６５】
なお、２次元フーリエ変換実行の前処理として、矩形領域内の画像に対する２値化処理を
実施する。また、矩形領域の一辺の長さＲは、取得された被処理画像の大きさによってその値を変更してもよい。ただし、計算に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用するため、１２８、２５６、５１２というように２のべき乗で表わされる数値となるようにＲの値を設定する必要がある。
【００６６】
次に、パワースペクトル像から、画像のＸ方向およびＹ方向それぞれにおいて、空間周波数ｆに対するパワースペクトル分布を求める（ステップＦ２）。ここで、空間周波数ｆとは、ステップＦ１にて定義した矩形領域の一辺の長さにおける周波数として定義される値であり、繰り返しパターンの周期の逆数に比例する値として定義される。
【００６７】
次に、ステップＦ２で求めたパワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数ｆを求め、被処理画像における画像分解能から、空間周波数ｆをむら欠陥発生周期Ｆへ変換する（ステップＦ３）。
以上、ステップＦ１〜Ｆ３を、２次元フーリエ変換によるむら欠陥発生周期算出方法に関する説明とする。
【００６８】
次に、ステップＳ１０より得られた結果を基に、以下の条件に基づいて合否判定を行い、その結果を表示部１０４へ表示する（ステップＳ１２）。このとき、むら評価値Ｃに対する判定用閾値をＣ＿Ｔｈと定義しておき、
Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈ  
という条件を満たした場合、検査対象基板上にむら欠陥が発生していると判定する。
【００６９】
このとき、Ｓ１１にて算出したむら欠陥発生周期Ｆの値を参考にすることで、作業員はむら欠陥がパターン描画装置の描画パラメータに依存した周期性を有しているかどうかを判断する事が可能となる。
【００７０】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態のむら検査方法によれば、周期性のあるパターン、特に、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板において、回折光量差によるコントラストからパターン変動発生箇所を精度良く識別し、かつ、その変動発生周期を簡便に導出することによってむら検査を実施することが可能となる。
【実施例】
【００７１】
以下に、本発明における実施例について説明する。
全ての実施例において使用したパターン描画装置は同一であり、描画走査周期（要説明）の値は４２０μｍである。また、むら評価値Ｃに対する判定用閾値はＣ＿Ｔｈ＝１００とする。なお、パターン描画装置における描画走査方向は全て図４におけるＸ方向であり、本実施例では基板６０への相対投光方向θ＝０°とした場合の結果を示す。
【００７２】
＜実施例１＞
第１の実施例として、ピッチｄ＝２０．５μｍのＬ／Ｓ状のパターンが形成された基板を監視対象基板とした結果を示す。パターンの模式図を図８に示す。このパターンが形成された基板に対し、ステップＳ１〜Ｓ９の処理に基づいて、φ＝３０°から照明光を照射し、相対比ｈ＝２．４３９、デフォーカス量が１５．０ｍｍの条件にて被処理画像の取得を行った。さらに、ステップＳ１０、Ｓ１１においてむら評価値Ｃおよびむら欠陥発生周期Ｆを算出した結果、Ｃ＝１１８．０、Ｆ＝４２６．７μｍとなった。なお、Ｒ＝２５６ｐｉｘｅｌである。
【００７３】
本実施例におけるパターンの描画に用いたパターン描画装置の描画走査周期の値は４２０μｍであり、２次元フーリエ変換によって得られたむら欠陥発生周期Ｆの値に非常に近い。 また、Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈが成り立つため、本実施例では、ステップＳ１２においてパターン描画装置起因のむら欠陥が発生しているという判定結果となり、不良品と判定する事が
出来る。
第１の実施例に係る取得画像を図９（ａ）に示し、パワースペクトル像を図９（ｂ）に示す。
【００７４】
＜実施例２＞
続いて、第２の実施例として、ピッチｄ＝１１９．５μｍの格子状のパターンが形成された基板を検査対象基板とした結果を示す。パターンの模式図を図１０に示す。このパターンが形成された基板に対し、ステップＳ１〜Ｓ９の処理に基づいて、φ＝３０°から照明光を照射し、相対比ｈ＝０．７９５、デフォーカス量が９．０ｍｍの条件にて被処理画像の取得を行った。さらに、ステップＳ１０、Ｓ１１においてむら評価値Ｃおよびむら欠陥発生周期Ｆを算出した結果、Ｃ＝６６．８、Ｆ＝８３８．６μｍとなった。なお、Ｒ＝２５６ｐｉｘｅｌである。
【００７５】
むら欠陥発生周期Ｆの値が、パターンの描画に用いたパターン描画装置の描画走査周期の２倍に相当する８４０μｍと近い値であるが、Ｃ＜Ｃ＿Ｔｈが成り立つため、本実施例では、ステップＳ１２においてパターン描画装置起因のむら欠陥が発生していないという判定結果となり、良品であると判定する事が出来る。
第２の実施例に係る取得画像を図１１（ａ）に示し、パワースペクトル像を図１１（ｂ）に示す。
【符号の説明】
【００７６】
１０…透過照明部
１１…円弧レール
１２…ターンテーブル
１３…照明ヘッド
１４…光源
１５…ライトガイド
２０…Ｘ−Ｙステージ部
２１…ワークストッパ
３０…アライメント用撮像部
３１…カメラ
３２…レンズ
３３…照明灯
３４…照明制御装置
４０…撮像部
４１…カメラ
４２…平行光学系
４３…Ｚステージ
５１…パターン
５２…パターン
６０…基板
１００…処理・制御部
１０１…情報処理部
１０２…信号入力装置
１０３…信号入力装置
１０４…表示部
１０５…対人操作部
【図３】
0005895350.tif 000006
【図１】
0005895350.tif 000007
【図２】
0005895350.tif 000008
【図４】
0005895350.tif 000009
【図５】
0005895350.tif 000010
【図６】
0005895350.tif 000011
【図７】
0005895350.tif 000012
【図８】
0005895350.tif 000013
【図９】
0005895350.tif 000014
【図１０】
0005895350.tif 000015
【図１１】
0005895350.tif 000016