(57)【要約】【課題】周期性のあるパターンをもつ被検査体のムラ欠陥を検出するためのムラ検査装置および方法において、映り込みの発生を抑制して、有効な検査範囲の拡大、良好な欠陥の検出が可能な照明角度を選択できるようにすること、また照明角度の制限を減らすことによって、ムラ欠陥と正常部との画像コントラストの向上が期待でき、結果的にムラ検出能力を向上すること【解決手段】基板表面に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、前記基板に照明光を複数の照射角度で照射し、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するムラ検査方法であって、前期周期性パターンとそれ以外の周辺パターンとの位置関係と、照明光の照射角度から、映り込みが生じる位置を予測することにより、映り込みが生じない位置で検査することを特徴とする周期性パターン検査方法。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、前記基板に照明光を複数の照射角度で照射し、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するムラ検査方法であって、前期周期性パターンとそれ以外の周辺パターンとの位置関係と、照明光の照射角度から、映り込みが生じる位置を予測することにより、映り込みが生じない位置で検査することを特徴とする周期性パターン検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の周期性パターン検査方法において、映り込みが生じない複数の条件において撮像した画像領域を組み合わせることによって検査対象の周期性パターンの全体を検査することを特徴とする周期性パターン検査方法。
【請求項３】
検査対象である周期性パターンが設置された基板面に対し、垂直または水平な面内で照明光の照射角度を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の周期性パターン検査方法。
【請求項４】
検査対象である周期性パターンが設置された基板面に対し、垂直な面内および水平な面内で照明光の照射角度を変化させる機構を具備したことを特徴とする周期性パターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期性パターンを有する被検査体においてパターンのムラ欠陥を検査するための検査方法および検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周期性パターンとは、一定の形状が一定の間隔を持って配列されたパターンの集合体を称す。例えば、ストライプ状のパターンが所定の周期で配列した一次元の周期性パターン、または島状や格子状のパターンが所定の周期で配列した行列状のパターン等が該当する。周期性パターンを有する被検査体としては特に、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。さらに撮像デバイスや表示デバイスに用いられるカラーフィルタなどが挙げられる。
【０００３】
このような周期性パターンを有する被検査体において、その周期性や個々のパターン形状に異常が発生しているとき、ムラ欠陥として観察できる。そのようなムラ欠陥の検査を行う方法や装置には、非検査体の周期パターンの配列する面に対して鉛直方向以外から光を当てる照明手段が採られるものが発明されている。
【０００４】
しかしそのようなムラ欠陥検出の検査装置や検査方法の対象である被検査体は周期性パターンの周囲に周期性パターン以外の形状をもつパターンが設置されることがある。例えば半導体製品においては配線やフォトリソグラフィ工程で露光するための位置合わせに用いるアライメントパターンなどである。前述のムラ欠陥検出の検査装置や検査方法では、これらの被検査領域外のパターンに照明が当たり、その反射光や散乱光が迷光となって周期性パターンの被検査領域に映り込むことがある。これらの映り込みは実際に生じているムラ欠陥と区別しながら検査を行う必要がある。
【０００５】
ムラ欠陥と映り込みとを区別する作業は、異なる条件での検査方法や別の検査装置による多重チェックが必要な場合もあり、時間や装置の運用効率低下に繋がる問題となっている。そのため検査装置や検査方法には映り込みの生じない装置構造や光学系が求められる。
【０００６】
周期性パターンを有する被検査体、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像デバイスや各種表示装置などの表示デバイスを製造するのに用いられるフォトマスクにおけるムラ欠陥は、周期的な画素のパターンの周期ずれや位置ずれやサイズずれといった変動が、規則的に配列して発生していることが原因であることが多い。そのため個々のパターン検査では発見することが困難で、周期性パターンを広い領域において観察した時に初めて認識できる欠陥である。
【０００７】
周期性パターンにおける従来のムラ検査は、同軸の透過照明や平面照明を用いて透過画像を撮像し、各々の画像での光強度を比較することによって正常部とムラ欠陥部の視認を行っている。しかし、正常部とムラ欠陥部における光の強度差は決して大きいわけではなく、得られる画像のコントラストは低い。そのため、コントラストの低い画像に対しその強度差の処理方法を工夫することでコントラストの向上を図り、ムラ欠陥部を抽出して検査を行っている（特許文献１参照）。
しかし、前記従来技術においては、格子状周期性パターンの遮光部のムラ、特に開口部の大きいパターンのムラを撮像した画像において、正常部とムラ欠陥部でのコントラスト向上が期待できず、強度差の処理を工夫したとしても元の画像のコントラストが低い画像の場合の検査では、目視での官能検査方法より低い検査能力しか達成できないという問題が
ある。
【０００８】
近年、半導体回路の微細化や、微細でかつ高い輝度出力を目指した表示機器の開発、また高い感度をもつ撮像機器の開発により、これらの製品で使用される周期性パターンはいっそう微細化したり開口部比率が増大したりする傾向が進んでいる。将来的には、より開口部が大きく、より微細な形状の周期性パターンのムラ検査装置及びムラ検査方法が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界がある。
【０００９】
そこで、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスに発生するムラ欠陥を安定的かつ高精度に検出することを目的として、例えば特許文献２の検査装置が提案された。特許文献２の検査装置は、照明光を被検査体に照射し、周期性パターンによって生じる透過回折光の画像を撮像して検査するというものである。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、ムラ欠陥部では開口部の形状、ピッチが不規則になるため、形状、ピッチに応じて種々の方向に、種々の強さで回折光が生じる。この検査装置では、正常部とムラ欠陥部における回折光強度コントラストの違いから、ムラ欠陥部を検出する。
【００１０】
周期性パターンを持つ被検査体の１つとして例えば撮像装置用のフォトマスクが挙げられるが、フォトマスクは、透明基板上にクロム等の遮光膜やＭｏＳｉ等のハーフトーン膜が設けられ、これが選択的に除去されることで所定のパターンを形成して構成されたものが知られており、半導体回路、撮像デバイス及び表示デバイスなどの製造工程で用いられる。
【００１１】
フォトマスクの製作にはまず、透明基板上に遮光膜（またはハーフトーン膜）を成膜したものにフォトレジストを塗布する。次にフォトレジスト上に描画装置で所定のパターンを描画する。その後、描画したフォトレジスト膜を現像し、描画部か非描画部のどちらか一方を選択的に除去する。現像によって残されたフォトレジスト膜をマスクとして遮光膜にパターン形状をエッチングし、その後残されたフォトレジストを除去することでフォトマスクが完成する。エッチングの手法として、遮光膜に対して腐食性を有す液体を使用するウェットエッチングや、遮光膜に対し腐食性を有す気体によるドライエッチングが挙げられる。
【００１２】
フォトマスクにおいては、パターンを描画する際、一般的に電子ビーム描画装置やレーザビーム描画装置が用いられる。これらのパターン描画装置では、フォトマスク上の所定サイズの領域（描画単位領域）内にあるパターンを描画したら、次の描画単位領域に移ってその中にあるパターンを描画する、というステップアンドリピート方式でフォトマスク全体のパターンを描画する。
【００１３】
フォトマスクの描画工程では、ある描画単位領域と隣接する描画単位領域の境界部分において、数ｎｍオーダーで、ピッチずれ、サイズずれおよび位置ずれといった描画パターンの変動が連続して生じることが知られている。つまり、この描画単位領域の大きさの周期でムラ欠陥が発生する傾向があり、周期性パターン領域におけるムラ欠陥の発生様式、面内分布は、描画単位領域形状に依存するといってもよい。例えば描画単位領域の形状が帯状であった場合には、ムラ欠陥も帯または線が描画単位領域の寸法の周期で規則的に整列した画像が見られることがある。また描画単位領域の形状が矩形であった場合、ムラ欠陥は濃淡のある市松模様に似た画像となって見られることがある。この様にムラ欠陥は人工的な模様として見られることもある。
【００１４】
実際のフォトマスクでは、フォトリソグラフィを行う際にフォトマスクとパターン転写
を行う半導体基板との間で位置合わせを行うための照準となるアライメントパターンをフォトマスク上に設置することがある。またＣＣＤやＣＭＯＳなど撮像装置用のフォトマスク上には信号を取り出すための配線パターンなどが、画素を製造するための周期性パターンの設置された領域の周囲に配置されていることがある。この用なパターンは前述の様な被検査体の表面へその鉛直方向以外から光を当てる場合に、共に光が当たってしまうことがある。これにより被検査領域外のパターンから迷光が生じることとなる。
【００１５】
フォトマスクに設置される配線やアライメントパターンは矩形や直線からなるパターンが多く用いられている。そのためこれらのパターンによって生じる迷光や映り込みも矩形や直線的なパターンとなる。このような映り込みが生じている場合、フォトマスクの描画装置の描画精度の不足によって生じたムラ欠陥が実際に生じているのか、映り込みなのかを判断するのは容易ではない。目視検査であれば作業者の習熟が必要である。またムラ欠陥検査装置による検査の場合は実際のムラ欠陥と映り込みと疑われる欠陥が検出された場所を、他の検査装置や方法によって再度検査・確認することが必要となる。これらの追加となる作業量の低減の為には、映り込みが生じにくい検査装置や検査方法の確立が必要とされる。そのために例えば特許文献３の様な機構が提案されている。
【００１６】
しかしながら特許文献３で示された検査方法では、照明の照射角度や検査可能な領域に制限が加えられる。ムラ欠陥を撮像する場合には照明の角度によって画像のコントラストが大きく変化する。そのために照明の照射角度がフォトマスク内のパターン配置によって制限されると、最もムラ欠陥と正常部とのコントラストが得られる照明の条件を選択できなくなる可能性が危惧される。また仮に被検査体である周期性パターンが同一の単位パターン、同一の周期で設置されていても、周辺のパターン配置によって検査時に許容される照明角度が変化するため、同じ条件での評価が出来なくなるという問題が生じる。また、ムラ欠陥は周期性パターンの被検査領域内のあらゆる場所に生じる可能性を持っており、検査不可能な領域があることは望ましくない。映り込みの発生を抑えると共に被検査体への照明条件の制約を少なくする検査装置や検査方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−１４８２１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８０８４号公報
【特許文献３】特開２００８−２６３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記の様な問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、撮像デバイス用フォトマスクや表示デバイス用フォトマスクのように周期性のあるパターンをもつ被検査体のムラ欠陥を検出するためのムラ検査装置および方法において、映り込みの発生を抑制して、有効な検査範囲の拡大、良好な欠陥の検出が可能な照明角度を選択できるようにすること、また照明角度の制限を減らすことによって、ムラ欠陥と正常部との画像コントラストの向上が期待でき、結果的にムラ検出能力を向上することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため本発明の請求項１は、基板表面に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、前記基板に照明光を複数の照射角度で照射し、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するムラ検査方法であって、前期周期性パターンとそれ以外の周辺パターンとの位置関係と、照明光の照射角度から、映り込みが生じる位置を予測することにより、映り込みが生じない位置で検査することを特徴とする周期性パターン検査方法である。
【００２０】
請求項２は、請求項１に記載の周期性パターン検査方法において、映り込みが生じない複数の条件において撮像した画像領域を組み合わせることによって検査対象の周期性パターンの全体を検査することを特徴とする周期性パターン検査方法である。
【００２１】
請求項３は、検査対象である周期性パターンが設置された基板面に対し、垂直または水平な面内で照明光の照射角度を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の周期性パターン検査方法である。
【００２２】
請求項４は、検査対象である周期性パターンが設置された基板面に対し、垂直な面内および水平な面内で照明光の照射角度を変化させる機構を具備したことを特徴とする周期性パターン検査装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の検査方法、若しくは検査装置によれば、周期性のあるパターン、特に撮像デバイス用フォトマスクや表示デバイス用フォトマスクなどの被検査体の検査において、検出されたムラ欠陥から、映り込みとムラ欠陥とを効率的に弁別することを可能にする。また、映り込みの影響を排除しつつ、周期性パターン部が設置された領域の検査可能領域を拡大することが出来る。さらに、被検査体への照明角度の制限を行わずとも映り込みの発生を排除することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の方法を適用するムラ検査装置の形態の一例を示す概略図
【図２】本発明の方法を適用するムラ検査装置の形態の被検査体保持ステージの一例を示す概略図
【図３】透明な被検査体に屈折率が異なる領域から光が入射した場合の光線の概略図
【図４】周期性パターンの設置された領域に投光した場合の被検査体内部の光線の一例を示す概略図
【図５】異なる照明方向によって被検査体へ投光した場合の、映り込みとムラ欠陥の可視化の一例を示す概略図
【図６】円弧レール３３によって照明角度を変えることによって映り込み位置が変わり、検査可能な領域である、ａとｃがａ’とｃ’に変化することを示す一例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明に係る実施形態の方法を適用するムラ検査装置１の一部を概略的に示した構成図である。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で稼動されることが望ましい。
【００２６】
図１に示すように、本装置は透過照明部３０と、被検査体１０の位置決め動作および基板搬送動作が可能なＸ−Ｙ−θステージ部５２と、被検査体１０と、検査画像を取得する為の撮像部2０と、処理・制御部７０から構成されている。
ここで、被検査体１０の基板面には周期性パターンが形成されている。ここで基板面とは被検査体１０の厚さ方向の一方に位置する面である。
【００２７】
処理・制御部７０は、透過照明部３０、Ｘ−Ｙ−θステージ５２、撮像部２０を構成する機器類の動作制御を行い、撮像部２０および撮像部２０からの出力を画像情報、あるいは信号情報として入力を行い、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７２に表示する。
【００２８】
透過照明部３０では、円弧レール３３が設置されており、円弧レール３３には照明投光
部３１が設けられており、照明装置３５からはライトガイド３６を用いて導光している。円弧レール３３上で照明ヘッド３１を駆動することによって被検査体１０の基板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）。円弧レール３３上のどの位置にあっても照明投光部３１は、Ｘ−Ｙ−θステージ５２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−θステージ５２上の被検査体１０の基板面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。なお、照明投光部３１には平行光学系が設けられている。
【００２９】
図２は図１のＸ−Ｙ−θステージ５２を円弧レール３３側から見たものである。Ｘ−Ｙ−θステージ５２は、被検査体１０を図２のＸ軸方向およびＹ軸方向に平行移動する機能と、被検査体１０をその基板表面と直交する基板面法線周りの回転方向に３６０°回転させる機能を有する（この回転中心の軸をθ軸とする。）。これによって、予め設定した動作手順に従って被検査体１０をＸ軸およびＹ軸方向に駆動する。また、θ軸を中心として被検査体１０を面内回転させることにより、被検査体１０の基板面内への照明照射方向の調整が可能である。
【００３０】
撮像部２０は、カメラ２１、レンズ２２、また透過照明部３０は、照明投光部３１、照明装置３５、ライトガイド３６、照明投光部保持ジグ３４から構成される。被検査体１０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２１により撮像される。なお、照明装置３５により、照明は点灯／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７０により実施される。なお、本実施例ではカメラ２１にはエリアＣＣＤカメラを、レンズ２２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、そして照明装置３５には高輝度スポット型の白色ＬＥＤを用いている。
【００３１】
処理・制御部７０では、情報処理手段７１にて透過照明部３０、Ｘ−Ｙ−θステージ５２、および撮像部２０の動作管理および制御を行う。
【００３２】
撮像部２０にて、被検査体１０を撮像し、原画像を取得する。さらに、周期性パターンが含まれる領域部分を原画像から切り出す処理を実施する。また、切り出した画像を合成する処理を実施する。
【００３３】
上記検査装置５０の構成において周辺パターンから映り込みまでの距離ｄは以下の式（Ａ）で求められる。
【数１】
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ここでｔは被検査基板１０の厚さである。またｎ０は被検査基板外の空間の屈折率、ｎ１は被検査基板の透明基板１１の屈折率である。φは照明投光部３１の照射角度である。φは検査対象の遮光膜面に垂直な方向を０°とする。φ＝９０°のとき、被検査体へＹ軸正方向から被検査体へ投光されることとなる。
【００３４】
検査の対象である周期性パターンと異なる開口部を持つ周辺パターンに照明角度φで投光する場合、この光は被検査体の内外で屈折率が異なるため、透明基板の界面にて角度αで屈折しつつ透明基板へ入射する。この様子を図３に示す。また入射角度と屈折角度の関係式は次の式で示される。
【数２】
2011247804.tif 000004
入射した光は透明基板の裏側へ透過するものもあるが、一部は裏側で反射し、再び遮光膜のある面へ戻ってくる。周辺パターンから映り込みまでの距離ｄは、入射光が基板に入射した位置から、光が基板表面へ反射して戻る位置までの距離である。
【数３】
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上記（１）、（２）式より、前述の式（Ａ）が求められる。
【数４】
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【００３５】
（Ａ）式で得られた距離から、周辺パターンと被検査領域との距離を差し引くことにより、被検査領域の外縁から映り込みまでの距離を求めることが出来る。パターンの情報からこの処理が行われる。情報処理手段７１へパターンの配置情報を入力し、この処理を行っても良い。撮像手段によって得られた画像と、撮像条件から予測された映り込みの位置を比較して、検出されたムラ欠陥が映り込みであるかどうかの判断を下すことができる。
【００３６】
映り込みが生じている際の開口部１４Ａを経由した映り込みを含む回折光４２を図４に示す。図４において点線で示された経路が周辺パターンの開口部１４Ａを経て、周期パターンの設置されている検査対象の遮光膜層１２へ映り込んでいる。この図の位置関係においてカメラ２１で画像を取得すると、検査対象の遮光膜層１２の寸法Ｌのうち、aとｃの領域は映り込みが生じないが、bで示す領域は、開口部１４Ａからの映り込みによりａやｃよりも明るく見える。
【００３７】
図４の状態でカメラ２１を用いて周期性パターンである検査対象の遮光膜層１２を撮像した画像は図５（ａ）の様に見える。この画像は、検査装置により被検査体１０を撮像し、周期性パターンである検査対象の遮光膜層１２の写っている画像領域のみを情報処理手段７１で切り出したものである。ムラ欠陥１５と共に映り込み１６も周期性パターンである検査対象の遮光膜層１２の領域内に写っている。この画像に対しムラ欠陥検出処理を適用すると、ムラ欠陥１５のみならず映り込み１６もムラ欠陥として検出されてしまう。
【００３８】
被検査体１０の検査に適当な投光角度条件で検査を行う際、前述の式（Ａ）により映り込みが生じることが明らかである場合、次の手段によって回避できる。
【００３９】
まず、周期性パターンである検査対象の遮光膜層１２の検査に適当な投光角度φにて画像を取得する。次に、図６に示す円弧レール３３によって、投光角度φを周期性パターンである検査対象の遮光膜層１２の設置された面と鉛直方向を軸として対称な投光方向（φ軸のマイナス側）から投光し、撮像する。この検査方法によれば、映り込みの原因となる周辺パターンと被検査領域との位置関係が変わり、投光角度φで撮像した画像に生じていた映り込み１６が同じ場所に生じなくなる。
【００４０】
しかし例えば図２の様に、検査対象の周期パターンである検査対象の遮光膜層１２の周囲に検査対象外の遮光膜層１３のパターンがあると被検査体１０の配置によっては図５（ｂ）に示す様に映り込み１６が反対側から生じる場合もある。
【００４１】
φ軸のプラス側とマイナス側で撮像した画像には、それぞれ映り込みの生じる領域と生じない領域が異なっている。プラス方向で撮像した画像のうち映り込みの生じない部分６１と、マイナス方向で撮像した画像のうち映り込みの生じない部分６２を抽出し、両者を合成することにより図５（ｃ）の様に映り込み１６を含まない周期性パターンである検査対象の遮光膜層１２全体の画像が得られる。この画像に対してムラ欠陥を検出する画像処理を適用することにより、映り込みをムラ欠陥と誤認することなく一律に周期パターンの検査が可能となる。
【００４２】
また図２に示すＸ−Ｙ−θステージで、θを１８０°回転させることによって被検査体を水平面内で回転させても、映り込みの原因となる周辺パターンと被検査領域との位置関係が変わる。このとき投光角度φは変更することなく、θ＝０°で生じていた映り込み１６が生じなくなる。θ＝０°、θ＝１８０°でそれぞれ得られる画像も図５の（ａ）と（ｂ）と同様の画像となる。これら２枚の画像から図６（ｃ）を合成できる。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の実施例について説明する。
＜実施例１＞
次の被検査体を用意した。１５２ｍｍ×１５２ｍｍの寸法で、厚さ（ｔ）６．３５ｍｍ、屈折率１．４６の合成石英である透明基板の上に、クロムの遮光膜を成膜した。次に遮光膜面にフォトレジストを塗布し、電子線描画装置によって周期性パターン、及び開口部のパターンを描画し、パターンの現像を行なった。現像によって残されたフォトレジスト膜をマスクとして遮光膜にパターン形状をエッチングし、その後残されたフォトレジストを除去して、周期性パターンを持つ遮光膜層を形成した。周期性パターンの周期は１ｍｍ以下で、この周期性パターンの領域の外側に、幅数ｍｍの開口部を設けた。
照明の投光角度φを３０．０度としたとき、映り込みと周期性パターン領域の外縁との距離の予測値は４．４ｍｍと計算された。撮像した画像では、パターン外縁から４．４ｍｍの周期性パターン領域内に映り込みが確認され、計算によって予測した結果と一致した。
【符号の説明】
【００４４】
１０…被検査体
１１…透明基板
１２…検査対象の遮光膜層
１３…検査対象外の遮光膜層
１４Ａ、１４Ｂ…開口部
１５…ムラ欠陥
１６…映り込み
２０…撮像部
２１…カメラ
２２…レンズ
２３…カメラの視野幅
２４…映り込みを含まない領域
２５…映り込みを含む領域
２６…カメラ制御装置
３０…透過照明部
３１…照明投光部
３２…投光方向を変えた照明投光部
３３…円弧レール
３４…照明投光部保持ジグ
３５…照明装置
３６…ライトガイド
４１…遮光膜層からの回折光
４２…映り込みを含む回折光
５０…検査装置
５１…水平面内回転ステージ
５２…Ｘ−Ｙ−θステージ
５５…ステージ動作制御装置
６１…任意の投光方向で撮像した遮光膜層
６２…６１の投光方向と鉛直を軸として対称な投光方向で撮像した遮光膜層
７０…処理・制御部
７１…情報処理手段
７２…情報表示手段
７３…情報入力手段
【図１】
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【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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