(57)【要約】【課題】光学画像受光部の受光面上に照射されたパターン像の焦点合わせを容易にすること。【解決手段】検査対象試料を載置する載置部と、載置部に載置された検査対象試料に照射光を照射する光照射部と、検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、検査対象試料のパターン像の焦点を光学画像受光部に合わせる焦点調整装置と、検査対象試料上にスリット像を形成するスリット像形成装置と、検査対象試料上のスリット像を表示する観察用表示装置と、を備え、観察用表示装置で表示される検査対象試料上のスリット像から、光学画像受光部における検査対象試料のパターン像の焦点を調整する、光学画像取得装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象試料のパターンの光学画像を取得する光学画像取得装置において、
検査対象試料を載置する載置部と、
載置部に載置された検査対象試料に照射光を照射する光照射部と、
検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、
検査対象試料のパターン像の焦点を光学画像受光部に合わせる焦点調整装置と、
検査対象試料上にスリット像を形成するスリット像形成装置と、
検査対象試料上のスリット像を表示する観察用表示装置と、を備え、
観察用表示装置で表示される検査対象試料上のスリット像から、光学画像受光部における検査対象試料のパターン像の焦点を調整する、光学画像取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学画像取得装置において、
スリット像形成装置は、照明部、スリットとハーフミラーを有し、
ハーフミラーを検査対象試料と光学画像受光部間の光路に配置し、スリットから発するスリット像を検査対象試料の面に照射する、光学画像取得装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学画像取得装置において、
検査対象試料と光学画像受光部間の光路に配置し、光路を変更する光路変更ミラーを備え、
観察用表示装置は、光路変更ミラーによって光路が変更したスリット像を受光して、検査対象試料上に形成されたスリット像を表示する、光学画像取得装置。
【請求項４】
検査対象試料のパターンを検査するパターン検査装置において、
検査対象試料を載置する載置部と、
載置部に載置された検査対象試料に照射光を照射する光照射部と、
検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、
検査対象試料のパターン像の焦点を光学画像受光部に合わせる焦点調整装置と、
検査対象試料上にスリット像を形成するスリット像形成装置と、
検査対象試料上のスリット像を表示する観察用表示装置と、
光学画像を記憶する光学画像記憶部と、
基準画像を記憶する基準画像記憶部と、
光学画像と基準画像を比較処理する比較処理部と、を備え、
観察用表示装置で表示される検査対象試料上のスリット像から、光学画像受光部における検査対象試料のパターン像の焦点を調整する、パターン検査装置。
【請求項５】
検査対象試料のパターンの光学画像を取得する光学画像取得方法において、
検査対象試料にスリット像を形成するスリット像形成ステップと、
検査対象試料に照射光を照射し、光学画像受光部に検査対象試料のパターンを形成する光学画像取得ステップと、
検査対象試料上のスリット像を表示するスリット像表示ステップと、
スリット像を表示して、検査対象試料のパターン像の焦点を調整する焦点調整ステップと、を備えている、光学画像取得方法。
【請求項６】
検査対象試料のパターンを検査するパターン検査方法において、
検査対象試料にスリット像を形成するスリット像形成ステップと、
検査対象試料に照射光を照射し、光学画像受光部に検査対象試料のパターンを形成する光学画像取得ステップと、
検査対象試料上のスリット像を表示するスリット像表示ステップと、
スリット像を表示して、検査対象試料のパターン像の焦点を調整する焦点調整ステップと、
光学画像と基準画像を比較処理する比較処理ステップと、を備える、パターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクなどの検査対象試料上に作成されたパターンから光学画像を取得する光学画像取得装置、光学画像取得方法、パターンの欠陥を検査するパターン検査装置、及び、パターン検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パターン検査装置においては、ランプや連続発振レーザなどの光源から発した連続光を照射光学系を通してレチクルやマスク等の検査対象試料へ導き、その検査対象試料を照射する。ここで、照射光は、検査対象試料上の限られた領域をスポット状あるいは矩形状に照射する。このスポット状あるいは矩形状に照射された領域からの照射光は、結像光学系を通して集光され、ＣＣＤあるいはＴＤＩ等の光学画像受光部の受光面上に照射する。これにより、検査対象試料の照射領域のパターン像は、光学画像受光部の受光面上に形成される。光学画像受光部からの光電検出信号（画像情報）は、画像処理系に入力される。その画像処理系は、検査対象試料の欠陥検出のための画像処理を行う。しかし、近年、半導体製造用マスクなどの回路パターンは、年々微細化しており、パターン検査装置に要求される分解能も厳しくなってきている。そこで、分解能を向上する為に、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が行われている。そのため、高ＮＡ化による焦点深度の低下が生じて、光学画像受光部の受光面上に焦点を合わせる自動焦点機構（オートフォーカス機能）に対する要求精度が厳しくなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
（１）本発明は、光学画像受光部の受光面上に照射されたパターン像の焦点合わせを容易に行えるようにすることにある。
（２）又は、本発明は、高精度な自動焦点機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明は、検査対象試料のパターンの光学画像を取得する光学画像取得装置において、検査対象試料を載置する載置部と、載置部に載置された検査対象試料に照射光を照射する光照射部と、検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、検査対象試料のパターン像の焦点を光学画像受光部に合わせる焦点調整装置と、検査対象試料上にスリット像を形成するスリット像形成装置と、検査対象試料上のスリット像を表示する観察用表示装置と、を備え、観察用表示装置で表示される検査対象試料上のスリット像から、光学画像受光部における検査対象試料のパターン像の焦点を調整する、光学画像取得装置にある。
（２）また、本発明は、検査対象試料のパターンを検査するパターン検査装置において、検査対象試料を載置する載置部と、載置部に載置された検査対象試料に照射光を照射する光照射部と、検査対象試料に照射された照射光を受光する光学画像受光部と、検査対象試料のパターン像の焦点を光学画像受光部に合わせる焦点調整装置と、検査対象試料上にスリット像を形成するスリット像形成装置と、検査対象試料上のスリット像を表示する観察用表示装置と、光学画像を記憶する光学画像記憶部と、基準画像を記憶する基準画像記憶部と、光学画像と基準画像を比較処理する比較処理部と、を備え、観察用表示装置で表示される検査対象試料上のスリット像から、光学画像受光部における検査対象試料のパターン像の焦点を調整する、パターン検査装置にある。
（３）また、本発明は、検査対象試料のパターンの光学画像を取得する光学画像取得方法において、検査対象試料にスリット像を形成するスリット像形成ステップと、検査対象試料に照射光を照射し、光学画像受光部に検査対象試料のパターンを形成する光学画像取得ステップと、検査対象試料上のスリット像を表示するスリット像表示ステップと、スリット像を表示して、検査対象試料のパターン像の焦点を調整する焦点調整ステップと、を備えている、光学画像取得方法にある。
（４）また、本発明は、検査対象試料のパターンを検査するパターン検査方法において、検査対象試料にスリット像を形成するスリット像形成ステップと、検査対象試料に照射光を照射し、光学画像受光部に検査対象試料のパターンを形成する光学画像取得ステップと、検査対象試料上のスリット像を表示するスリット像表示ステップと、スリット像を表示して、検査対象試料のパターン像の焦点を調整する焦点調整ステップと、光学画像と基準画像を比較処理する比較処理ステップと、を備える、パターン検査方法にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態によるパターン検査装置、光学画像取得装置、パターン検査方法、光学画像取得方法について説明する。
【０００６】
（パターン検査装置の概要）
パターン検査装置は、検査対象試料に形成されたパターンの欠陥を検査するものである。パターン検査装置は、光学画像取得装置を備えている。光学画像取得装置は、検査対象試料に形成されたパターンに光を照射し、パターンを光学画像として取得するものである。検査対象試料は、微細な回路パターンをウエハやガラス等の感光性基板上に焼き付け転写するためのレチクルやフォトマスク等の原版、或いは、レチクルやマスク等の原版上のパターンが転写されたウエハやガラス等の基板である。パターン検査装置は、これらの原版又は基板の欠陥を調べるものである。
【０００７】
図１は、パターン検査装置のブロック構成を示している。パターン検査装置は、光照射部４０、載置部４４、スリット像形成装置２０、観察用表示装置３０、自動焦点調整装置７０、光学画像受光部６２、光学画像を記憶する光学画像記憶部６４と、基準画像を作成する基準画像作成部８０、基準画像を記憶する基準画像記憶部８２、光学画像と基準画像を比較処理する比較処理部１５６などを備えている。光照射部４０、載置部４４、スリット像形成装置２０、観察用表示装置３０、自動焦点調整装置７０、光学画像受光部６２、光学画像記憶部６４は、光学画像取得装置を構成している。光学画像取得装置は、自動焦点調整装置７０により、光学画像受光部６２に照射されたパターン像の焦点を自動的に合わせるものである。また、光学画像取得装置は、スリット像を検査対象試料のパターン面に形成し、そのスリット像を観察用表示装置３０で表示する。観察用表示装置３０によりスリット像を直接観察できるので、焦点合わせの状態を的確に確認することができる。これにより、光学画像取得装置は、検査対象試料のパターンの光学画像を容易に取得することができる。なお、焦点調整装置として、以下、自動焦点調整装置（オートフォーカス装置）７０について説明するが、手動で調整する焦点調整装置でもよい。
【０００８】
パターン検査装置は、光学画像取得装置と共に、データ処理装置を備え、光学画像と基準画像とを比較処理して、検査対象試料に描画されたパターンの欠陥を検査する。ここで、基準画像は、ＤＢ比較（ｄｉｅ−ｄａｔａｂａｓｅ比較）のための参照画像、又は、ＤＤ比較（ｄｉｅ−ｄｉｅ比較）のための光学画像がある。データ処理装置は、検査対象試料を載置する載置部を２次元移動と光学画像の取り込み（光学画像受光部６２による光電検出信号の取り込み）と同期させて画像処理を行うことにより、検査対象試料の２次元的な光学画像を得ることができる。ここで、検査対象試料の良否を判定するために基準画像は、データ処理装置の内部に設けられた記憶装置に格納されており、比較処理部１５６によって、光学画像と基準画像とを比較検査することによって、検査対象試料に生じている傷、欠陥、ゴミ等の異物等を発見することができる。そして、データ処理装置の内部の比較処理部からの比較判定結果がＣＲＴモニター等の表示装置に表示される。
【０００９】
（光学画像取得装置）
図２は、光学画像取得装置の例を示している。光学画像取得装置は、光照射部４０、検査対象試料を載置する載置部４４、結像光学系、スリット像形成装置２０、観察用表示装置３０、光学画像受光部６２、自動焦点調整装置７０などを備えている。結像光学系は、検査対象試料１０のパターン１２の像１４を光学画像受光部６２に結像するものであり、対物レンズの第１レンズ４６、チューブの第２レンズ４８、コリメータの第３レンズ５０、結像レンズの第４レンズ５２などを備えている。スリット像形成装置２０は、スリット２６の像２８を検査対象試料１０のパターン形成面に形成するものであり、照明部２２、スリット用基板２４、スリット２６、反射チューブなどの第５レンズ５４、ハーフミラー５８などを備えている。観察用表示装置３０は、スリット像２８を観察するために表示するものであり、カメラ３２、第６レンズ５６、光路変更ミラー６０などを備えている。光路変更ミラー６０は、ハーフミラーを用いても、又は、通常のミラーを配置し、観察の度に回転して光路を変更しても良い。光学画像受光部６２は、検査対象試料のパターン１２のパターン像１４を受光して、光学画像をバッファメモリなどの光学画像記憶部６４に送信するものである。自動焦点調整装置７０は、光学画像受光部６２に照射されたパターン像１４の焦点を自動で合わせるものであり、光学画像受光部６２の前段に配置された検出スリットＦ７４、後段に配置された検出スリットＲ７６、載置部４４を移動する微動装置７２、位置調整装置７８などを備えている。微動装置７２は、載置部４４を光軸に沿って微動させるものである。位置調整装置７８は、光学画像受光部６２、検出スリットＦ７４、検出スリットＲ７６の位置を調整して、検査対象試料１０のパターン１２とスリット２６のパターンが光学画像受光部６２で焦点が合うように調整する。なお、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６には、各々、図示していないが、光量を検出する光量検出素子が配置されている。
【００１０】
詳しくは、光学画像取得装置は、光照射部４０からスポット状、矩形状など種々の形状の照射光４２を検査対象試料１０に照射する。照射光４２は、検査対象試料１０のパターン１２に照射され、パターン像１４として出力される。パターン像１４は、レンズ４６、４８、５０、５２からなる結像光学系を通して、光学画像受光部６２に照射される。また、パターン像１４は、光路変更ミラー６０により光路が変更され、レンズ５６を通り、カメラ３２に照射される。
【００１１】
スリット像２８の形成については、照明部２２からの照明光２３をスリット用基板２４に照射する。照明光２３は、スリット２６を通り、スリット像２８となる。スリット像２８は、第５レンズ５４を通り、ハーフミラー５８で反射し、第１レンズ４６を通り、検査対象試料１０のパターン１２の面に投影される。
【００１２】
検査対象試料１０に投影されたスリット像２８は、結像光学系の第１レンズ４６、第２レンズ４８、第３レンズ５０を通り、光路変更ミラー６０により光路が変更される。変更されたスリット像２８ｅは、第６レンズ５６を通り、カメラ３２に照射される。図３（Ｂ）は、カメラ３２の表示部３４に表示された画像であり、検査対象試料１０のパターン像１４とスリット像２８を示している。図３（Ａ）には、スリット用基板２４に形成されたスリット２６を示している。スリット２６は、検査対象試料１０のパターン１２に重ならないように隅部に位置している。このように観察用表示装置３０を設けることにより、スリット像２８を容易に観察することができる。
【００１３】
また、検査対象試料１０に投影されたスリット像２８は、結像光学系を通り、更に、検出スリットＦ７４、検出スリットＲ７６を通過する。検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６において、各々、スリット像２８の光量が計測される。これらの光量の差に応じて、自動的に焦点（ピント）が合わされる。この自動焦点機構は、スリット像を用いた共焦点方式である。スリット像２８の光学画像受光部６２の前後のピント位置における光量を検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６により規定して、図示していない光量検出素子により測定する。検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６を透過した光量バランスに基づき、光学画像受光部６２のピント位置を算出する。例えば、焦点位置が検出スリットＦ７４側にある場合、検出スリットＦ７４で検出する光量が、検出スリットＲ７６で検出する光量より多くなる。逆に、焦点位置が検出スリットＲ７６側にある場合、検出スリットＦ７４で検出する光量が、検出スリットＲ７６で検出する光量より少なくなる。焦点があった場合、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６で検出する光量が等しくなる。このようにして、自動で又は手動で焦点をあわせることができる。この焦点調整は、微動装置７２で行うことができる。微動装置７２は、載置部４４が検査対象試料１０のパターン１２と光学画像受光部６２との光軸に沿って移動できるように配置される。この焦点調整は、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６の信号の特性を見ながら微動装置７２を微動操作して、検査対象試料１０のパターン１２の光軸上の最適位置を算出する。この際、観察用表示装置３０に表示されているスリット像２８を直接、観察することで、焦点合わせを容易に、高精度に行うことができる。このスリット像２８の鮮明度を観察して焦点合わせをする。また、焦点調整は、光学画像受光部６２の画質を測定することにより決定する。
【００１４】
（パターン検査装置の全体構成）
図４は、パターン検査装置１００の全体構成を示している。パターン検査装置１００は、光学画像取得装置１１０とデータ処理装置１３０を備えている。光学画像取得装置１１０とデータ処理装置１３０とは、明確に区別する必要はなく、各構成要素を共有にすることができる。光学画像取得装置１１０は、オートローダ１１２、光源１１４、照射光学系１１６、レーザ測長システム１１８、ＸＹθテーブルなどの載置部４４、θモータ１２０、Ｘモータ１２２、Ｙモータ１２４、結像光学系１２６、ＣＣＤ、ＴＤＩやフォトダイオードアレイなど光電検出素子を有する光学画像受光装置６２、バッファメモリなどを有するセンサ回路１２８などを備えている。光照射部４０は、光源１１４と照射光学系１１６により構成することができる。
【００１５】
光学画像受光装置６２で取得された光学画像は、センサ回路１２８内のバッファメモリ、主記憶装置１３４、大容量記憶装置１３６などの記憶装置の光学画像記憶部６４に記憶される。光学画像受光部６２上に結像されたパターン像は、光学画像受光部６２によって光電変換され、更にセンサ回路１２８によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。なお、取得された光学画像は、透過光による透過画像を用いているが、反射光を用いた反射画像、又は、散乱画像、偏光散乱画像、偏光透過画像、位相強調画像反射光などを用いても良い。
【００１６】
データ処理装置１３０は、中央演算処理部１３２、バス１４２、バス１４２に接続された主記憶装置１３４、大容量記憶装置１３６、表示装置１３８、印刷装置１４０、オートローダ制御部１４４、載置部４４を制御するテーブル制御部１４６、データベース１４８、データベース作成部１５０、展開部１５２、展開部１５２から設計データのパターンデータを受信すると共に、センサ回路１２８から光学画像を受信し、参照画像を作成する参照部１５４、センサ回路１２８から光学画像を受信し、参照部１５４から参照画像を受信し、光学画像と参照画像を比較処理する比較処理部１５６、レーザ測長システム１１８から載置部４４の位置信号を受信する位置測定部１５８などを備えている。なお、パターン検査装置１００は、電子回路、プログラム、又は、これらの組み合わせにより構成できる。
【００１７】
（基準画像作成部）
基準画像作成部８２は、参照画像、又は光学画像取得装置１１０で取得した光学画像を基準画像として作成するものである。参照画像を作成する基準画像作成部８０は、検査対象試料１０の設計データに対して種々の変換を行い、光学画像に似せた画像である参照画像を作成する。詳しくは、参照画像の基準画像作成部８２は、図４に示すような展開部１５２と参照部１５４で構成することができる。展開部１５２は、検査対象試料の画像の設計データを大容量記憶装置１３６から中央演算処理部１３２を通して読み出し、イメージデータに変換する。参照部１５４は、展開部１５２からイメージデータを受け取り、図形の角を丸めたり、多少ボカしたりして、光学画像に似せる処理を行い、参照画像を作成する。また、基準画像の光学画像を作成する基準画像作成部８２は、光学画像取得装置１１０で取得した、例えば高精度の光学画像を比較処理が容易になるように基準画像記憶部８２に格納して、基準画像とする。
【００１８】
（パターン検査方法）
図５は、パターン検査方法の流れ図を示している。パターン検査方法は、光学画像取得方法で取得した光学画像と基準画像作成部で作製した基準画像とを比較処理部で比較して、検査対象試料１０のパターン検査を行う。光学画像取得方法は、先ず、検査対象試料１０を載置部４４に載置する（載置ステップ：Ｓ１）。次に、光照射部４０により照射光４２を検査対象試料１０に照射する（照射ステップ：Ｓ２）。同時に、スリット像形成装置２０において、照明部２２によりスリット用基板２４に照明光２３を照射する。照明光２３は、スリット基板２４のスリット２６を通り、スリット像２８ａとして生成される。生成されたスリット像２８ａは、第５レンズ５４を通り、ハーフミラー５８で反射して、第１レンズ４６を通り、検査対象試料１０のパターン面に照射される（スリット像形成ステップ：Ｓ３）。検査対象試料１０のスリット像２８は、結像光学系を通り、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６を通過する。スリット像２８は、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６に配置された光量検出素子により光量が測定される。自動焦点調整装置７０は、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６を透過した光量バランスに基づき、光学画像受光部６２のスリット像２８の焦点位置を算出する。そのために、微動装置７２により検査対象試料１０の位置を移動して、焦点合わせを行う（焦点調整ステップ：Ｓ４）。それと共に、検査対象試料のスリット像２８は、結像光学系を通り、光路変更ミラー６０で反射し、第６レンズ５６を通り、カメラ３２に入射して、カメラの表示部３４に表示される（スリット像表示ステップ：Ｓ５）。スリット像２８の焦点が合っていない場合、焦点調整ステップ（Ｓ４）に戻り、検出スリットＦ７４と検出スリットＲ７６の光量の信号の特性を見ながら焦点を調整する。焦点が合うと、光学画像受光部６２に入力された検査対象試料１０のパターン像１４は、光学画像として取得される（光学画像取得ステップ：Ｓ６）。取得された光学画像は、光学画像記憶部６４に入力される（光学画像記憶ステップ：Ｓ７）。パターン検査方法は、基準画像を作成する（基準画像作成ステップ：Ｓ８）。基準画像は、基準画像記憶装置に入力される（基準画像記憶ステップ：Ｓ９）。光学画像と基準画像は、比較処理されて、適切なパターン検査が行われる（比較処理ステップ：Ｓ１０）。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】パターン検査装置のブロック図
【図２】光学画像取得装置の構成を示す説明図
【図３】観察用表示装置に表示されたスリット像とパターン像の図
【図４】パターン検査装置の全体構成を示す説明図
【図５】パターン検査方法のフロー図
【符号の説明】
【００２０】
１０・・検査対象試料
１４・・パターン像
２０・・スリット像形成装置
２４・・スリット用基板
２８・・スリット像
３０・・観察用表示装置
３２・・カメラ
４０・・光照射部
６０・・光路変更ミラー
６２・・光学画像受光部
６４・・光学画像記憶装置
７０・・自動焦点調整装置
７２・・微動装置
１００・パターン検査装置
１１０・光学画像取得装置
１１６・照射光学系
１１８・レーザ測長システム
１２６・結像光学系
１２８・センサ回路
１３０・データ処理装置
１３４・主記憶装置
１３６・大容量記憶装置
１４２・バス
１４６・テーブル制御部
１５２・展開部
１５４・参照部
１５６・位置測定部
【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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