(57)【要約】【課題】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様に周期性のあるパターンを持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の照明照射条件の最適化を課題とする。【解決手段】基板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異なる複数の照射角度で照射し、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、パターン形状から周期成分を抽出し、被検査体である周期性パターンの最適な検査条件を算出する。【選択図】図５
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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周期性パターン検査方法であって、少なくとも、
前記周期性パターンに含まれる全ての周期（Ｐk、kは整数）を検出し記憶する周期検出工程と、
前記周期性パターンが含まれる平面（以後、パターン面と略す。）に含まれ、且つ前記パターン面に垂直な、検査装置の投光部が円弧レール上を移動する平面（以後、円弧レール面と略す。）が含まれるように設定したＹ軸と前記Ｐkの方向が成す角度θkを求め記憶するピッチ角度算出工程と、
前記Ｐkに対して下記の式（１）を用いてＰkによって生じる回折光の回折角φｍ（ｍは整数。）を算出し記憶する回折角算出工程と、
【数３】
2013076651.tif 000005
前記周期検出工程で求めたPｋに対して、前記ピッチ角度算出工程と前記回折角算出工程とで求めたθkとφｍを使用して前記検査装置を設定し、全てのφｍに対して画像を取得する画像撮影工程と、
前記画像撮影工程が終了後、全てのPｋに対して前記ピッチ角度算出工程と前記回折角算出工程と前記画像撮影工程を繰り返し実施する繰り返し実施工程とから成り、
前記周期検出工程は、周期性パターンを二次元フーリエ変換による画像処理を適用して周期を抽出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】
周期検出工程とピッチ角度算出工程において、水平な面内で照明光の照射角度を変化させる事を特徴とする請求項１に記載の周期性パターン検査方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の周期性パターン検査方法に使用する周期性パターン検査装置であって、少なくとも、
被検査体を載置するＸ−Ｙ−θステージと、
前記被検査体に照明光を照射する照明部と、
前記被検査体に照明光が照射されることで得られる像を捉える撮像部と、
前記Ｘ−Ｙ−θステージと前記照明部と前記撮像部を制御し、必要な情報を入力し、得られた画像を表示する処理・制御部とからなり、
前記照明部は、少なくとも投光部と前記投光部を円弧状に移動可能とする円弧レールと
前記投光部の光源に電力を供給する光源装置とからなり、水平な面内で前記投光部から発せられる照明光の照射角度を変化させる機構を具備した事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単位パターンが一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やブラックマトリクスなどが挙げられる。
【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、個々の単位パターンの形状や寸法、単位パターン間の周期に異常が発生しているとき、ムラ欠陥として観察される。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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必ずしも大きいとは限らず、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
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。
【００１０】
この様な従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱からムラ欠陥を検出する方法では限界がある。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。
【００１１】
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に開示されている検査装置が提案された。特許文献２に開示されている検査装置は、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のコントラストの違いから、ムラ欠陥部を検出する。特許文献３に開示されている検査装置は、反射光を用いているが、特許文献２に開示されている技術と同様である。
【００１２】
また、フォトマスクに描画されるパターンは、その用途によって単位パターンの形状、寸法、周期が異なる。単位パターンの形状が異なると、回折される光の強度も変化する。特許文献２に開示されている検査装置においては、例えば同じ照明光源を用いて周期が１マイクロメートルのパターンの画像を取得する場合と、周期が１０マイクロメートルのパターンの画像を取得する場合とでは、同じ照明条件であったとしても、光が回折される方向が異なる為に、観察者（もしくはカメラなどの画像取得装置）に到達する光の量は異なる。更に、ムラ欠陥の可視化に最適な照明条件もパターンによって異なる。
【００１３】
また、照明の条件として、光量の他に光の照射方向も回折現象を利用したムラ検査方法においては重要な影響をもつ。光を照射する方向として、被検査体のパターンが描画された面に対して、平行な面内の回転と、垂直な面内の回転が定義される。前者は、被検査体のパターンが描画された面内に任意に定義したＸ軸と成す角度θ、後者は、被検査体のパターンが描画された面に垂直で、被検査体のパターンが描画された面の回転中心を通る軸（θ軸）と成す角度をφ、と呼ぶ。
【００１４】
周期性パターンによる回折現象は、パターンの周期によって光の回折角が変化する。回折角を簡易的に算出する手段としては、パターン形状の周期から式（１）に従って回折次数に応じた回折角を求める方法が知られている。
【数１】
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式（１）によって光の回折方向を予測し、検査条件の最適化を図る事が可能となる。ここで、dはパターンの周期、ｍは回折次数、φは次数ｍにおける回折角、λは波長、を示す。（φは、θ軸と成す角度φ、と同じものである。）
【００１５】
しかし、単位パターンの形状や欠陥の種類、ずれ量によっては投光部３１から入射する照明光がパターンが形成された面内でＸ軸と成す角度θを変える事で、同程度のパターンの寸法ずれによるムラ欠陥であっても、欠陥の可視化の度合いが変化する事が知られている。特許文献４にはこの現象のリスクに対して、複数の照明照射角度を適用する事によって、ムラ欠陥の見逃しのリスクの低減を図る技術が開示されている。
【００１６】
照明の角度によるムラ欠陥可視化度合いの変化が生じる原因の１つは、θを変える事で回折現象を生じるパターンの配列方向と照明の照射方向との相対位置が変化する事である。回折現象に支配的な影響を与えるのは、周期性パターンの中で、照明光の照射方向と同じ方向に存在する周期成分である。パターンと照明光との位置関係の変化により、回折に影響を及ぼすパターンの周期成分も変化する為、回折光の挙動が変わり、ムラ欠陥の視認性が変化する為である。例えば単位パターンの周期が縦横方向に等しい正方形形状である場合には、θ＝０°と、パターンを回転させてθ＝９０°とした場合では理論的には等価である。しかし単位パターンの周期が異なる、例えば長方形の場合には、単位パターンの長辺の伸びる方向に沿って照明を照射した場合と、短辺に沿って照明を照射した場合とでは、パターンへ照射される照明の方向によって、回折現象に対して支配的なパターン周期の成分が異なる。この場合、式（１）を適用するに当たり、θによってdの値を長辺方向や短辺方向の周期にする事によって、回折角度を算出する必要が生じる。
【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
【特許文献４】特開２００９‐１５６６１８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、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様に周期性のあるパターンを持つ被検査体のムラ欠陥を高感度且つ高精度に検出するための周期性パターン検査方法および周期性パターン検査装置を提供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周期性パターン検査方法であって、少なくとも、
前記周期性パターンに含まれる全ての周期（Ｐk、kは整数）を検出し記憶する周期検出工程と、
前記周期性パターンが含まれる平面（以後、パターン面と略す。）に含まれ、且つ前記パターン面に垂直な、検査装置の投光部が円弧レール上を移動する平面（以後、円弧レール面と略す。）が含まれるように設定したＹ軸と前記Ｐkの方向が成す角度θkを求め記憶するピッチ角度算出工程と、
前記Ｐkに対して下記の式（１）を用いてＰkによって生じる回折光の回折角φｍ（ｍは整数。）を算出し記憶する回折角算出工程と、
【数２】
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前記周期検出工程で求めたPｋに対して、前記ピッチ角度算出工程と前記回折角算出工程とで求めたθkとφｍを使用して前記検査装置を設定し、全てのφｍに対して画像を取得する画像撮影工程と、
前記画像撮影工程が終了後、全てのPｋに対して前記ピッチ角度算出工程と前記回折角
算出工程と前記画像撮影工程を繰り返し実施する繰り返し実施工程とから成り、
前記周期検出工程は、周期性パターンを二次元フーリエ変換による画像処理を適用して周期を抽出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】
また請求項２は、周期検出工程とピッチ角度算出工程において、水平な面内で照明光の照射角度を変化させる事を特徴とする請求項１に記載の周期性パターン検査方法である。
【００２１】
また請求項３は、請求項１または２に記載の周期性パターン検査方法に使用する周期性パターン検査装置であって、少なくとも、
被検査体を載置するＸ−Ｙ−θステージと、
前記被検査体に照明光を照射する照明部と、
前記被検査体に照明光が照射されることで得られる像を捉える撮像部と、
前記Ｘ−Ｙ−θステージと前記照明部と前記撮像部を制御し、必要な情報を入力し、得られた画像を表示する処理・制御部とからなり、
前記照明部は、少なくとも投光部と前記投光部を円弧状に移動可能とする円弧レールと
前記投光部の光源に電力を供給する光源装置とからなり、水平な面内で前記投光部から発せられる照明光の照射角度を変化させる機構を具備した事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】
【００２２】
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、ムラ欠陥の検出を高感度且つ高精度に実施することを可能にする。
また、照明条件導出の効率化により画像取得時間、即ち検査時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の周期性パターン検査方法を適用する周期性パターン検査装置の一形態の概略図
【図２】本発明の周期性パターン検査方法を適用する周期性パターン検査装置の一形態の被検査体保持ステージの一例を示す概略図
【図３】本発明の周期性パターン検査方法を適用する被検査体上の周期性パターンの一例を示す概略図
【図４】図３に示した被検査体上の周期性パターンの例を回転させた場合の位置関係を示す概略図
【図５】ある被検査領域Ａの検査条件候補を全て検査するプロセスの一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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５０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。
【００２５】
図１に示すように、本装置は検査画像を取得する為の撮像部２０と、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、処理・制御部７０から構成されている。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。
【００２６】
図２は図１のＸ−Ｙ−θステージ５２をカメラ２２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。
【００２７】
撮像部２０は、カメラ２１、カメラ用レンズ２２から構成される。撮像部２０にて、被検査体１０を撮像し、被検査体の画像データを取得する。
【００２８】
照明部３０では、カメラ２１の光軸方向に円弧の中心が位置する円弧レール３３が設置されている。円弧レール３３には照明投光部３１が設けられており、光源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上で照明投光部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φの変更を可能とする。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照射が可能となっている。照明投光部３１には平行光学系が設けられている、また、照明光の波長域を変化させる機構を具備する場合もある。
【００２９】
処理・制御部７０は、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。
【００３０】
図１では撮像部２０と照明部３０被検査体１０の基板を挟んで配置され、透過回折光をカメラで画像取得する構成となっているが、撮像部２０と照明部３０が被検査体１０の同一表面側に配置された反射回折光による画像取得を行う場合も同様である。
【００３１】
図３に、本発明の方法を適用する被検査体上のパターンの一例を示す概略図を示す。図３の左側には、図３の右側に示したパターンを構成している単位パターン１６を示している。黒色部が遮光膜で形成された領域１５で、白色部は遮光膜が取り除かれた領域である開口部１４である。図中のＸ、Ｙ座標はＸ−Ｙ−θステージ５２と同じ方向を指し示している。Ｘ方向の周期はＰｉｔｃｈ Ｘ、Ｙ方向の周期はＰｉｔｃｈ Ｙで示される。ただし、単位パターン間の周期としては、Ｐｉｔｃｈ Ｘ、Ｐｉｔｃｈ Ｙ（Ｐ１と等しい）以外にも、斜め方向に伸びるパターンの周期であるＰ２、パターンの特徴点同士を結んだ線と垂直なＰ３も、このパターンから抽出できる周期の１つである。
【００３２】
ある被検査領域の単位パターンから求められるこれらの周期成分は、被検査体に照明光を照射した際に、条件が揃うと回折光強度の極大を生じさせる。但しその回折現象への寄与の割合は、角度θの変化に伴って変化する。
【００３３】
図１に示す検査装置によって図３の右側のパターンを有す被検査体の検査を行う場合には、照明角度φの変化する面は、Ｙ軸を含むように設定してある。Ｘ−Ｙ−θステージ５２のθが０°の場合に、回折光の挙動を決めるのに当たり、Ｐ１の周期が支配的である。同様にθ＝θ２、θ＝θ３、の場合にはそれぞれＰ２、Ｐ３の周期が支配的となる。パターン形状から求められた周期Ｐ１〜Ｐ３によって式（１）から複数次数の回折角度φが算出される。このθとφの組合せの照明条件で画像取得を行うと、ムラ欠陥部分の画像輝度コントラストの高い画像、即ちムラ欠陥の可視化に最適な照明条件による検査画像が得られる。
【００３４】
本発明の適用形態の一例を図５に示す。図５はある被検査領域Ａの検査条件候補を全て検査する為のプロセスのフローチャートである。初めに、ある被検査領域Ａに含まれる周期成分Ｐｋ（周期成分のｋ番目のピッチ）を求める。ここで、例えば図３の右側に示す様なパターンレイアウトに２次元フーリエ変換による画像処理を適用して、周期成分を抽出しても良い。周期成分の抽出の後、その周期の方向とＸ―Ｙ―θステージのＹ軸との為す角度θｋを算出する。Ｐｋに対して式（１）を適用し、Ｐｋのパターンによる回折光の回折角φｍを求める。ここまでに求めたθおよびφを用いて被検査体に検査用照明光を照射する。例えば図３に示すパターンを有する被検査体を図１および図２に示す機構で検査する場合、透明基板の保持ジグ５１をθｋだけ反時計回りに回転させる。例えば図３に示すＰ２の周期成分によるパターン検査を行う場合には、図４の様にパターン、即ち被検査体を回転させる。またφの変更は、円弧レール３３に沿って投光部３１をφｍだけ回転させる事によって実施する。Ｐｋに対し式（１）によって算出される全てのφを用いて画像を取得し、欠陥部の抽出処理を行った後、次の周期成分Ｐｋ＋１に対しても同様の処理を適用する。
【００３５】
従来は２方向の照明角度θとφとがあり、これら角度による照明条件の中から最もムラ欠陥の検査に適する条件を導出する為には、装置によって実現可能な照明条件の組合せの全てで画像取得および検査を実施する必要があったが、図５に示すフローチャートを実施する事によって、ムラ欠陥検査に適する条件導出に必要な照明条件の組合せの数を削減する事が出来る。
【００３６】
図５に示したフローチャートは、ある被検査体１０に含まれる、検査対象領域１２（仮にＡとする）の検査処理の工程を示す。初めに検査対象領域Ａの単位パターンに含まれる周期成分を求める。周期成分の計数を、変数ｋによって行う。仮に求められた周期成分の個数がＮ通りだけあるとする。それぞれＰ１、Ｐ２、・・・、Ｐｋ、・・・Ｐｎと呼ぶ。次にある周期成分Ｐｋについて、周期の方向とＸ−Ｙ−θステージのＹ軸との為す角度をθｋとし、これを求める。次にある周期成分Ｐｋについて、式（１）を適用して算出される回折光の回折次数の計数を、変数ｍによって行う。回折次数ｍの時の回折角度をφｍとする。以上の様にして得られた照明条件である、θｋを実現する様にＸ−Ｙ−θステージを回転させる。また、照明角度φｍとなるように、照明の位置を変更する。この条件で被検査領域１２に照明を当て、カメラで観察した際に、撮像に適当な画像輝度になるまで光源の出力光量を調整した後、カメラによる画像取得を行う。画像から、処理部７０によって欠陥部の検出を行う。全てのθ、φの組み合わせに対して撮像を行うまで上記を繰り返し、最適な検査条件の導出を行う。
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・被検査体
１２・・・検査対象である周期性パターンが形成された領域
１３・・・検査対象ではないパターンが形成された領域
１４・・・開口部
１５・・・遮光膜
１６・・・単位パターン
２０・・・撮像部
２１・・・カメラ
２２・・・カメラ用レンズ
３０・・・照明部
３１・・・投光部
３３・・・円弧レール
３４・・・照明投光部保持ジグ
３５・・・光源装置
３６・・・ライトガイド
５０・・・検査装置
５１・・・透明基板の保持ジグ
５２・・・Ｘ−Ｙ−θステージ
５５・・・ステージ動作制御装置
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】
2013076651.tif 000009
【図５】
2013076651.tif 000010