JP2006018054A

JP2006018054A - マスク検査装置およびマスク検査方法

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Publication number: JP2006018054A
Application number: JP2004196214A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kurita; 修一栗田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】マスクに発生するスジ状の欠陥を定量的に判断し、精度の高いマスク欠陥検査を行うこと。
【解決手段】本発明は、所定のパターンが形成されたマスクＭを透過するもしくは反射する光を取得してマスクＭの欠陥を検査するマスク検査装置１において、マスクＭのパターンにおける最小線幅よりも長い波長の光をマスクＭに照射する光源１１と、光源１１から出射された光のマスクＭによる透過光もしくは反射光を取得するラインセンサー１２と、ラインセンサー１２で取得した透過光もしくは反射光の強度値を、マスクＭの検査領域をマトリクス状に分割したセル毎に求め、各セルでの強度値を用いた演算を行う演算部１３とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定のパターンが形成されたマスクのスジ状の欠陥を検査するマスク検査装置およびマスク検査方法に関する。

映像系デバイス（ＣＣＤ，ＬＣＤ，ＣＭＯＳセンサーなど）では、微細な開口が繰り返し配列された周期性パターンで形成されている。このような製品では、デバイス製造段階において、デバイス上にムラが発生すると、それが撮像結果、または映像出力結果となって現れる。このムラ発生の一要因として挙げられるのが、フォトマスク（以下、単に「マスク」と言う。）を用いたリソグラフィ技術での問題である。すなわち、リソグラフィ技術を用いてウェハやガラス基板上にデバイスパターンを転写して製造する場合、原版となるフォトマスク上でパターンの位置ずれや寸法ずれが発生していると、このズレがそのまま転写されてしまい、ＣＣＤ等の映像系デバイスでは受光部となる開口の不均一性につながる。

フォトマスク上での、視覚的ムラ（スジ状、帯び状、斑模様状、変色）欠陥保証は、投光機の光（１０〜４０万Ｌｕｘ）をフォトマスク表面および裏面に投射し、パターン開口部からの輝度変化やパターンに反射した屈折光により生じる光濃淡（明暗）差を人間が目視によって検出（官能検査）するようにしている。また、検査対象物を撮影して得られた画像を処理することによって画像濃淡ムラを検出する方法も開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−９１７２８号公報

しかしながら、目視（官能検査）判断では、熟練度や検査員の主観の違い等により、個人差が大きく影響し、判断にもバラツキが発生してしまう。また、画像処理やラインセンサーを使用してパターン開口部からの輝度変化を信号処理し、画像濃淡からムラを検出する方法では、画像濃淡からムラを検出するための画像処理（演算時間）に多くの時間が必要であり、検査対象エリアが大きくなればなるほど検査結果を得るまでに多くの時間を要するという問題が生じる。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、所定のパターンが形成されたマスクを透過するもしくは反射する光を取得してマスクの欠陥を検査するマスク検査装置において、マスクのパターンにおける最小線幅よりも長い波長の光をマスクに照射する光源と、光源から出射された光のマスクによる透過光もしくは反射光を取得する受光手段と、受光手段で取得した透過光もしくは反射光の強度値を、マスクの検査領域をマトリクス状に分割したセル毎に求め、各セルでの強度値を用いた演算を行う演算手段とを備えている。

また、本発明は、所定のパターンが形成されたマスクを透過するもしくは反射する光を取得してマスクの欠陥を検査するマスク検査方法において、マスクのパターンにおける最小線幅よりも長い波長の光をマスクに照射する工程と、照射された光のマスクによる透過光もしくは反射光を取得する工程と、取得した透過光もしくは反射光の強度値を、マスクの検査領域をマトリクス状に分割したセル毎に求め、各セルでの強度値を用いた演算を行う工程とを有する。

このような本発明では、所定のパターンが形成されたマスクに、このパターンの最小線幅よりも長い波長の光を照射し、その透過光もしくは反射光を取得しているため、パターンの寸法に応じて適度に解像度が低下した透過光もしくは反射光の強度値を得ることができ、パターン寸法のわずかなズレから生じるスジ状の欠陥であっても的確に検出できるようになる。

したがって、本発明によれば、マスク上に発生したスジ状の欠陥を、人間の目による経験的なものに頼ることなく客観的に検査することが可能となる。また、検査の判断材料として光量という数値で表すことが可能な要素を取り入れることによって、スジ状の欠陥の発生状況を定量的に判断することが可能となる。さらに、本発明では、一度に十数ミクロン〜数十ミクロンでの検査が可能なため、従来の検査方法に比べて大幅な検査時間の短縮が可能となる。これにより、マスクの品質管理および信頼性の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。先ず、本実施形態に係るマスク検査装置およびマスク検査方法を説明するに先立ち、マスクに発生するスジ状の欠陥について説明する。図１は、スジ状の欠陥の説明する模式図である。例えば、撮像系デバイスでスジ状の欠陥（ムラ）が発生するパターンは、同じパターンが規則的に並んでおり、遮光部または透過部の線幅が変動した場合、パターンの規則性が変化し、この状態でマスクをマクロ的に目視した場合、スジ状の欠陥として見ることができる。

図１（ａ）に示すように、ここではライン＆スペースからなるパターンＰにおいて、一部分だけラインパターンが太くなっている部分があるとすると、マスクＭ全体として観察するとその部分がスジ状となって表れる。一方、図１（ｂ）に示すように、ライン＆スペースが設計通りに規則的に作製されている場合は、マクロ的に目視してもスジ状の欠陥（ムラ）には表れない。

本実施形態では、このようなスジ状の欠陥を検査するにあたり、所定の波長からなる光をマスクに照射して、その透過光もしくは反射光を取り込んで画像によって検査する装置を用いる。この際、解像度を落として検査を行うようにしている。解像度を落とした場合、光量の変動量が大きくなるため、マクロ的にスジ状のムラを検出するのに適している。

図２は、本実施形態に係るマスク検査装置を説明する模式図である。すなわち、このマスク検査装置１は、検査対象となるマスクＭに光を照射する光源１１と、光源１１の光をマスクＭに当てる範囲を調整するズームレンズＬ１と、マスクＭを透過した光（透過光）を所定範囲に調整するズームレンズＬ２と、ズームレンズＬ２によって範囲調整された光を取り込むラインセンサー１２と、ラインセンサー１２で取り込んで得た電気信号を用いて所定の演算を行う演算部１３とを備えている。

このうち、光源１１は、マスクＭのパターンにおける最小線幅よりも長い波長の光を出射できるようになっている。この光源１１から出射される光の波長をマスクＭのパターンにおける最小線幅よりも長い波長にすることで、解像度を低下させた透過光をラインセンサー１２にて取得できるようになる。なお、光源１１から出射される光の波長を切り替えるには、波長の異なる複数のレーザー光源を用いたり、分光器や光学フィルターによって特定波長の光を取り出すようにすればよい。

このマスク検査装置１を用いてマスク検査を行うには、先ず、光源１１よりマスクＭ上に光を当てる。この際、光源１１とマスクＭとの間に配置されるズームレンズＬ１によってマスクＭ上に当てる光の範囲を調節する。マスクＭを間とした反対側にはズームレンズＬ２およびラインセンサー１２が設置されており、ズームレンズＬ２によって透過光をラインセンサー１２全面で取り込むように範囲を調整する。

本実施形態のマスク検査装置１では、光源１１およびラインセンサー１２は固定されているため、検査範囲を変える場合にはマスクＭをラインセンサー１２の取り込み方向に対して垂直な方向に移動させる。ラインセンサー１２で取り込んで得た電気信号は演算部１３に送られ、ここで所定の演算を行ってスジ状の欠陥を検出する。

光源１１から出射される光としては、先に説明したように検査対象となるマスクＭのパターンにおける最小線幅よりも長い波長からなる光を用いる。本実施形態では、赤外線波長およびArレーザー光を当てる。マスクＭ上に当てられた光は、遮光されていない箇所はマスクＭを通過し、光源１１の反対側まで到達する。

本実施形態のマスク検査装置１では、一度の検査で1つの画素セルを検査する。光源１１とマスクＭとの間にズームレンズＬ１を入れて、画素セルのデザインルールに応じて当てる範囲を可変させる。その際は、光を当てた画素セル部をラインセンサー１２の受光部と同じ大きさに拡大あるいは縮小して取り込む。ひとつの画素セル部の検査が終了したら、フォトマスクを一度に検査したエリア分（以下、検査ピッチと称す。）だけラインセンサー１２のライン方向と直交する方向に移動させて、再度検査を行う。この動作を設定した検査エリアで実行する。

次に、具体例として、図３に示すような１μｍのライン＆スペース（１：１）での実験結果を示す。５本のライン＆スペースの中央のパターンＡの線幅を０．０５μｍずつ太くあるいは細くさせて、それぞれ波長１μｍ〜３μｍ（０．２μｍ刻み）の光を当てている。ラインセンサーによる透過光の取り込みは、ラインパターンの方向とラインセンサーの方向とを一致させ、マスクをラインパターンと垂直な方向に走査して図３に示す５本分のパターンを検査エリアとして透過光を取り込む。図４〜図１２に示す波形は、上記の検査エリアの５本のラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示している。

図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｃ）は図３に示すパターンＡの線幅が０．９５μｍで、照射する光の波長がそれぞれ１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍ、２．６μｍ、２．８μｍ、３．０μｍの場合の取り込み光の波形である。

また、図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｃ）は図３に示すパターンＡの線幅が１．０μｍで、照射する光の波長がそれぞれ１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍ、２．６μｍ、２．８μｍ、３．０μｍの場合の取り込み光の波形である。

また、図１０（ａ）〜（ｄ）、図１１（ａ）〜（ｄ）、図１２（ａ）〜（ｃ）は図３に示すパターンＡの線幅が１．０５μｍで、照射する光の波長がそれぞれ１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍ、２．６μｍ、２．８μｍ、３．０μｍの場合の取り込み光の波形である。

各取り込み光の波形では、波長が短いほど光量が多く、波形もシャープとなり、反対に波長が長くなるほど光量が低下し、波形の鈍りが発生する。つまり波長が長くなるほど解像度低下の影響が表れることになる。このように波長によって波形が変化するなか、対象となるパターンの線幅の１．８〜２倍程度の波長では、パターンＡの線幅の違い（他のパターンの線幅との違い）が波形の乱れとして表れている。

その結果、波長１．０μｍ〜１．６μｍ、２．２μｍ〜３．０μｍではあまり波形の乱れがみられないものの、波長１．８μｍ、２．０μｍでは波形の乱れが顕著となっている。なお、あまり波長が長くなるとパターンそのものが解像しないため、検出不可能となる。

また、別の具体例として、図１３に示すような１μｍ□のホールパターン（１：１）を５×５に配列したマスクでの実験結果を示す。この実験では、Ｃ列の線幅を０．０５μｍずつ太くあるいは細くさせて、それぞれ波長１μｍ〜３μｍ（０．２μｍ刻み）の光を当てている。ラインセンサーによる透過光の取り込みは、図１３に示すホールパターンＨＰのＡ〜Ｅの各列の方向とラインセンサーの方向とを一致させ、マスクを各列と垂直な方向に走査して図１３に示す５×５のホールパターンを検査エリアとして透過光を取り込む。図１４〜図２２に示す波形は、上記の検査エリアのホールパターンＨＰのうち、各列の中央のホールパターンの各列と直交する方向に沿った受光量を示している。

図１４（ａ）〜（ｄ）、図１５（ａ）〜（ｄ）、図１６（ａ）〜（ｃ）は図１３に示すパターンＡの線幅が０．９５μｍで、照射する光の波長がそれぞれ１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍ、２．６μｍ、２．８μｍ、３．０μｍの場合の取り込み光の波形である。

また、図１７（ａ）〜（ｄ）、図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）〜（ｃ）は図１３に示すパターンＡの線幅が１．０μｍで、照射する光の波長がそれぞれ１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍ、２．６μｍ、２．８μｍ、３．０μｍの場合の取り込み光の波形である。

また、図２０（ａ）〜（ｄ）、図２１（ａ）〜（ｄ）、図２２（ａ）〜（ｃ）は図１３に示すパターンＡの線幅が１．０５μｍで、照射する光の波長がそれぞれ１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍ、２．６μｍ、２．８μｍ、３．０μｍの場合の取り込み光の波形である。

ホールパターンの例でも、先のライン＆スペースのパターンと同様に、各取り込み光の波形では、波長が短いほど光量が多く、波形もシャープとなり、反対に波長が長くなるほど光量が低下し、波形の鈍りが発生する。このように波長によって波形が変化するなか、対象となるパターンの線幅が基準よりも細い場合には、パターン幅の１．４〜２倍程度の波長で、パターン幅の違い（他のパターン幅との違い）が波形の乱れとして表れ、基準よりも太い場合には、パターン幅の１．８〜２倍程度の波長で、パターン幅の違い（他のパターン幅との違い）が波形の乱れとして表れている。

その結果、基準よりも細いパターンでは、波長１．０μｍ〜１．２μｍ、２．２μｍ〜３．０μｍではあまり波形の乱れがみられないものの、波長１．４μｍ〜２．０μｍでは波形の乱れが顕著となっている。また、基準よりも太いパターンでは、波長１．０μｍ〜１．６μｍ、２．２μｍ〜３．０μｍではあまり波形の乱れがみられないものの、波長１．８μｍ、２．０μｍでは波形の乱れが顕著となっている。なお、あまり波長が長くなるとパターンそのものが解像しないため、検出不可能となる。

このように、光源から出射する光の波長として、検査対象のパターンの最小線幅よりも長いもの、好ましくは最小線幅の１．４倍〜２倍程度の波長を用いることで、隣接するパターンとの線幅の相違を取り込み波形の変化として捉えることが可能となる。

次に、ラインセンサー１２にて検出した透過光の演算部１３での画像処理について説明する。演算部１３では、上記説明したパターン幅の違いが顕著となる波長の光を用いて取り込んだ信号（波形の強度）を用いて波形の乱れの度合いを数値や表示によって明確に表すような演算を行う。

先ず、画像処理に際して、一度の検査にてラインセンサー１２で検出した所定波長の光量を、検査エリアをマトリクス状に分割して各セル毎に数値化する。図２３（ａ）は、所定の検査エリアを６×６のセルに分割し、各セルでの光量（強度値）を数値化して表したものである。なお、各セルに対応して示される数値は説明を分かりやすくするための例示である。

次に、光量の数値化が終了したら、数値化した各セルの光量値を元に演算を行う。端のセルから順にその上隣のセルとの光量の差を算出し、これを反対の端のセルまで同じ処理をする。その結果を図２３（ｂ）に示す。その後、処理した差の数値から、最大値と最小値を算出し、その間で色分けを行う。色分けは、例えば２段階、３段階、４段階で行う。図２３（ｃ）は２段階、図２４（ａ）は３段階、図２４（ｂ）は４段階の表示である。この色分け表示はモニター等の表示手段に表示する。なお、図では色分けの代わりにドット濃度の違いで表している。

そして、この３種類の色分けの結果より、マスクのムラとなる部分を認識する。例えば、ライン＆スペースのパターンが正確に製造されていれば、色分けもライン＆スペースと対応した２種類の色が交互に並ぶ状態となる。しかし、いずれかのラインの線幅が違いと、色分けが乱れることになり、ムラが発生している部分を的確に認識できるようになる。

なお、上記説明した例では、パターンの最小線幅の約２倍の波長からなる光を照射することで良好な結果を得ているが、実際には、複数の波長の光を同時に照射し、各波長での光量の変化を確認する方法でもよい。また、検査時は透過光を例にしたが、反射光でも適用可能である。また、検査時のスキャン方向も縦に限定せず、横方向スキャンとすれば、縦スジムラの検査が可能となる。画像処理に関しても、上記の例は一例であり、その方法に限定されるものではない。

スジ状の欠陥の説明する模式図である。本実施形態に係るマスク検査装置を説明する模式図である。ライン＆スペースのパターンを示す模式図である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その１）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その２）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その３）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その４）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その５）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その６）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その７）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その８）である。ラインパターンと直交する方向に沿った受光量を示す図（その９）である。ホールパターンを示す模式図である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その１）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その２）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その３）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その４）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その５）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その６）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その７）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その８）である。ホールパターンの列と直交する方向に沿った受光量を示す図（その９）である。演算例を説明する模式図（その１）である。演算例を説明する模式図（その２）である。

符号の説明

１…マスク検査装置、１１…光源、１２…ラインセンサー、１３…演算部、Ｌ１…ズームレンズ、Ｌ２…ズームレンズ、Ｍ…マスク

Claims

所定のパターンが形成されたマスクを透過するもしくは反射する光を取得してマスクの欠陥を検査するマスク検査装置において、
前記マスクのパターンにおける最小線幅よりも長い波長の光を前記マスクに照射する光源と、
前記光源から出射された光の前記マスクによる透過光もしくは反射光を取得する受光手段と、
前記受光手段で取得した前記透過光もしくは前記反射光の強度値を、前記マスクの検査領域をマトリクス状に分割したセル毎に求め、各セルでの強度値を用いた演算を行う演算手段と
を備えることを特徴とするマスク検査装置。
前記光源は、複数の波長の光を切り替えて出射する切り替え手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載のマスク検査装置。
前記演算手段は、前記マトリクス状に分割した各セルのうち隣接するものの強度値の差分を演算する
ことを特徴とする請求項１記載のマスク検査装置。
所定のパターンが形成されたマスクを透過するもしくは反射する光を取得してマスクの欠陥を検査するマスク検査方法において、
前記マスクのパターンにおける最小線幅よりも長い波長の光を前記マスクに照射する工程と、
前記照射された光の前記マスクによる透過光もしくは反射光を取得する工程と、
取得した前記透過光もしくは前記反射光の強度値を、前記マスクの検査領域をマトリクス状に分割したセル毎に求め、各セルでの強度値を用いた演算を行う工程と
を有することを特徴とするマスク検査方法。
前記マスクに光を照射する工程では、複数の波長からなる光を順次切り替えて照射し、
前記照射された光の前記透過光もしくは前記反射光を取得する工程では、前記複数の波長からなる光の前記マスクによる前記透過光もしくは前記反射光を順次取得する
ことを特徴とする請求項４記載のマスク検査方法。
前記各セルでの強度値を用いた演算を行う工程では、前記マトリクス状に分割した各セルのうち隣接するものの強度値の差分を演算する
ことを特徴とする請求項４記載のマスク検査方法。