JP4740705B2 - パターン欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ、フォトマスク、プリント基板等の基板上に形成されたパターンの欠陥を検査するのに好適なパターン欠陥検査装置に関する。

図６に従来のパターン欠陥検査装置の構成例を示す。このパターン欠陥検査装置は、試料であるウエハ２を保持するステージ1、レーザ光源8、レーザ光源からのレーザ光を分岐するビームスプリッター７、照明光学系6、第１のハーフミラー5、対物レンズ4、第２のハーフミラー9、結像光学系12、イメージセンサ15、イメージセンサを覆うイメージセンサカバー14、及び、光量検出器１１を有する。このパターン欠陥検査装置は、更に、ＡＤ変換器16、感度補正回路17、欠陥判定回路18、を有する。

レーザ光源8からのレーザ光は、ビームスプリッター７によって２つの光に分岐される。２つの光の一方は、照明光学系6を通り、ハーフミラー5で反射し、経路を９０度変更して、対物レンズ4を通り、一定速度でＸ方向に移動しているステージ１上のウエハ２を照射する。ウエハ２を照射した光は、経路を１８０度変更して、対物レンズ4を通り、第１のハーフミラー5を通り、第２のハーフミラー9に到達する。第２のハーフミラー9を透過した光は、結像光学系12を通り、イメージセンサ15上で結像する。結像光学系12を通った光の一部は、漏れ光としてイメージセンサ15の外側を通る。

一方、第２のハーフミラー9を反射した光は、自動焦点検出器10によって検出される。自動焦点検出器10は、検出した光量に基づいて焦点信号を生成し、それをステージコントローラ3に供給する。ステージコントローラ3は、制御信号を生成し、それをステージに供給する。ステージは、制御信号に基づいてステージ１の高さを調整する。

イメージセンサ15からの信号は、ＡＤ変換器16によってＡＤ変換され、感度補正回路17によって感度補正され、欠陥判定回路18によって、欠陥と判定されたデータが得られる。

ビームスプリッター７によって分岐された他方の光は、光量検出器11によって検出される。光量検出器11からの光量信号は感度補正回路17に供給される。

イメージセンサ15として、ＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサが用いられる。ＴＤＩセンサは、試料の走行方向に積分段数だけ電荷を積分することにより、段数に比例する感度向上及びノイズの軽減を実現する。ＴＤＩセンサでは、ステージの移動速度が一定である必要がある。また、ステージの移動速度と画像取り込みタイミングを同期させる必要がある。両者がミスマッチしている場合には、ＭＴＦ（modulation transfer function）が劣化する。

特開２００３−１３０８０８号公報には、パターン欠陥の検出を高感度にて行うために照度補正機能を設けた欠陥検査装置の例が開示されている。

また、特開２００３−０９０７１７公報には、移動ステージの速度むらを低減する方法が記載されている。この方法はすべての積分段においてステージ座標を測定しこれを平均することで、ステージの速度むらによる比較参照データとセンサデータの位置ずれを低減するものである。

特開２００３−１３０８０８号公報 特開２００３−０９０７１７号公報

特開２００３−１３０８０８号公報に記載された例では、照度補正を行うために、レーザ光源からの光の一部を用いる。従って、欠陥検出に用いるレーザ光の光量が低減することになる。特開２００３−０９０７１７公報に記載された例では、照度補正機能がないためパターン欠陥の検出を高感度にて行うことができない。

本発明の目的は、欠陥検出に用いるレーザ光の光量が低減することなく、パターン欠陥の検出を高感度にて行うことができる欠陥検査装置を提供することにある。

パターン欠陥検査装置は、試料を移動させるためのステージと、レーザ光源からのレーザ光を試料に照射する照射系と、試料からの光を検出するＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）イメージセンサと、イメージセンサの検出感度を補正するための感度補正回路と、感度補正回路の出力より試料の欠陥を判定する欠陥判定回路と、を有する。イメージセンサに隣接して試料からの光を受光する光量検出器を設け、レーザ光源の光量変動情報を得る。感度補正回路は、ステージの速度変動情報とレーザ光源の光量変動情報に基づいて、イメージセンサの検出感度を補正する。

本発明によると、欠陥検出に用いるレーザ光の光量が低減することなく、パターン欠陥の検出を高感度にて行うことができる。

図１を参照して本発明によるパターン欠陥検査装置の例を説明する。本例のパターン欠陥検査装置は、試料であるウエハ２を保持するステージ1、レーザ光源8、レーザ光源からのレーザ光を導く照明光学系6、第１のハーフミラー5、対物レンズ4、第２のハーフミラー9、結像光学系12、イメージセンサ15、イメージセンサを覆うイメージセンサカバー14、及び、イメージセンサカバー14に設けられた光量検出器11を有する。光量検出器11は、結像光学系12からの漏れ光を受光することができるように、イメージセンサ15に隣接して配置される。

本例のパターン欠陥検査装置は、更に、ＡＤ変換器16、感度補正回路17、欠陥判定回路18、遅延回路19、自動焦点検出器10、ステージコントローラ3、移動平均回路81、同期信号発生回路82、計算機83、遅延回路84を有する。

レーザ光源8からのレーザ光は、照明光学系6を通り、ハーフミラー5で反射し、経路を９０度変更して、対物レンズ4を通り、一定速度でＸ方向に移動しているステージ１上のウエハ２を照射する。ウエハ２を照射した光は、経路を１８０度変更して、対物レンズ4を通り、第１のハーフミラー5を通り、第２のハーフミラー9に到達する。第２のハーフミラー9を透過した光は、結像光学系12を通り、イメージセンサ15上で結像する。結像光学系12を通った光の一部は、漏れ光としてイメージセンサ15の外側を通る。このような漏れ光の一部は、光量検出器11によって検出される。

一方、第２のハーフミラー9を反射した光は、自動焦点検出器10によって検出される。自動焦点検出器10は、検出した光量に基づいて焦点信号を生成し、それをステージコントローラ3に供給する。ステージコントローラ3は、制御信号を生成し、それをステージに供給する。ステージは、制御信号に基づいてステージ１の高さを調整する。

イメージセンサ15からの信号は、ＡＤ変換器16によってＡＤ変換され、感度補正回路17によって感度補正され、欠陥判定回路18によって、欠陥と判定されたデータが得られる。

光量検出器１１によって検出された光量信号は、レーザ光源8の光量変動情報を表わす。このレーザ光源8の光量変動情報は遅延回路19に供給される。遅延回路19は、設定された遅延時間だけ遅延して、レーザ光源8の光量変動情報を感度補正回路17に供給する。

本例のイメージセンサ15は、ＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサである。ＴＤＩセンサは、試料の走行方向に積分段数だけ電荷を積分することにより、段数に比例する感度向上及びノイズの軽減を実現する。ＴＤＩセンサでは、ステージの移動速度と画像取り込みタイミングを同期させる必要がある。両者がミスマッチしている場合には、ＭＴＦ（modulation transfer function）が劣化する。

ステージ1からは、移動速度を表わすステージ座標信号80が得られる。ステージ座標信号80は、例えば、２相エンコーダ信号80であってよい。ステージ座標信号80は、ステージコントローラ3、移動平均回路81、及び、計算機83に供給される。ステージコントローラ3は、ステージ座標信号80に基づいて、ステージ1の移動速度が一定になるように、ステージ１を駆動する。

移動平均回路81は、ステージ座標信号80からジッタ成分を除去するために移動平均値を求める。移動平均回路81からステージ座標信号は、同期信号発生回路82に供給される。同期信号発生回路８２は、ステージ座標信号に基づいて同期信号を生成し、それをＴＤＩセンサに供給する。ステージ1の移動速度が一定であると、ステージ座標信号８０はパルス間隔一定のパルス信号となり、ＴＤＩセンサの電荷蓄積時間が一定となる。従って、ＴＤＩセンサの出力は変動しない。また、ステージ1の移動とＴＤＩセンサの画像の取り込みの同期が得られるため、ＭＴＦ（modulation transfer function）の劣化を防止することができる。

計算機８３は、ステージ座標信号８０から、ステージ1の速度変動情報を求め、それを遅延回路84に供給する。遅延回路84は、設定された遅延時間だけ遅延して、ステージ1の速度変動情報を感度補正回路17に供給する。遅延回路１９、８４の遅延時間は、ＡＤ変換器１６の処理速度に対応して設定される。従って、感度補正回路１７は、計算機８３からのステージ１の速度変動情報と光量検出器１１からのレーザ光源8の光量変動情報を同期させて、ＡＤ変換器１６からの信号を補正する。

ステージ１の速度変動情報に基づいて、ＡＤ変換器１６からの信号を補正する方法として、計算機８３によって補正係数を求め、それをＡＤ変換器１６からの信号に乗算してもよい。このような補正方法の例は図５を参照して説明する。

本例によると、各種光学条件や検査方法によって、ＡＤ変換器16の処理時間が変化しても、遅延回路１９、８４の遅延時間を変化させることにより、ステージ１の速度変動とレーザ光源８の時間変動を同期することができる。

図２はイメージセンサ15と光量検出器11の構成を示す。イメージセンサ15は温度変化に影響されやすいので、イメージセンサカバー14、例えば、放熱板が設けられている。レーザ光の波長以外の光がイメージセンサ15に入射しないように波長フィルタ22が取付けられている。波長フィルタ22はパターン検出光が照射する範囲２１を覆うように設けられている。光量検出器１１はイメージセンサ15に隣接し、イメージセンサ15からの漏れ光を受光するように配置される。

図３はステージ1の速度変動を示す。横軸は時間、縦軸は、ステージ１の移動速度である。速度目標値４１に対して実際のステージの移動速度４２はある程度の周期をもって変化することがある。これは実際のステージ移動速度が変化する場合のほかに、ステージ座標信号にジッタ成分が含まれることによってＴＤＩセンサの同期信号が影響を受ける場合もある。

図４はステージ座標信号５１の時間変化を示す。ステージ座標信号としては２相エンコーダ信号が一般的であるが、ここでは簡単にするために１相分のみを示している。ステージ座標信号５１のジッタ成分は、ステージ座標信号のパルス間隔変動である。ＴＤＩセンサの全段数分をスキャンする時間よりも短い周期を有するジッタ成分は、ＴＤＩセンサの積分の効果によって相殺され、センサ出力が影響を受けることは少ない。ジッタ成分が大きく、それにより像ボケ等の影響が生じるときは、ジッタ成分の周期以上の段数分にわたって座標信号のパルス間隔の移動平均化処理を行うことでＴＤＩセンサの同期信号への影響をなくすことが可能である。

しかし、ＴＤＩセンサの全積分段数分をスキャンする時間よりも長い周期を有するジッタ成分は、ＴＤＩセンサの積分の効果によって相殺されない。座標信号のパルス間隔の移動平均化処理を変動周期以上の段数分にわたって行うことも考えられるが、実際のステージ速度が変動している場合には、ＴＤＩセンサの検出位置ずれによって画像ボケ等の影響を受ける。補正を行わないときには、ステージ速度が遅く座標信号のパルス間隔が長いときにはＴＤＩセンサ出力は大きくなり、逆にステージ速度が速く座標信号のパルス間隔が短いときにはＴＤＩセンサ出力は小さくなる。

図５はステージ速度変動に対するＴＤＩセンサ出力の補正方法を示す。ステージ座標信号のパルス間隔値６１が得られる毎に、それをＲＡＭ６２に取り込む。このＲＡＭ６２はＴＤＩセンサの積分段数分のアドレスを用意し、常にＴＤＩセンサ積分段数分の新しいパルス間隔値６１が書き込まれているように、書き込みアドレス６３を順に変化させる。次にこのＲＡＭ６２のすべてのアドレスに書き込まれているデータを加算する。加算値６４からＴＤＩセンサ内のデータ転送等に要する時間６５を減算して、ＴＤＩセンサ全積分段数での電荷蓄積時間Ｔｓｕｍ６６を求める。

ＴＤＩセンサ出力はこの電荷蓄積時間Ｔｓｕｍ６６と比例関係にある。電荷蓄積時間Ｔｓｕｍとステージを目標速度で移動させたときの電荷蓄積時間Ｔｒｅｆの比Ｔｓｕｍ／Ｔｒｅｆをセンサ補正係数６８とする。センサ出力にセンサ補正係数６８を乗算することによってセンサの補正を行う。図６に示す補正方法はロジック回路等で実現できるが、ＴＤＩセンサの積分段数が大きくなるとＲＡＭ６２のサイズが大きくなり、ＲＡＭ６２のデータの加算に要する時間も長くなり実現するのが難しくなる。この場合、ステージ座標信号のパルス間隔値６１をＴＤＩセンサの積分１段毎でなく、ＴＤＩセンサの複数段分のパルス間隔値とすることでロジックサイズを小さくできる。

図５の補正方法は全積分段数分のパルス間隔を加算しているので、短い変動周期を持つ速度変化に対して影響を受けない。したがって、長い変動周期を持つ速度変化と短い変動周期を持つ速度変化の両方の速度変化がある場合には、座標信号のパルス間隔の移動平均化処理を行ってＴＤＩセンサの同期信号への影響をなくしたうえで、図５に示した方式でセンサ出力の補正を行うことも可能である。

以上、述べたように従来装置では、光量を検出するためにレーザの出力の一部を使用しなければならず、欠陥検出のためのレーザ出力が低下してしまうという問題があり、欠陥検出感度に影響していた。また、ステージの速度むらによるＴＤＩセンサの蓄積時間のバラつきという問題があった。本発明により欠陥検出のためのレーザ出力が低下してしまうということがなくなることと、ステージの速度むらによるＴＤＩセンサの蓄積時間のバラつきが補正出来るので、高精度な実検査が出来るという効果が期待できる。

本発明によるパターン欠陥検査装置の例を示す図である。 照度モニタの実装位置を説明する図である。 ステージの速度変化を説明する図である。 ステージ座標信号を説明する図である。 速度むらの出力補正方法を説明する図である。 従来技術によるパターン欠陥検査装置の例を示す図である。

符号の説明

1・・・ステージ、2・・・ウエハ、3・・・ステージコントローラ、4・・・対物レンズ、5・・・ハーフミラー、6・・・照明光学系、7・・・ビームスプリッター、8・・・レーザ、9・・・ハーフミラー、10・・・自動焦点検出器、11・・・光量検出器、12・・・結像光学系、13・・・漏れ光、14・・・イメージセンサカバー、15・・・イメージセンサ、16・・・ＡＤ変換器、17・・・感度補正回路、18・・・欠陥判定回路、19・・・遅延回路、61・・・ステージ座標信号のパルス間隔値、62・・・RAM、63・・・書き込みアドレス、64・・・ステージ座標信号のパルス間隔値の加算値、65・・・ＴＤＩセンサ内の電荷転送に要する時間、66・・・ＴＤＩセンサ内の電荷を蓄積する時間、67・・・速度むらによる補正係数の計算、68・・・速度むらによる補正係数、80・・・ステージの座標信号、81・・・移動平均回路、82・・・同期信号発生回路、83・・・計算機、84・・・遅延回路

Claims (7)

1. 試料を移動させるためのステージと、レーザ光源からのレーザ光を試料に照射する照射系と、試料からの光を検出するＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）イメージセンサと、該イメージセンサに隣接し試料からの光を受光する光量検出器と、イメージセンサの検出感度を補正するための感度補正回路と、該感度補正回路の出力より試料の欠陥を判定する欠陥判定回路と、を有し、該感度補正回路は、上記ステージの速度変動情報と上記光量検出器からの上記レーザ光源の光量変動情報を入力して上記イメージセンサの出力を補正するように構成されており、
   上記光量検出器と上記イメージセンサは、上記レーザ光源からのレーザ光を同一の光路を介して検出するように配置され、
   上記感度補正回路は、上記ステージの速度変動情報として、ステージ座標信号のパルスの時間幅の変動を用い、
   上記感度補正回路は、上記ＴＤＩセンサの積分段数分のアドレスを有するメモリを備え、
   前記ステージの座標信号のパルスの時間幅の値が得られる毎に該パルスの時間幅の値を前記アドレスに書き込み、上記アドレスのデータを加算し、該加算値から少なくとも上記イメージセンサにおけるデータ転送時間を減算し、概減算結果と上記ステージを目標速度で移動させたときの電荷転送時間との比を補正係数として、上記イメージセンサの出力に乗算するように構成されていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
2. 請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、上記光量検出器は上記イメージセンサに設けられたイメージセンサカバーに装着され、上記イメージセンサの漏れ光を受光することを特徴とするパターン欠陥検査装置。
3. 請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、上記ステージの速度変動情報は第１の遅延回路を介して上記感度補正回路に供給され、上記レーザ光源の光量変動情報は第２の遅延回路を介して上記感度補正回路に供給され、上記第１及び第２の遅延回路によって、上記ステージの速度変動情報と上記レーザ光源の光量変動情報は同期して上記感度補正回路に供給されることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
4. 請求項３記載のパターン欠陥検査装置において、上記遅延回路により、遅延時間は任意の値に設定可能であることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
5. 請求項１記載のパターン欠陥検査装置において、
   上記イメージセンサの出力を上記補正係数により補正する前に、前記ステージの座標信号のパルスの時間幅の値に対して移動平均化処理を行なうことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
6. 請求項２記載のパターン欠陥検査装置において、
   上記イメージセンサカバーは、放熱板によって構成されていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
7. 請求項２記載のパターン欠陥検査装置において、
   上記イメージセンサカバーには、上記レーザ光源からのレーザ光の波長以外の光が上記イメージセンサに入射しないように波長フィルタが取付けられていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。

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