光検査方法及び光検査装置並びに光検査システム
【課題】 位相シフトマスクの位相欠陥を高速に検出するレチクル検査装置。
【解決手段】 レーザ１、光偏向器２、集光レンズ３を備えた走査型顕微鏡方式の走査光学系を有し、レンズ５が走査微小集光スポットの作るフォトマスク（レチクル）４の位相欠陥透過像をフーリエ変換像に変換する。空間フィルタ６がフーリエ変換像を強度変化に変換して、簡易かつ高速に位相欠陥を検出する。
【解決手段】 レーザ１、光偏向器２、集光レンズ３を備えた走査型顕微鏡方式の走査光学系を有し、レンズ５が走査微小集光スポットの作るフォトマスク（レチクル）４の位相欠陥透過像をフーリエ変換像に変換する。空間フィルタ６がフーリエ変換像を強度変化に変換して、簡易かつ高速に位相欠陥を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路等の回路パターンを転写する際に用いられるフォトマスクの欠陥検査装置等に広く用いることができる光検査方法及び光検査装置並びに光検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の集積度が高くなるに伴い、より一層微細なパターンを形成可能なリソグラフィ技術が必要となってきている。ガラス基板上に金属膜等からなる遮光パターンを形成したバイナリマスクや露光波長に対して半透明性の材料からなるパターンを形成したハーフトーンマスク等のパターン形状欠陥を検出する方法として、これまで様々な方式が提案、実現されている。
一方、さらに微細なパターンの形成を可能にするリソグラフィ技術として、位相シフトマスクを使用する方法が提案されている。位相シフトマスクは、隣り合う透光パターンの一方に露光光の位相をシフトさせる部材を付加（または掘り込み）したもので、透過した光の干渉によって高い解像度の露光を可能にするものである。例として、ハーフトーンマスク（Att-PSM: Attenuated Phase Shift Mask）やレベンソンマスク（Alt-PSM: Alternating Phase Shift Mask）などが知られている。
このような位相シフトマスクを用いて微細パターンを露光するには、位相シフタが正確に設計データと一致していることが重要である。このため、近年、位相シフトマスク等の光の干渉効果を利用したフォトマスクにおける欠陥検出技術が切望されるようになり、光の干渉を利用した方法等多数の装置が提案されている。
【０００３】
例えば光の干渉を利用したものとして特許文献１に代表されるような光ヘテロダイン干渉法を用いた方法や、特許文献２にあるような微分干渉顕微鏡を用いた方法などが考案されている。
また、光の回折、散乱を利用した方法として、特許文献３に示されるように、均一に照明された位相シフトパターンのフーリエ変換像の解析を用いた方法がある。
さらに、特許文献４に示されているように、斜め方向から照明された位相シフトパターンからの散乱、回折光のみをフーリエ変換面にて空間フィルタを通して検出する方法なども考案されている。
また、遮光パターンを形成したバイナリマスクや半透明性のパターンを形成したハーフトーンマスク等におけるパターン形状欠陥を検出する方法としては、フォトマスクのパターン形成面に光ビームを集光して走査し、透過光、反射光の強度を検出する走査型顕微鏡方式がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３１３２１公報 （第５−９頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−２８７３２７公報 （第４−９頁、図１）
【特許文献３】特開平０４−２２９８６３公報 （第３−７頁、図１）
【特許文献４】特表２００２−５１９６６７公報 （第１１−３２頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の位相シフトマスク等の光の干渉効果を利用したフォトマスクにおける欠陥検出方法には課題がある。
特許文献１の光ヘテロダイン干渉法を用いた方法や、特許文献２にあるような微分干渉顕微鏡を用いた方法では、測定対象にわずかに位置をずらした２つの光ビームを照射し、その２つの光の干渉強度を測定する。このため、２ビーム間の横ずれ方向に従う検出能力のパターン方向依存性や、横ずれ量に依存するパターン線幅の限定などの問題点を抱えている。
また、特許文献３に示されるような均一に照明された位相シフトパターンのフーリエ変換像の解析を用いた方法は、基本的に位相変化量（膜厚）のみを測定する方法であり、微小な欠陥に対する検出を対象としていない。また、投影露光装置と同様に均一な照明を用いた一般的な結像方式におけるフーリエ変換像の解析をもとに考案されているため、位相シフタが付加されている部位と付加されていない部位の２箇所を均一に照明するように照明範囲を限定しなければならないという問題点を抱えている。
また、特許文献４に示されるような斜め方向から照明された位相シフトパターンからの散乱、回折光のみをフーリエ変換面にて空間フィルタを通して検出する方法は、半導体ウエハ等の欠陥検出に一般的に用いられている方法のひとつである。すなわち、ランプやレーザなどの光源によって暗視野／明視野照明された領域からの散乱、回折光を測定し解析することで欠陥を検出する装置である。各種の形態が考案されているが、大抵の場合、微小欠陥からの微弱な散乱、回折光のＳ／Ｎを向上することに主題が置かれている。このＳ／Ｎ改善と欠陥種別の判定ために、特許文献４にはファーフィールド領域における回折光に対して空間フィルタリングを施して検出する方法も開示されている。しかしながら、検出対象のパターン形状や欠陥形状によって様々な散乱、回折光が発生する。それらをできるだけ捕捉するために、照明光の角度や受光系の配置（または前記空間フィルタの種類）等に工夫が必要である。このため、欠陥の種類に応じてそれぞれ複雑な系を構成する必要があるという問題を抱えている。
遮光パターンや半透明パターンの欠陥検出に従来から用いられている透過又は反射光の総光量を検出する走査型顕微鏡方式を位相シフトマスクの欠陥検出に適用した場合には、検査光に対して透過率に差がなく光の位相だけを変化させるような欠陥（以下、位相欠陥と称す）に対しては検出能力に欠けるという問題がある。
上記の問題は、フォトマスク（レチクル）だけではなく、パターンを形成した電子部品基板の検査においても同様の課題である。
本発明は、上記のような従来の位相シフトマスク等の光の干渉効果を利用したフォトマスクにおける欠陥検出方法やパターンを形成した電子部品基板の検査方法の有する課題に鑑みて成されたものである。そして、その目的とするところは、走査型顕微鏡方式を用いて、簡単な構成で、高速で、かつパターン形状依存性や方向依存性が少ない光検査方法及び光検査装置並びに光検査システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の光検査方法は、光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査し、微小スポットが照射した検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、それぞれ異なる光学系によって同時に、またはいずれか一方の光学系によって検出することを特徴とする。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、フーリエ変換像を空間フィルタリングし、空間フィルタリングした光を集光し光電変換して検査対象面上の位相情報を検出してもよい。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して検査対象面上の振幅情報を検出してもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位を透過した光であってもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位から反射した光であってもよい。
検査対象面は、レチクルであり、位相情報は、レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
検査対象面は、電子部品基板であり、位相情報は、電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
空間フィルタのパターン形状は、検査対象面上の検出パターン形状からのフーリエ変換像に応じて決定してもよい。
【０００７】
また、本発明の光検査装置は、光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査する手段と、微小スポットが照射した検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、同時に検出するそれぞれ異なる光学系、またはいずれか一方を検出する光学系を備えることを特徴とする。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、フーリエ変換像を空間フィルタリングし、空間フィルタリングした光を集光し光電変換して検査対象面上の位相情報を検出してもよい。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して検査対象面上の振幅情報を検出してもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位を透過した光であってもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位から反射した光であってもよい。
検査対象面は、レチクルであり、位相情報は、レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
検査対象面は、電子部品基板であり、位相情報は、電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
空間フィルタのパターン形状は、検査対象面上の検出パターン形状からのフーリエ変換像に応じて決定してもよい。
また、本発明の光検査システムは、上記の光検査装置を複数備え、ダイとダイとの比較によって検出をすることを特徴とする。
本発明の光検査システムは、光検査装置とデータベースを備え、ダイと前記データベースが有する設計データとの比較によって検出してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光検査方法は、光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査し、微小スポットが照射した検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、それぞれ異なる光学系によって同時に、またはいずれか一方の光学系によって検出する。このため簡単な構成で、高速で、かつ検査対象面部位の形状依存性や方向依存性の少ない光検査を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施例］
図１に本発明のフォトマスク欠陥検出装置の第１の実施例の構成を示す。フォトマスク欠陥検出装置は、光源１と、走査光学系２と、対物レンズ３と、フォトマスク４と、コレクターレンズ５と、空間フィルタ６と、集光レンズ７と、光電変換器８と、画像処理システム９と、駆動ステージ１０とから構成される。
走査型顕微鏡方式において解像度を高めるためには被検査パターン上に集光するスポット径を小さくする必要がある。このため光源１については、短波長光源が必要である。またＳ／Ｎを向上させるためには高輝度な光源が必要となる。これらの条件から、本実施例では光源１として波長２６６ｎｍの遠紫外レーザを用いている。
【００１０】
光源１から発した光ビーム１１は、走査光学系２に入射する。走査光学系２を出射する光ビーム１２は、所望のビーム径に変換されており、かつ高速に偏向されている。走査光学系２の偏向装置には、例えば音響光学偏向器やポリゴンミラー、ガルバノミラー等の１次元光偏向器を用いることができる。
高速偏向を受けた光ビーム１２は、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は、例えばＮＡ（開口数）０．８５の大きな開口数を有し、フォトマスク４のパターン形成面上に直径０．３〜０．４μｍ程度の微小な集光スポット１３を形成する。また、対物レンズ３は、光ビーム１２の偏向の起点、すなわち偏向による光ビーム１２の振れが光軸上で重なる瞳位置１４が、レンズの前側焦点位置になるように配置される。したがって、集光スポット１３は、光軸がフォトマスク４上で垂直に立ったテレセントリックに走査される。紙面に沿った１次元走査に対して直交する方向（紙面に垂直な方向）には、駆動ステージ１０によって保持されたフォトマスク４を移動することによって２次元の領域が走査される。
１次元光偏向器と移動ステージとを組み合わす以外の他の走査方法としては、２次元光偏向器によって集光スポット１３を走査する方法、また、フォトマスク４を機械的に２次元に移動する方法等が利用可能である。
フォトマスク４を透過した光ビーム１２は、コレクターレンズ５に入射する。コレクターレンズ５はフォトマスク４のパターン面が前側焦点位置となるように配置されており、光ビーム１２は平行光束に変換される。コレクターレンズ５は、フォトマスク４上のパターンによる回折光も含めて集光する必要があるため、対物レンズ３と同等かそれ以上のＮＡを有することが望ましい。
平行光束となった光ビーム１２は、コレクターレンズ５の後側焦点位置１５にフーリエ変換像を形成する。すなわち後側焦点位置１５は、フォトマスク４パターン面のフーリエ変換面である。ここで、フーリエ変換像とは、光学でいうところのフラウンホーファ（ファーフィールド）回折領域における光学像を指し、レンズの前側焦点に物体を置いたときの後側焦点に形成される像である。また、フォトマスク４上でテレセントリックに走査された光ビーム１２の中心軸は、後側焦点位置１５において光軸と一点にて交差する。すなわち瞳を形成している。
空間フィルタ６は、この瞳位置に設置される。このため、フォトマスク４上のビーム走査位置に関係なく、どの走査位置でも同一の空間フィルタリングが行われる。空間フィルタ６については後述の［実施例の動作］にて詳細に説明する。
空間フィルタ６を透過した光ビーム１２は、集光レンズ７によって光電変換器８の受光部に集光される。ここで光電変換器８はフォトダイオードや光電子増倍管等を用いることができる。光電変換器８からの電気信号は画像処理システム９に送られ、前述の集光スポット走査手段の走査信号と同期させることによって２次元の画像が生成される。
従来の遮光／半透明のパターン形状欠陥を検査する場合は、平行光束となった光ビーム１２に空間フィルタ６を挿入せずそのまま集光レンズ７によって光電変換器８の受光部に集光すればよい。
［第１の実施例の動作の説明］
図１のフォトマスク欠陥検出装置の第１の実施例の構成におけるフォトマスク４上の集光スポット１３の理想的な空間分布を図２（ａ）に示す。
図２（ａ）は、上から順に振幅、位相、光強度の空間分布を表している。ここでは理想的なレーザビームウエスト、すなわち完全なガウシアンの振幅分布と平面の位相分布をもったビームがフォトマスク上に集光されているものとしている。
図２（ｂ）は、フォトマスク４上にパターン等が全く存在しない透明なガラスである場合のコレクターレンズ５の後側焦点位置１５に生じるフーリエ変換像の計算結果である。
それぞれの実際のサイズはフォトマスク４上でμｍオーダー（図２（ａ））、後側焦点位置１５上でｍｍオーダー（図２（ｂ））と大きく異なるが、ここでは空間スケール（横軸）を任意に取って表示している。
【００１１】
位相欠陥検出の説明の前に通常の遮光／半透明のパターン形状を検出する過程について、図３を用いて説明する。
図３に図２（ａ）の空間分布を有する集光スポット１３でバイナリマスク等の遮光パターン４ｂを走査したときの様子を示す。
図３（ａ）は、フォトマスク４の断面図を示す。集光スポット１３の走査に伴って遮光パターン４ｂが相対的に移動していく様子を時系列に横方向に並べたものである。図３（ｂ）は、遮光パターン４ｂ直後の光の振幅、位相及び強度の空間分布を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に対応するフーリエ変換像の同様の計算結果である。なお、図３（ｃ）のフーリエ変換像の光強度には、遮光パターン４ｂが存在しない場合（図２（ｂ））の分布を波線で表示している。
図３（ｃ）のように時系列に変化する光は、光電変換器８の受光面内で積分されて図４に示すような電気信号に光電変換される。遮光パターンのエッジ位置は、信号光強度が１／２となる位置（＝時間）として得られる。ただし、空間フィルタ６は設置していない。そして、光ビームの１次元の走査方向と直交する方向にフォトマスクを移動しながら光走査を繰り返すことによって２次元のパターン形状が検出される。
【００１２】
次に、位相欠陥の検出について図５及び図６を用いて説明する。
図３の場合と同様に、図２（ａ）の空間分布を有する集光スポット１３で位相シフトマスク等の位相欠陥４ａを走査したときの様子を図５と図６に示す。
図５は検査光（集光スポット１３）の波長λに対して位相欠陥４ａが、λ／２（１８０度）位相をシフトする場合であり、図６はλ／４（９０度）位相をシフトする場合である。
図５（ａ）、図６（ａ）はフォトマスク４の断面図で、集光スポット１３の走査に伴って位相欠陥４ａが相対的に移動していく様子を時系列に横方向に並べたものである。
図５（ｂ）、図６（ｂ）は、図５（ａ）、図６（ａ）に対応する位相欠陥４ａ直後の光の振幅の絶対値、位相及び強度の空間分布を示す。
図５（ｃ）、図６（ｃ）は、図５（ｂ）、図６（ｂ）に対応するフーリエ変換像の計算結果である。なお、図５（ｃ）、図６（ｃ）のフーリエ変換像の光強度には位相欠陥４ａが存在しない場合の分布（図２（ｂ））を点線で表示している。
【００１３】
図４と同様に空間フィルタ６を設置していない状態において光電変換器８で積分されて得られる信号は図７のようになる。位相パターンによる光の透過率変化は無いため、位相欠陥４ａは検出されない。ただし、図７の計算結果は、光の蹴られが生じない無限に大きい口径を有する光学系を仮定した場合である。実際には光学系の口径が有限であるので、パターンのエッジによって生ずる散乱光を全て捕捉しきれないため微小な光量低下が検出される。
図８は、位相欠陥４ａのエッジ部が集光スポット１３の中央に位置する場合の光強度の分布のみを抜き出したものであり、図８（ａ）は図５（ｃ）の位相シフト量Δφがλ／２、図８（ｂ）は、位相シフト量Δφ＝λ／４の場合のフーリエ変換像の強度分布に対応している。位相欠陥４ａが存在しない場合の光強度分布８１に対して、位相欠陥４ａが存在する場合の光強度分布８２は、図８（ａ）、（ｂ）ともに大きく変化している。このように、位相欠陥４ａ透過直後の光強度（図５（ｂ）、図６（ｂ））では検出が不可能であるが、フーリエ変換像では位相の情報が光強度の分布として現れる。
【００１４】
この理論計算の結果をもとに、フーリエ変換像が形成される後側焦点位置１５に設置する空間フィルタ６を決定する。つまり位相欠陥４ａがない場合８１とある場合８２との間に光強度として差を生じさせるのに効果的な空間フィルタを設置すればよい。例えば、瞳位置の中央部は透過し、周辺部は遮光する（図８の６ｂ）、図９に示すような空間フィルタ６が考えられる。
図９に示す空間フィルタ６をレンズ５の瞳位置に設置した場合の光電変換器８で得られる信号の時間変化の計算結果を図１０、図１１に示す。図１０と図１１は空間フィルタ６のアパーチャ径が異なる。図１０、図１１ともに計算条件として、検査光の波長を２６６ｎｍ、位相シフタの設計波長をＡｒＦレーザの発振波長の１９３ｎｍとして、位相シフト量が１８０度、９０度、６０度の３種類を表示している。
図１０は、位相欠陥４ａがない場合のガウシアン分布（図８の８１）の１/ｅ２ビーム径（光量が８６．５％）相当のアパーチャ径を有する空間フィルタ６を設置した場合の計算結果であり、符号１０１は位相シフト量Δφ＝１８０度、１０２は９０度、１０３は６０度の場合をそれぞれ示す。
図１１は、図１０よりもアパーチャ径を小さく設定した場合であり、符号１１１は位相シフト量Δφ＝１８０度、１１２は９０度、１１３は６０度の場合をそれぞれ示す。図１０、図１１のいずれも、空間フィルタ６がない場合の図７に比べて、位相欠陥４ａが光ビーム１３に与える位相変化を光強度の変化として検出可能であることを示している。
図１２は、位相シフト量Δφ＝６０度の場合の、空間フィルタ６アパーチャ径に対する検出信号ピーク値１２１（図１０、図１１の光強度低下ピーク値）の関係を計算したものである。また、位相パターンが何もない状態の透過光量１２２の関係も併記している。
図１２は、アパーチャ径を小さくすればするほど検出感度が向上することを示しているが、逆に基準光量レベルが減少するためＳ／Ｎが悪化することを意味する。Ｓ／Ｎに大きな影響を与えない範囲でアパーチャ径の最適値を選ぶ必要がある。
【００１５】
以上、理論計算に基づいて説明を行ってきたが、以下に実験結果を示す。
図１３と図１４は、図１に示したフォトマスク欠陥検出装置の構成において、空間フィルタ６を設置していない場合の実験結果である。
図１３（ｂ）は、位相欠陥が存在しない図１３（ａ）の断面図に示すような遮光パターン４ｂを有するフォトマスク４の場合の検出結果の実験値である。
図１４（ｂ）は、位相欠陥が存在する場合の実験結果であり、図１４（ａ）に示すような位相欠陥４ａが付加されたフォトマスク４の検出結果である。
図１３（ｂ）と図１４（ｂ）を比較すると、位相欠陥４ａの付近で微小な変化が確認されるが、図７の計算結果で示したように、空間フィルタ６を設置していない場合には、位相欠陥４ａがほとんど検出できていないことが分かる。
【００１６】
図１５は、図１に示したフォトマスク欠陥検出装置の構成において、空間フィルタ６を設置した場合の実験結果である。空間フィルタ６を設置した以外は、図１４と同様の条件である。図１５（ｂ）の実験結果は、図１０、図１１の計算結果で予見されたように、位相欠陥４ａが検出されることが実験的にも確認できたことを示している。図１４（ｂ）と図１５（ｂ）の実験結果の比較は、空間フィルタ６の効果が極めて有効であることを充分に理解させるものである。
【００１７】
［第１の実施例の効果］
以上のように本発明では、走査型顕微鏡方式のフォトマスク欠陥検査装置を構成し、さらに走査する微小集光スポットのフーリエ変換像に対して空間フィルタをかけることによって位相変化量を光強度変化量として検出することができる。このため、従来技術のように複雑な光学手段、信号（画像）解析手段を必要とせずに、簡易かつ高速に位相欠陥を検出することができる。
更に、走査型顕微鏡方式の利点である高いＳ／Ｎを確保することが可能であり、欠陥信号がノイズに埋もれる心配も少ない。
【００１８】
［第２の実施例］
図１６に本発明のフォトマスク欠陥検出装置の第２の実施例の構成を示す。前述の図１の第１の実施例と同じ構成要素については同一の記号を用いている。図１６に示す第２の実施例は、図１で示した位相欠陥検出用の光学構成に、通常のパターン形状欠陥検査用の光学系を付加したものである。
フォトマスク４を透過した光ビームをコレクターレンズ５の後でビームスプリッタ１６３を用いて２光束に分割する。ビームスプリッタ１６３は、例えばハーフミラーや偏光を利用し偏光ビームスプリッタと波長板の組合せが用いられる。第２の実施例の構成ではビームスプリッタ１６３によって反射した光路を位相欠陥検出用として用いており、フーリエ変換面であるコレクターレンズ５の後側焦点位置１５をリレーレンズ１６４を用いて１５に等倍結像している。このように結像されたフーリエ変換面１５'に空間フィルタ６を設置して図１で示した前述の方法と同様に位相シフト欠陥を検出する。
また、ビームスプリッタ１６３において透過した光ビームは、空間フィルタを介さずそのまま集光レンズ１６５によって光電変換器１６６の受光面に集光され、透過のパターン形状欠陥検出に用いている。
また、フォトマスク４のパターン形成面から反射した光ビームは、再び対物レンズ３を経て平行光束となり、新たに設けられたビームスプリッタ１６２によって反射の検出光路に導かれる。ここでは、分離した反射光をそのまま集光レンズ１６７により光電変換器１６８に集光し、反射のパターン形状欠陥検出としている。
もちろん、透過光と同様に反射光を更に分離して空間フィルタを設置し、反射の位相欠陥検出光路を追加することも可能である。この場合、位相欠陥に対して基板上面や裏面での反射による往復の位相差が発生するため、透過の場合と検出される状態が異なる。
上記のように、複数の検出構成を設けて同時に画像を採取することによって、パターン形状欠陥、位相欠陥、異物などを高速に検出することが可能となる。
【００１９】
［第２の実施例の効果］
以上のように本実施例に示したような構成によって、位相マスクの欠陥検査に加えて、通常のパターン形状欠陥検査との同時検査が可能であり、遮光パターンと位相シフタが混在したようなフォトマスクの検査においても、それぞれの欠陥を検出／特定することが可能である。
更に、走査型顕微鏡方式の利点である高いＳ／Ｎを確保することが可能であり、欠陥信号がノイズに埋もれる心配も少ない。
また、従来のパターン形状欠陥検査と同様の欠陥信号が得られるため、欠陥検出用の従来のアルゴリズムを多数流用することが可能である。
【００２０】
［空間フィルタの他の実施例］
図１７は空間フィルタ６の第２の実施例である。透光部６ａと遮光部６ｂを図１７のように輪帯状に設けたもので、図９のように主ビーム（０次光）を透過し、回折光成分を積極的に遮断する構成に対して、主ビーム（０次光）を遮断して回折光成分を検出する構成である。この場合、位相シフト欠陥等の位相変化成分を検出する最終的な信号は、図１８に示すように増加する方向（図９の場合とは逆の方向）に得られる。
【００２１】
空間フィルタの形状は、図９や図１７の２例に示したような透光部６ａと遮光部６ｂがはっきりと分かれたステップ状のフィルタではなくてもよい。例えば、径方向の外側に向かって透過率が徐々に低くなっていくようなアポディゼーションフィルタ、また、径方向の外側に向かって透過率が徐々に高くなっていく超解像フィルタなどでも同様の効果が得られる。その他にも、１次元的な欠陥のみならず、欠陥サイズが集光ビームのビームウェストと同程度の孤立的な欠陥や、周期的なパターンなど、それぞれの場合に効果的な空間フィルタはフーリエ変換像から多数考案することが可能である。
また、ＬＣＤやＤＭＤ等を用いたパターン可変の高密度で高集積の透過型または反射型の空間変調素子であってもよい。
【００２２】
更に、本実施例の実施形態においては、位相シフトマスクとしてAlt-PSMの欠陥検出を例に説明を行ったが、減衰性の膜や薄膜以外の位相変化が発生する物質に対しても同様の効果が期待できる。すなわち、透過型検出の場合のAtt-PSMにおけるハーフトーン膜欠陥や、反射型構成の場合の異物欠陥検出全般などでも同様の効果が期待できる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態のフォトマスク欠陥検出装置を用いて、欠陥検査システムを構成することができる。その方式としては、フォトマスクの中の同じパターンが含まれる複数のダイ同士を比較する方式や、この方式ばかりでなく、前述のような理論計算を用いてマスクパターンの設計データベースから参照とする画像を作成して、実測した画像と比較する方式とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、半導体集積回路等の回路パターンを転写する際に用いられるフォトマスクの検査装置において、位相シフトマスク等の光の位相変化をもたらす欠陥を検出する技術に関するものであるが、その他にも微細なパターンを有する電子デバイス等の表面状態の検出への応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例が備える空間フィルタのパターン例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施例の実験結果を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施例の実験結果を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施例の実験結果を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施例の動作を示す図である。
【図１７】本発明の実施例が備える空間フィルタの別なるパターン例を示す図である。
【図１８】図１７の空間フィルタによる本発明の実施例の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 光源
２ 走査光学系
３ 対物レンズ
４ フォトマスク
５ コレクターレンズ
６ 空間フィルタ
７ 集光レンズ
８ 光電変換器
９ 画像処理システム
１０ 駆動ステージ
１１ 光ビーム
１２ 光ビーム
１３ 集光スポット
１６３ ビームスプリッタ
１６４ リレーレンズ
１６５ 集光レンズ
１６６ 光電変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路等の回路パターンを転写する際に用いられるフォトマスクの欠陥検査装置等に広く用いることができる光検査方法及び光検査装置並びに光検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の集積度が高くなるに伴い、より一層微細なパターンを形成可能なリソグラフィ技術が必要となってきている。ガラス基板上に金属膜等からなる遮光パターンを形成したバイナリマスクや露光波長に対して半透明性の材料からなるパターンを形成したハーフトーンマスク等のパターン形状欠陥を検出する方法として、これまで様々な方式が提案、実現されている。
一方、さらに微細なパターンの形成を可能にするリソグラフィ技術として、位相シフトマスクを使用する方法が提案されている。位相シフトマスクは、隣り合う透光パターンの一方に露光光の位相をシフトさせる部材を付加（または掘り込み）したもので、透過した光の干渉によって高い解像度の露光を可能にするものである。例として、ハーフトーンマスク（Att-PSM: Attenuated Phase Shift Mask）やレベンソンマスク（Alt-PSM: Alternating Phase Shift Mask）などが知られている。
このような位相シフトマスクを用いて微細パターンを露光するには、位相シフタが正確に設計データと一致していることが重要である。このため、近年、位相シフトマスク等の光の干渉効果を利用したフォトマスクにおける欠陥検出技術が切望されるようになり、光の干渉を利用した方法等多数の装置が提案されている。
【０００３】
例えば光の干渉を利用したものとして特許文献１に代表されるような光ヘテロダイン干渉法を用いた方法や、特許文献２にあるような微分干渉顕微鏡を用いた方法などが考案されている。
また、光の回折、散乱を利用した方法として、特許文献３に示されるように、均一に照明された位相シフトパターンのフーリエ変換像の解析を用いた方法がある。
さらに、特許文献４に示されているように、斜め方向から照明された位相シフトパターンからの散乱、回折光のみをフーリエ変換面にて空間フィルタを通して検出する方法なども考案されている。
また、遮光パターンを形成したバイナリマスクや半透明性のパターンを形成したハーフトーンマスク等におけるパターン形状欠陥を検出する方法としては、フォトマスクのパターン形成面に光ビームを集光して走査し、透過光、反射光の強度を検出する走査型顕微鏡方式がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３１３２１公報 （第５−９頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−２８７３２７公報 （第４−９頁、図１）
【特許文献３】特開平０４−２２９８６３公報 （第３−７頁、図１）
【特許文献４】特表２００２−５１９６６７公報 （第１１−３２頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の位相シフトマスク等の光の干渉効果を利用したフォトマスクにおける欠陥検出方法には課題がある。
特許文献１の光ヘテロダイン干渉法を用いた方法や、特許文献２にあるような微分干渉顕微鏡を用いた方法では、測定対象にわずかに位置をずらした２つの光ビームを照射し、その２つの光の干渉強度を測定する。このため、２ビーム間の横ずれ方向に従う検出能力のパターン方向依存性や、横ずれ量に依存するパターン線幅の限定などの問題点を抱えている。
また、特許文献３に示されるような均一に照明された位相シフトパターンのフーリエ変換像の解析を用いた方法は、基本的に位相変化量（膜厚）のみを測定する方法であり、微小な欠陥に対する検出を対象としていない。また、投影露光装置と同様に均一な照明を用いた一般的な結像方式におけるフーリエ変換像の解析をもとに考案されているため、位相シフタが付加されている部位と付加されていない部位の２箇所を均一に照明するように照明範囲を限定しなければならないという問題点を抱えている。
また、特許文献４に示されるような斜め方向から照明された位相シフトパターンからの散乱、回折光のみをフーリエ変換面にて空間フィルタを通して検出する方法は、半導体ウエハ等の欠陥検出に一般的に用いられている方法のひとつである。すなわち、ランプやレーザなどの光源によって暗視野／明視野照明された領域からの散乱、回折光を測定し解析することで欠陥を検出する装置である。各種の形態が考案されているが、大抵の場合、微小欠陥からの微弱な散乱、回折光のＳ／Ｎを向上することに主題が置かれている。このＳ／Ｎ改善と欠陥種別の判定ために、特許文献４にはファーフィールド領域における回折光に対して空間フィルタリングを施して検出する方法も開示されている。しかしながら、検出対象のパターン形状や欠陥形状によって様々な散乱、回折光が発生する。それらをできるだけ捕捉するために、照明光の角度や受光系の配置（または前記空間フィルタの種類）等に工夫が必要である。このため、欠陥の種類に応じてそれぞれ複雑な系を構成する必要があるという問題を抱えている。
遮光パターンや半透明パターンの欠陥検出に従来から用いられている透過又は反射光の総光量を検出する走査型顕微鏡方式を位相シフトマスクの欠陥検出に適用した場合には、検査光に対して透過率に差がなく光の位相だけを変化させるような欠陥（以下、位相欠陥と称す）に対しては検出能力に欠けるという問題がある。
上記の問題は、フォトマスク（レチクル）だけではなく、パターンを形成した電子部品基板の検査においても同様の課題である。
本発明は、上記のような従来の位相シフトマスク等の光の干渉効果を利用したフォトマスクにおける欠陥検出方法やパターンを形成した電子部品基板の検査方法の有する課題に鑑みて成されたものである。そして、その目的とするところは、走査型顕微鏡方式を用いて、簡単な構成で、高速で、かつパターン形状依存性や方向依存性が少ない光検査方法及び光検査装置並びに光検査システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の光検査方法は、光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査し、微小スポットが照射した検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、それぞれ異なる光学系によって同時に、またはいずれか一方の光学系によって検出することを特徴とする。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、フーリエ変換像を空間フィルタリングし、空間フィルタリングした光を集光し光電変換して検査対象面上の位相情報を検出してもよい。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して検査対象面上の振幅情報を検出してもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位を透過した光であってもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位から反射した光であってもよい。
検査対象面は、レチクルであり、位相情報は、レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
検査対象面は、電子部品基板であり、位相情報は、電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
空間フィルタのパターン形状は、検査対象面上の検出パターン形状からのフーリエ変換像に応じて決定してもよい。
【０００７】
また、本発明の光検査装置は、光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査する手段と、微小スポットが照射した検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、同時に検出するそれぞれ異なる光学系、またはいずれか一方を検出する光学系を備えることを特徴とする。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、フーリエ変換像を空間フィルタリングし、空間フィルタリングした光を集光し光電変換して検査対象面上の位相情報を検出してもよい。
異なる光学系のうちの１つは、微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して検査対象面上の振幅情報を検出してもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位を透過した光であってもよい。
微小スポットが照射した検査対象面上の部位からの光は、部位から反射した光であってもよい。
検査対象面は、レチクルであり、位相情報は、レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
検査対象面は、電子部品基板であり、位相情報は、電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、振幅情報は、電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状であってもよい。
空間フィルタのパターン形状は、検査対象面上の検出パターン形状からのフーリエ変換像に応じて決定してもよい。
また、本発明の光検査システムは、上記の光検査装置を複数備え、ダイとダイとの比較によって検出をすることを特徴とする。
本発明の光検査システムは、光検査装置とデータベースを備え、ダイと前記データベースが有する設計データとの比較によって検出してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光検査方法は、光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査し、微小スポットが照射した検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、それぞれ異なる光学系によって同時に、またはいずれか一方の光学系によって検出する。このため簡単な構成で、高速で、かつ検査対象面部位の形状依存性や方向依存性の少ない光検査を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施例］
図１に本発明のフォトマスク欠陥検出装置の第１の実施例の構成を示す。フォトマスク欠陥検出装置は、光源１と、走査光学系２と、対物レンズ３と、フォトマスク４と、コレクターレンズ５と、空間フィルタ６と、集光レンズ７と、光電変換器８と、画像処理システム９と、駆動ステージ１０とから構成される。
走査型顕微鏡方式において解像度を高めるためには被検査パターン上に集光するスポット径を小さくする必要がある。このため光源１については、短波長光源が必要である。またＳ／Ｎを向上させるためには高輝度な光源が必要となる。これらの条件から、本実施例では光源１として波長２６６ｎｍの遠紫外レーザを用いている。
【００１０】
光源１から発した光ビーム１１は、走査光学系２に入射する。走査光学系２を出射する光ビーム１２は、所望のビーム径に変換されており、かつ高速に偏向されている。走査光学系２の偏向装置には、例えば音響光学偏向器やポリゴンミラー、ガルバノミラー等の１次元光偏向器を用いることができる。
高速偏向を受けた光ビーム１２は、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は、例えばＮＡ（開口数）０．８５の大きな開口数を有し、フォトマスク４のパターン形成面上に直径０．３〜０．４μｍ程度の微小な集光スポット１３を形成する。また、対物レンズ３は、光ビーム１２の偏向の起点、すなわち偏向による光ビーム１２の振れが光軸上で重なる瞳位置１４が、レンズの前側焦点位置になるように配置される。したがって、集光スポット１３は、光軸がフォトマスク４上で垂直に立ったテレセントリックに走査される。紙面に沿った１次元走査に対して直交する方向（紙面に垂直な方向）には、駆動ステージ１０によって保持されたフォトマスク４を移動することによって２次元の領域が走査される。
１次元光偏向器と移動ステージとを組み合わす以外の他の走査方法としては、２次元光偏向器によって集光スポット１３を走査する方法、また、フォトマスク４を機械的に２次元に移動する方法等が利用可能である。
フォトマスク４を透過した光ビーム１２は、コレクターレンズ５に入射する。コレクターレンズ５はフォトマスク４のパターン面が前側焦点位置となるように配置されており、光ビーム１２は平行光束に変換される。コレクターレンズ５は、フォトマスク４上のパターンによる回折光も含めて集光する必要があるため、対物レンズ３と同等かそれ以上のＮＡを有することが望ましい。
平行光束となった光ビーム１２は、コレクターレンズ５の後側焦点位置１５にフーリエ変換像を形成する。すなわち後側焦点位置１５は、フォトマスク４パターン面のフーリエ変換面である。ここで、フーリエ変換像とは、光学でいうところのフラウンホーファ（ファーフィールド）回折領域における光学像を指し、レンズの前側焦点に物体を置いたときの後側焦点に形成される像である。また、フォトマスク４上でテレセントリックに走査された光ビーム１２の中心軸は、後側焦点位置１５において光軸と一点にて交差する。すなわち瞳を形成している。
空間フィルタ６は、この瞳位置に設置される。このため、フォトマスク４上のビーム走査位置に関係なく、どの走査位置でも同一の空間フィルタリングが行われる。空間フィルタ６については後述の［実施例の動作］にて詳細に説明する。
空間フィルタ６を透過した光ビーム１２は、集光レンズ７によって光電変換器８の受光部に集光される。ここで光電変換器８はフォトダイオードや光電子増倍管等を用いることができる。光電変換器８からの電気信号は画像処理システム９に送られ、前述の集光スポット走査手段の走査信号と同期させることによって２次元の画像が生成される。
従来の遮光／半透明のパターン形状欠陥を検査する場合は、平行光束となった光ビーム１２に空間フィルタ６を挿入せずそのまま集光レンズ７によって光電変換器８の受光部に集光すればよい。
［第１の実施例の動作の説明］
図１のフォトマスク欠陥検出装置の第１の実施例の構成におけるフォトマスク４上の集光スポット１３の理想的な空間分布を図２（ａ）に示す。
図２（ａ）は、上から順に振幅、位相、光強度の空間分布を表している。ここでは理想的なレーザビームウエスト、すなわち完全なガウシアンの振幅分布と平面の位相分布をもったビームがフォトマスク上に集光されているものとしている。
図２（ｂ）は、フォトマスク４上にパターン等が全く存在しない透明なガラスである場合のコレクターレンズ５の後側焦点位置１５に生じるフーリエ変換像の計算結果である。
それぞれの実際のサイズはフォトマスク４上でμｍオーダー（図２（ａ））、後側焦点位置１５上でｍｍオーダー（図２（ｂ））と大きく異なるが、ここでは空間スケール（横軸）を任意に取って表示している。
【００１１】
位相欠陥検出の説明の前に通常の遮光／半透明のパターン形状を検出する過程について、図３を用いて説明する。
図３に図２（ａ）の空間分布を有する集光スポット１３でバイナリマスク等の遮光パターン４ｂを走査したときの様子を示す。
図３（ａ）は、フォトマスク４の断面図を示す。集光スポット１３の走査に伴って遮光パターン４ｂが相対的に移動していく様子を時系列に横方向に並べたものである。図３（ｂ）は、遮光パターン４ｂ直後の光の振幅、位相及び強度の空間分布を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に対応するフーリエ変換像の同様の計算結果である。なお、図３（ｃ）のフーリエ変換像の光強度には、遮光パターン４ｂが存在しない場合（図２（ｂ））の分布を波線で表示している。
図３（ｃ）のように時系列に変化する光は、光電変換器８の受光面内で積分されて図４に示すような電気信号に光電変換される。遮光パターンのエッジ位置は、信号光強度が１／２となる位置（＝時間）として得られる。ただし、空間フィルタ６は設置していない。そして、光ビームの１次元の走査方向と直交する方向にフォトマスクを移動しながら光走査を繰り返すことによって２次元のパターン形状が検出される。
【００１２】
次に、位相欠陥の検出について図５及び図６を用いて説明する。
図３の場合と同様に、図２（ａ）の空間分布を有する集光スポット１３で位相シフトマスク等の位相欠陥４ａを走査したときの様子を図５と図６に示す。
図５は検査光（集光スポット１３）の波長λに対して位相欠陥４ａが、λ／２（１８０度）位相をシフトする場合であり、図６はλ／４（９０度）位相をシフトする場合である。
図５（ａ）、図６（ａ）はフォトマスク４の断面図で、集光スポット１３の走査に伴って位相欠陥４ａが相対的に移動していく様子を時系列に横方向に並べたものである。
図５（ｂ）、図６（ｂ）は、図５（ａ）、図６（ａ）に対応する位相欠陥４ａ直後の光の振幅の絶対値、位相及び強度の空間分布を示す。
図５（ｃ）、図６（ｃ）は、図５（ｂ）、図６（ｂ）に対応するフーリエ変換像の計算結果である。なお、図５（ｃ）、図６（ｃ）のフーリエ変換像の光強度には位相欠陥４ａが存在しない場合の分布（図２（ｂ））を点線で表示している。
【００１３】
図４と同様に空間フィルタ６を設置していない状態において光電変換器８で積分されて得られる信号は図７のようになる。位相パターンによる光の透過率変化は無いため、位相欠陥４ａは検出されない。ただし、図７の計算結果は、光の蹴られが生じない無限に大きい口径を有する光学系を仮定した場合である。実際には光学系の口径が有限であるので、パターンのエッジによって生ずる散乱光を全て捕捉しきれないため微小な光量低下が検出される。
図８は、位相欠陥４ａのエッジ部が集光スポット１３の中央に位置する場合の光強度の分布のみを抜き出したものであり、図８（ａ）は図５（ｃ）の位相シフト量Δφがλ／２、図８（ｂ）は、位相シフト量Δφ＝λ／４の場合のフーリエ変換像の強度分布に対応している。位相欠陥４ａが存在しない場合の光強度分布８１に対して、位相欠陥４ａが存在する場合の光強度分布８２は、図８（ａ）、（ｂ）ともに大きく変化している。このように、位相欠陥４ａ透過直後の光強度（図５（ｂ）、図６（ｂ））では検出が不可能であるが、フーリエ変換像では位相の情報が光強度の分布として現れる。
【００１４】
この理論計算の結果をもとに、フーリエ変換像が形成される後側焦点位置１５に設置する空間フィルタ６を決定する。つまり位相欠陥４ａがない場合８１とある場合８２との間に光強度として差を生じさせるのに効果的な空間フィルタを設置すればよい。例えば、瞳位置の中央部は透過し、周辺部は遮光する（図８の６ｂ）、図９に示すような空間フィルタ６が考えられる。
図９に示す空間フィルタ６をレンズ５の瞳位置に設置した場合の光電変換器８で得られる信号の時間変化の計算結果を図１０、図１１に示す。図１０と図１１は空間フィルタ６のアパーチャ径が異なる。図１０、図１１ともに計算条件として、検査光の波長を２６６ｎｍ、位相シフタの設計波長をＡｒＦレーザの発振波長の１９３ｎｍとして、位相シフト量が１８０度、９０度、６０度の３種類を表示している。
図１０は、位相欠陥４ａがない場合のガウシアン分布（図８の８１）の１/ｅ２ビーム径（光量が８６．５％）相当のアパーチャ径を有する空間フィルタ６を設置した場合の計算結果であり、符号１０１は位相シフト量Δφ＝１８０度、１０２は９０度、１０３は６０度の場合をそれぞれ示す。
図１１は、図１０よりもアパーチャ径を小さく設定した場合であり、符号１１１は位相シフト量Δφ＝１８０度、１１２は９０度、１１３は６０度の場合をそれぞれ示す。図１０、図１１のいずれも、空間フィルタ６がない場合の図７に比べて、位相欠陥４ａが光ビーム１３に与える位相変化を光強度の変化として検出可能であることを示している。
図１２は、位相シフト量Δφ＝６０度の場合の、空間フィルタ６アパーチャ径に対する検出信号ピーク値１２１（図１０、図１１の光強度低下ピーク値）の関係を計算したものである。また、位相パターンが何もない状態の透過光量１２２の関係も併記している。
図１２は、アパーチャ径を小さくすればするほど検出感度が向上することを示しているが、逆に基準光量レベルが減少するためＳ／Ｎが悪化することを意味する。Ｓ／Ｎに大きな影響を与えない範囲でアパーチャ径の最適値を選ぶ必要がある。
【００１５】
以上、理論計算に基づいて説明を行ってきたが、以下に実験結果を示す。
図１３と図１４は、図１に示したフォトマスク欠陥検出装置の構成において、空間フィルタ６を設置していない場合の実験結果である。
図１３（ｂ）は、位相欠陥が存在しない図１３（ａ）の断面図に示すような遮光パターン４ｂを有するフォトマスク４の場合の検出結果の実験値である。
図１４（ｂ）は、位相欠陥が存在する場合の実験結果であり、図１４（ａ）に示すような位相欠陥４ａが付加されたフォトマスク４の検出結果である。
図１３（ｂ）と図１４（ｂ）を比較すると、位相欠陥４ａの付近で微小な変化が確認されるが、図７の計算結果で示したように、空間フィルタ６を設置していない場合には、位相欠陥４ａがほとんど検出できていないことが分かる。
【００１６】
図１５は、図１に示したフォトマスク欠陥検出装置の構成において、空間フィルタ６を設置した場合の実験結果である。空間フィルタ６を設置した以外は、図１４と同様の条件である。図１５（ｂ）の実験結果は、図１０、図１１の計算結果で予見されたように、位相欠陥４ａが検出されることが実験的にも確認できたことを示している。図１４（ｂ）と図１５（ｂ）の実験結果の比較は、空間フィルタ６の効果が極めて有効であることを充分に理解させるものである。
【００１７】
［第１の実施例の効果］
以上のように本発明では、走査型顕微鏡方式のフォトマスク欠陥検査装置を構成し、さらに走査する微小集光スポットのフーリエ変換像に対して空間フィルタをかけることによって位相変化量を光強度変化量として検出することができる。このため、従来技術のように複雑な光学手段、信号（画像）解析手段を必要とせずに、簡易かつ高速に位相欠陥を検出することができる。
更に、走査型顕微鏡方式の利点である高いＳ／Ｎを確保することが可能であり、欠陥信号がノイズに埋もれる心配も少ない。
【００１８】
［第２の実施例］
図１６に本発明のフォトマスク欠陥検出装置の第２の実施例の構成を示す。前述の図１の第１の実施例と同じ構成要素については同一の記号を用いている。図１６に示す第２の実施例は、図１で示した位相欠陥検出用の光学構成に、通常のパターン形状欠陥検査用の光学系を付加したものである。
フォトマスク４を透過した光ビームをコレクターレンズ５の後でビームスプリッタ１６３を用いて２光束に分割する。ビームスプリッタ１６３は、例えばハーフミラーや偏光を利用し偏光ビームスプリッタと波長板の組合せが用いられる。第２の実施例の構成ではビームスプリッタ１６３によって反射した光路を位相欠陥検出用として用いており、フーリエ変換面であるコレクターレンズ５の後側焦点位置１５をリレーレンズ１６４を用いて１５に等倍結像している。このように結像されたフーリエ変換面１５'に空間フィルタ６を設置して図１で示した前述の方法と同様に位相シフト欠陥を検出する。
また、ビームスプリッタ１６３において透過した光ビームは、空間フィルタを介さずそのまま集光レンズ１６５によって光電変換器１６６の受光面に集光され、透過のパターン形状欠陥検出に用いている。
また、フォトマスク４のパターン形成面から反射した光ビームは、再び対物レンズ３を経て平行光束となり、新たに設けられたビームスプリッタ１６２によって反射の検出光路に導かれる。ここでは、分離した反射光をそのまま集光レンズ１６７により光電変換器１６８に集光し、反射のパターン形状欠陥検出としている。
もちろん、透過光と同様に反射光を更に分離して空間フィルタを設置し、反射の位相欠陥検出光路を追加することも可能である。この場合、位相欠陥に対して基板上面や裏面での反射による往復の位相差が発生するため、透過の場合と検出される状態が異なる。
上記のように、複数の検出構成を設けて同時に画像を採取することによって、パターン形状欠陥、位相欠陥、異物などを高速に検出することが可能となる。
【００１９】
［第２の実施例の効果］
以上のように本実施例に示したような構成によって、位相マスクの欠陥検査に加えて、通常のパターン形状欠陥検査との同時検査が可能であり、遮光パターンと位相シフタが混在したようなフォトマスクの検査においても、それぞれの欠陥を検出／特定することが可能である。
更に、走査型顕微鏡方式の利点である高いＳ／Ｎを確保することが可能であり、欠陥信号がノイズに埋もれる心配も少ない。
また、従来のパターン形状欠陥検査と同様の欠陥信号が得られるため、欠陥検出用の従来のアルゴリズムを多数流用することが可能である。
【００２０】
［空間フィルタの他の実施例］
図１７は空間フィルタ６の第２の実施例である。透光部６ａと遮光部６ｂを図１７のように輪帯状に設けたもので、図９のように主ビーム（０次光）を透過し、回折光成分を積極的に遮断する構成に対して、主ビーム（０次光）を遮断して回折光成分を検出する構成である。この場合、位相シフト欠陥等の位相変化成分を検出する最終的な信号は、図１８に示すように増加する方向（図９の場合とは逆の方向）に得られる。
【００２１】
空間フィルタの形状は、図９や図１７の２例に示したような透光部６ａと遮光部６ｂがはっきりと分かれたステップ状のフィルタではなくてもよい。例えば、径方向の外側に向かって透過率が徐々に低くなっていくようなアポディゼーションフィルタ、また、径方向の外側に向かって透過率が徐々に高くなっていく超解像フィルタなどでも同様の効果が得られる。その他にも、１次元的な欠陥のみならず、欠陥サイズが集光ビームのビームウェストと同程度の孤立的な欠陥や、周期的なパターンなど、それぞれの場合に効果的な空間フィルタはフーリエ変換像から多数考案することが可能である。
また、ＬＣＤやＤＭＤ等を用いたパターン可変の高密度で高集積の透過型または反射型の空間変調素子であってもよい。
【００２２】
更に、本実施例の実施形態においては、位相シフトマスクとしてAlt-PSMの欠陥検出を例に説明を行ったが、減衰性の膜や薄膜以外の位相変化が発生する物質に対しても同様の効果が期待できる。すなわち、透過型検出の場合のAtt-PSMにおけるハーフトーン膜欠陥や、反射型構成の場合の異物欠陥検出全般などでも同様の効果が期待できる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態のフォトマスク欠陥検出装置を用いて、欠陥検査システムを構成することができる。その方式としては、フォトマスクの中の同じパターンが含まれる複数のダイ同士を比較する方式や、この方式ばかりでなく、前述のような理論計算を用いてマスクパターンの設計データベースから参照とする画像を作成して、実測した画像と比較する方式とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、半導体集積回路等の回路パターンを転写する際に用いられるフォトマスクの検査装置において、位相シフトマスク等の光の位相変化をもたらす欠陥を検出する技術に関するものであるが、その他にも微細なパターンを有する電子デバイス等の表面状態の検出への応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例が備える空間フィルタのパターン例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例の動作を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施例の実験結果を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施例の実験結果を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施例の実験結果を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施例の動作を示す図である。
【図１７】本発明の実施例が備える空間フィルタの別なるパターン例を示す図である。
【図１８】図１７の空間フィルタによる本発明の実施例の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 光源
２ 走査光学系
３ 対物レンズ
４ フォトマスク
５ コレクターレンズ
６ 空間フィルタ
７ 集光レンズ
８ 光電変換器
９ 画像処理システム
１０ 駆動ステージ
１１ 光ビーム
１２ 光ビーム
１３ 集光スポット
１６３ ビームスプリッタ
１６４ リレーレンズ
１６５ 集光レンズ
１６６ 光電変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査し、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、それぞれ異なる光学系によって同時に、またはいずれか一方の光学系によって検出する、
ことを特徴とする光検査方法。
【請求項２】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、
前記フーリエ変換像を空間フィルタリングし、
前記空間フィルタリングした光を集光し光電変換して前記検査対象面上の位相情報を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光検査方法。
【請求項３】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して前記検査対象面上の振幅情報を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光検査方法。
【請求項４】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位を透過した光である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項５】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位から反射した光である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項６】
前記検査対象面は、
レチクルであり、
前記位相情報は、
前記レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項７】
前記検査対象面は、
電子部品基板であり、
前記位相情報は、
前記電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項８】
前記空間フィルタのパターン形状は、
前記検査対象面上の検出パターン形状からの前記フーリエ変換像に応じて決定する、
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項９】
光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査する手段と、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、同時に検出するそれぞれ異なる光学系、またはいずれか一方を検出する光学系、
を備えることを特徴とする光検査装置。
【請求項１０】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、
前記フーリエ変換像を空間フィルタリングし、
前記空間フィルタリングした光を集光し光電変換して前記検査対象面上の位相情報を検出する、
ことを特徴とする請求項９に記載の光検査装置。
【請求項１１】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して前記検査対象面上の振幅情報を検出する、
ことを特徴とする請求項９に記載の光検査装置。
【請求項１２】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位を透過した光である、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１３】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位から反射した光である、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１４】
前記検査対象面は、
レチクルであり、
前記位相情報は、
前記レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１５】
前記検査対象面は、
電子部品基板であり、
前記位相情報は、
前記電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１６】
前記空間フィルタのパターン形状は、
前記検査対象面上の検出パターン形状からの前記フーリエ変換像に応じて決定する、
ことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１７】
前記請求項９乃至１６のいずれかに記載の光検査装置を複数備え、
ダイとダイとの比較によって前記検出をする、
ことを特徴とする光検査システム。
【請求項１８】
前記請求項９乃至１６のいずれかに記載の光検査装置とデータベースを備え、
ダイと前記データベースが有する設計データとの比較によって前記検出をする、
ことを特徴とする光検査システム。
【請求項１】
光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査し、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、それぞれ異なる光学系によって同時に、またはいずれか一方の光学系によって検出する、
ことを特徴とする光検査方法。
【請求項２】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、
前記フーリエ変換像を空間フィルタリングし、
前記空間フィルタリングした光を集光し光電変換して前記検査対象面上の位相情報を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光検査方法。
【請求項３】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して前記検査対象面上の振幅情報を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光検査方法。
【請求項４】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位を透過した光である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項５】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位から反射した光である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項６】
前記検査対象面は、
レチクルであり、
前記位相情報は、
前記レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項７】
前記検査対象面は、
電子部品基板であり、
前記位相情報は、
前記電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項８】
前記空間フィルタのパターン形状は、
前記検査対象面上の検出パターン形状からの前記フーリエ変換像に応じて決定する、
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の光検査方法。
【請求項９】
光源からの光を検査対象面上で微小スポットに集光かつ走査する手段と、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位の光学的な位相情報と振幅情報を、同時に検出するそれぞれ異なる光学系、またはいずれか一方を検出する光学系、
を備えることを特徴とする光検査装置。
【請求項１０】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を光学的にフーリエ変換し、
前記フーリエ変換像を空間フィルタリングし、
前記空間フィルタリングした光を集光し光電変換して前記検査対象面上の位相情報を検出する、
ことを特徴とする請求項９に記載の光検査装置。
【請求項１１】
前記異なる光学系のうちの１つは、
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光を集光し光電変換して前記検査対象面上の振幅情報を検出する、
ことを特徴とする請求項９に記載の光検査装置。
【請求項１２】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位を透過した光である、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１３】
前記微小スポットが照射した前記検査対象面上の部位からの光は、
前記部位から反射した光である、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１４】
前記検査対象面は、
レチクルであり、
前記位相情報は、
前記レチクル上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記レチクル上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１５】
前記検査対象面は、
電子部品基板であり、
前記位相情報は、
前記電子部品基板上に形成された光透過性のパターンの形状であり、
前記振幅情報は、
前記電子部品基板上に形成された遮光または光半透過性のパターンの形状である、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１６】
前記空間フィルタのパターン形状は、
前記検査対象面上の検出パターン形状からの前記フーリエ変換像に応じて決定する、
ことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の光検査装置。
【請求項１７】
前記請求項９乃至１６のいずれかに記載の光検査装置を複数備え、
ダイとダイとの比較によって前記検出をする、
ことを特徴とする光検査システム。
【請求項１８】
前記請求項９乃至１６のいずれかに記載の光検査装置とデータベースを備え、
ダイと前記データベースが有する設計データとの比較によって前記検出をする、
ことを特徴とする光検査システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−９０７２８（Ｐ２００６−９０７２８Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７３２９５（Ｐ２００４−２７３２９５）
【出願日】平成１６年９月２１日（２００４．９．２１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２１日（２００４．９．２１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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