周期性パターンのムラ検査装置および方法
【課題】周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出可能な周期性パターンのムラ検査装置、および方法を提供する。
【解決手段】照明部１０と、被検査基板６０の位置決め動作および検査撮像時におけるスキャンニング動作が可能なＸ−Ｙ−θステージ部２０と、被検査基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０と、被検査基板６０の検査画像を撮像するための検査撮像部４０と、装置全体の動作制御および映像出力を画像情報として画像入力し、画像演算処理を行い、画像情報・検査情報の授受を行い、さらに画像を表示する機能を有する処理・制御部１００から構成されていることを特徴とする。
【解決手段】照明部１０と、被検査基板６０の位置決め動作および検査撮像時におけるスキャンニング動作が可能なＸ−Ｙ−θステージ部２０と、被検査基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０と、被検査基板６０の検査画像を撮像するための検査撮像部４０と、装置全体の動作制御および映像出力を画像情報として画像入力し、画像演算処理を行い、画像情報・検査情報の授受を行い、さらに画像を表示する機能を有する処理・制御部１００から構成されていることを特徴とする。
【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を検査するための装置および方法に関する。周期性パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、例えば、パターンが所定のピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、または開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列したマトリクス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ー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。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置、撮像デバイスおよび表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。
【０００３】
フォトマスクのような周期性パターンにおけるムラ欠陥は、通常微細なピッチズレや位置ズレが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であるが、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される欠陥である。
【０００４】
従来の周期性パターンにおけるムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明を用いて透過率画像を撮像し、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部の視認を行っている。しかし、正常部とムラ部における光の強度差は決して大きいわけではなく、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アップを図り、ムラ部を抽出し検査を行っている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、上記従来技術においては、格子状周期性パターンのブラックマトリクスのムラ、特に開口部の大きいブラックマトリクスのムラの撮像において、正常部とムラ部でのコントラスト向上が期待されず、強度差の処理を工夫したとしても元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。
【０００６】
一方、半導体の微細化や、微細な表示と明るい画面の電子部品の増加により、前記周期性パターンでは微細化、または開口部比率の増大傾向が進んでいる。将来的には、より開口部の大きい、より微細形状の周期性パターンのムラ検査装置およびその方法が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界がある。
【０００７】
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ムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な周期性パターンムラ検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する、例えば特許文献２のような検査装置が提案された。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、正常部とムラ部における回折光強度コントラストの違いから、ムラ部を検出する方式をとっている。
【０００８】
ところで、周期性パターン、例えばフォトマスクにおいては、パターンの微細化が急速に進んでおり、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクにおいては、ウエハ転写時におけるセルピッチが１μｍに迫るほどである。さらに、パターン微細化が進んでいることへの技術対策として各種のパターン解像力向上技法が提案されてきており、その中の一つとしてハーフトーンマスクが利用されてきている。ハーフトーンマスクは従来のＣｒマスクと異なり、露光波長で高いコントラストが得られるような半透膜が用いられており、その透過率はＣｒ遮光膜のそれと比べて高くなっている。
【０００９】
さらに描画機におけるパターン描画精度の向上に伴い、数ｎｍオーダーの微細な寸法ズレや位置ズレによって生じるようなムラが問題視されるようになってきている。このような微小な変動量によって生じる回折光コントラスト差の情報量は極めて乏しいため、それに応じた高感度・高分解能である検査撮像技術を確立する必要がある。
【００１０】
一方で、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャーマスクでは数１０μｍ程度のセルピッチを有するような既存製品に対するムラ検査ニーズも依然として高いのが現状であり、検査対象となる製品におけるセルピッチは多岐に渡ることとなる。そのため、撮像系としてフレキシブルに検査撮像倍率を可変できるような機能を具備していることが要求される。
【００１１】
またパターンにおける変動量が同一であっても、寸法ズレや位置ズレといったパターン変動形態、パターン形状の方向性によって発生するムラの様相、コントラストの強弱は異なる。そのため、１枚の製品検査における撮像回数が複数回にわたる可能性も生じてくる。検査に要するタクトタイムをなるべく短縮し高スループット化を実現するためにも、１回の撮像においてなるべく広い撮像視野を確保することが望まれる。
【００１２】
以下に公知文献を記す。
【特許文献１】特開２００２−１４８２１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出可能な周期性パターンのムラ検査装置、および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために為された請求項１に記載の発明は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、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装置であって、
前記基板を載置し、Ｘ軸、Ｙ軸およびθ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、
前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って、前記基板の被検査面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明光源手段と、
前記照明光源手段からの照明光を導光し、所定領域に照明光を照射するための照明ヘッド部と、
前記照明ヘッド部を支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に照明光を照射しつつ前記基板の被検査面に垂直な方向に対する照明光照射角度を制御可能な照明ヘッド駆動手段と、
前記照明ヘッド部によって照明光が前記周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する検査撮像手段と、
前記位置決め手段からの映像出力と、前記検査撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、
前記画像入力手段により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行い、かつ前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明光源手段、前記照明ヘッド部、前記照明ヘッド駆動手段、前記検査撮像手段の動作制御を行う処理・制御手段と、
前記位置決め手段および前記検査撮像手段にて撮像した画像、および前記処理・制御手段による処理画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするムラ検査装置としたものである。
【００１５】
また請求項２に記載の発明は、前記位置決め撮像手段が、高輝度スポット型のＬＥＤ照明を具備し、また検査対象基板に対して垂直に平行光を照射し、かつ検査対象基板からの垂直な反射光のみを抽出する光学系を具備することを特徴とする、請求項１に記載のムラ検査装置としたものである。
【００１６】
また請求項３に記載の発明は、前記検査撮像手段が、ラインセンサカメラおよび撮像倍率調整機構を有するレンズを具備していることを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００１７】
また請求項４に記載の発明は、前記照明ヘッド部が、検査対象基板に対してライン状の平行光を照射し、かつ前記検査撮像手段が、前期周期性パターンにより生じる回折光のうち、検査対象基板に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００１８】
また請求項５に記載の発明は、前記照明ヘッド部による照明が、透過照明または反射照明であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００１９】
また請求項６に記載の発明は、前記照明光源手段がメタルハライドランプであり、かつ動作時間に対する光量変動幅が１％以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００２０】
また請求項７に記載の発明は、前記照明光源手段は、内部にバンドパスフィルターが複数設置可能であり、かつ前記バンドパスフィルターを切り替え可能なフィルターチェンジャー部を内蔵していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００２１】
また請求項８に記載の発明は、前記処理・制御手段が、少なくとも１台以上の情報処理手段を備え、各々の情報処理手段はローカルエリアネットワークにて接続されており、情報分配手段を経由して撮像結果情報・処理結果情報の伝達を相互に行うことが可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００２２】
また請求項９に記載の発明は、基板上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斜め入射し、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、
前記周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光の測定を、前記複数の照射角度での照明について行い、各照射角度での回折光強度を取得し、回折光強度プロファイルを得る回折光強度取得工程と、
前記回折光強度取得工程において得られた回折光強度プロファイルと、前記検査対象基板情報入力工程において入力された前期周期性パターンに関する情報とを元に、照明光の照射角度、撮像倍率および照明光波長を設定する検査条件設定工程と、
検査条件設定工程にて設定された条件で、前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光を撮像する検査撮像工程と、
前記検査撮像工程で得られた映像出力を画像情報とする画像入力工程と、
前記画像入力工程により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行う情報処理工程と、
を有することを特徴とするムラ検査方法としたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の周期性パターンのムラ検査装置および方法によれば、周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を適用する周期性パターンのムラ検査装置の実施形態について説明する。図１は本発明によるムラ検査装置１の概略構成図である。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かつ被検査基板への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。
【００２５】
図１に示すように、本装置は透過照明部１０と、被検査基板６０の位置決め動作および検査撮像時におけるスキャンニング動作が可能なＸ−Ｙ−θステージ部２０と、被検査基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０と、被検査基板６０の検査画像を撮像するための検査撮像部４０と、処理・制御部１００から構成されている。
【００２６】
処理・制御部１００は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、検査撮像部４０を構成する機器類の動作制御を行い、アライメント用撮像部３０および検査撮像部４０からの映像出力を画像情報として画像入力を行い、画像強調処理等の演算処理を行う。処理・制御部１００の主要部である第１の情報処理手段１０１と第２の情報処理手段１０４は、情報分配手段１０５を用いて相互に画像情報・検査情報の授受を行い、さらにそれぞれの処理結果や処理画像を、表示手段１０８、１０９に表示する。
【００２７】
透過照明部１０では、円弧レール１１が設置されており、円弧レール１１にはライン型照明ヘッド１２が設けられており、光源１３からはライトガイド１４を用いて導光している。円弧レール１１上でライン型照明ヘッド１２を駆動することによって被検査基板６０の被検査面に対して垂直方向の照射角度調整を可能としている（なお、この駆動軸をφ軸と定義する）。円弧レール１１上のどの位置にあってもライン型照明ヘッド１２は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０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ステージ部２０上の被検査基板６０の被検査面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。
【００２８】
なお、ライン型照明ヘッド１２には平行光学系が設けられている。光源１３にはフィルターチェンジャー機構が設けられており、複数の波長選択フィルタを用いることが可能となっている。また、本実施形態では光源１３にはメタルハライドランプを用いており、動作時間に対する光量変動幅が１％以下で光量安定度が高いものを選定していることが特徴である。
【００２９】
図２は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０を模式的に示したものである。被検査基板６０は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０の所定の位置に載置される。被検査基板６０載置部は、中空であることが特徴である。
【００３０】
Ｘ−Ｙ−θステージ部２０は、被検査基板６０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、被検査基板６０をその被検査面内で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基板６０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基板６０を面内回転させることにより、被検査基板６０の被検査面内への照明照射方向の調整が可能である。
【００３１】
Ｙ軸方向への駆動は、被検査基板６０の搬送用と、検査撮像のためのスキャン時の駆動用を兼ねている。スキャン時の駆動は等速度性が確保されていることが望ましく、さらにはリニアエンコーダなどを利用した高精度位置決め機構を備えていることが望ましい。また、アライメント用撮像部３０および検査撮像部４０の被写界深度の値がある程度小さくても問題がないよう、ステージ側には除振機能が設けられていることが望ましい。
【００３２】
アライメント用撮像部３０は、カメラ３１、レンズ３２、照明３３、そして照明制御装置３４から構成される。被検査基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。なお、照明制御装置３４により、照明は点灯／消灯制御および照明光強度の調節ができるようになっており、実際の制御動作は処理・制御部１００により実施される。なお、本実施例ではカメラ３１にはエリアＣＣＤカメラを、レンズ３２には同軸落射形式の固定倍率テレセントリックレンズを、そして照明３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤを用いている。
【００３３】
検査撮像部４０は、画像を撮像する手段としてのカメラ４１と、撮像側平行光学系４２から構成される。カメラ４１としては、各種画素数のラインセンサカメラを使用することができるが、撮像視野をある程度確保するためにも、なるべく高画素数であることが望ましく、場合によっては多画素エリアカメラの選択も可能である。
【００３４】
撮像時におけるカメラ露光時間は、撮像倍率に応じて調整する必要がある。カメラ露光時間はカメララインレートを調整することにより可変であるが、撮像時のステージ速度がカメララインレートに依存するため、ステージ速度が上限値を超えないよう注意が必要である。なお本実施形態ではカメラ４１は８１９２画素のラインセンサカメラを用いているが、カメラ露光時間調整機能を用いても撮像画像における明るさが確保できない場合には、ＴＤＩラインセンサカメラを使用してもよい。また、複数台の性能の異なるカメラとカメラ切替機構を具備することにより、使用カメラの切替で検査毎に最適なものを選択できるようにしてもよい。
【００３５】
撮像側平行光学系４２には、光学倍率可変の電動ズームレンズを用いるが、絞りの自動調整機能が備わっていてもよい。撮像倍率は、被検査基板６０における周期性パターンのセルピッチにもよるが、０．２倍程度の低倍域から３倍程度の高倍域まで確保されていることが望ましい。
【００３６】
処理・制御部１００では、第１の情報処理手段１０１にて透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、および検査撮像部４０の動作管理および制御を行う。さらに第１の情報処理手段１０１では、アライメント用撮像部３０および検査撮像部４０からの映像出力を画像入力装置１０２、１０３によりディジタル化した画像情報として取り込み、該画像情報特徴量の数値化を行い、ムラ欠陥の検出を行う。第２の情報処理手段１０４では、第１の情報処理手段１０１にて処理された結果に対する合否判定、追加処理といったデータ処理を実施する。
【００３７】
データ処理手順としては、シェーディング補正や膨張・収縮処理等のノイズ除去処理や、フィルタリング処理等による画像強調処理、プロジェクション法等による特徴量抽出処理、欠陥部画像の切り出し処理、およびそれらの複合処理等が挙げられる。また、装置内にローカルエリアネットワークを構築することにより、情報分配手段１０５を経由して、検査撮像により得られた画像情報や処理情報の１０１と１０４の間でのデータ授受が可能であり、また外部記憶装置１０６に対しては、第１の情報処理手段１０１、および第２の情報処理手段１０４からの処理情報読み出し・書き込みが都度可能である。さらに、上位側情報分配手段１０７への接続により、他製造装置との情報共有、さらには装置稼動状況の伝達を行うことも可能である。
【００３８】
図３は、本発明の実施形態による検査方法を示すフローチャート図である。本発明の実施形態による検査方法は、Ｓ１〜Ｓ２０という一連のステップによって行われる。以下、各ステップの内容をステップ順に説明する。
【００３９】
装置電源の投入、装置イニシャライズなど、装置全体の立ち上げを行う（Ｓ１）。
【００４０】
被検査基板６０におけるセルピッチ、チップレイアウト、管理Ｎｏ．等の製品情報を、上位側情報分配手段１０７経由で第１の情報処理手段１０１へ読み込むか、あるいは直接第１の情報処理手段１０１へ入力する（Ｓ２）。
【００４１】
Ｘ−Ｙ−θステージ２０の所定の位置に、被検査基板６０を載置・固定する（Ｓ３）。
【００４２】
Ｘ−Ｙ−θステージ２０を駆動して、被検査基板６０をアライメント用撮像部３０の位置まで移動する（Ｓ４）
【００４３】
Ｘ、Ｙ、θ軸の調整とアライメント用撮像部３０により、被検査基板６０に対するアライメント動作を実施する（Ｓ５）。
【００４４】
アライメント動作完了後、検査撮像部４０の位置までＸ−Ｙ−θステージ２０を移動する（Ｓ６）。
【００４５】
検査撮像部４０、および透過照明部１０を活用して、周期性パターン配列方向に準ずる所定のθ軸位置において、複数のφの値に対して被検査基板６０における回折光強度を測定し、回折光強度プロファイルを得る（Ｓ７）。
【００４６】
カメラ４１としてラインカメラを用いた場合における、回折光強度プロファイル取得方法の一例について図４に模式的に示し、以下で少し説明する。
【００４７】
φ＝０°〜６０°の範囲で円弧レール１１を駆動させ、被検査基板６０へ照明光を投光する。その際、被検査基板６０上の周期性パターンにおいて発生する回折光強度は連続的に変化することとなる。この回折光強度変化を、円弧レール１１の動作とラインカメラの露光タイミングを同期させた状態でスキャンニング撮像を実施することで取得する。この時、被検査基板６０は固定したままである。
【００４８】
取得された回折光強度変化は画像入力装置１０２を経由して画像情報として第１の情報処理手段１０１に取り込まれ、画像イメージが形成される。この時、画像上下方向のピクセル数は、円弧レールの駆動角度範囲内で露光撮像を行った回数分となる（図４中では角度刻み幅０．５°の場合を示してある）。
【００４９】
このようにして得られた画像イメージに対し、画像上下方向に対して輝度値のラインプロファイルを作成する、この時、幅方向のピクセル数（図中では８１９２ピクセル）全てにおいて画像上下方向のラインプロファイルを作成し、幅方向のピクセル数で割った平均プロファイルを用いても良い。得られたプロファイルに対して、データ補間や平滑化といった所定のデータ処理を実施し、回折光強度プロファイルが作成される。
【００５０】
Ｓ２にて入力された製品情報からφに対する回折光強度ピークを算出する（Ｓ８）。
【００５１】
Ｓ７にて得られた回折光強度プロファイルピーク位置と、Ｓ８にて算出された回折光強度ピークとの比較から、φ軸における透過照明角度条件を決定する（Ｓ９）。
【００５２】
Ｓ２にて入力された製品情報を基に、撮像倍率、カメララインレート等の撮像条件を決定する（Ｓ１０）。
【００５３】
上記Ｓ７〜Ｓ１０による検査条件の設定が終了した後、Ｘ−Ｙ−θステージ２０を所定の動作に従って駆動させ、カメラ４１による撮像により画像情報を取得する。また、同一範囲での撮像を複数回繰り返し、複数の検査画像を取得してもよい。このように複数回の撮像を行う場合には、撮像時ごとに透過照明部および撮像部の設定を異なる設定に変更し、複数の異なる検査条件下における検査画像を取得しても良い（Ｓ１１）。
【００５４】
以上のようにして得られた検査画像に対して、第１の情報処理手段１０１にてシェーディング補正や膨張・収縮処理等のノイズ除去処理、フィルタリング処理等による画像強調処理、プロジェクション法等による特徴量抽出処理、ムラ欠陥画像切り出し等の各種データ処理を行い、検査画像の特徴量を数値化し、被検査基板６０に対する検査結果を外部記憶装置１０６に対して出力する。なお出力された検査結果に対しては、上位側情報分配手段１０７を経由して、指定された外部端末から結果を閲覧可能としても良い（Ｓ１２〜Ｓ１４）。
【００５５】
さらに、必要に応じて第２の情報処理手段１０４を活用し、検査結果に対し、ムラ欠陥の分類や数値についてその結果の妥当性を判断するためのレビュー処理を実行する。第２の情報処理手段１０４から情報分配手段１０５を経由して外部記憶装置１０６に接続し、ムラ欠陥画像、検査結果情報を読み込む。読み込んだ情報を基にレビュー処理を実行し、最終的な判定処理を下した後、検査結果の出力を行う（Ｓ１５、Ｓ１６）。
【００５６】
これらの手順により被検査基板６０の検査が終了した後、Ｘ−Ｙ−θステージを初期位置へ移動し、被検査基板６０を搬出し、装置全体の立ち下げを行い、本装置における周期性パターンのムラ検査の全工程が終了する（Ｓ１７〜Ｓ２０）。
【００５７】
以上に記述した各工程における一連の動作は、対人操作装置１１０、１１１による操作あるいは予め組み込まれたプログラムによって実行され、これらの検査経過情報や出力結果等が表示装置１０８、１０９に表示される。
【００５８】
以上で説明した周期性パターンのムラ検査装置は、斜め方向からの投光を行うことによって生じる、周期性パターンでの透過回折光を撮像することを特徴とするものである。
【００５９】
このように構成された周期性パターンのムラ検査装置においては、透過照明部１０から照射された光が、被検査基板６０の周期性パターンにて回折され、その回折光が画像として検査撮像部４０により捉えられる。回折光においては、スリット部または開口部の形状やピッチの差異が強調される効果があり、さらに照明の入射角度を少しずつ変化させることによっても回折光の差異は強調される。
【００６０】
被検査基板６０にて回折された回折光は、フォトマスクやブラックマトリクスの線幅やスリット幅、パターンの寸法や位置ズレ等に微妙な変動があると、その変動部において光の回折角が変化するため、検査撮像部４０によって捉えられた画像は変動部に起因したムラを強調した画像となる（図５に模式的に示す）。さらに、透過照明部１０、検査撮像部４０に平行光学系を用いることによって、回折光の変動をより精度良く強調した画像を捉えることが可能となる。
【００６１】
また図６に、ラインセンサカメラにより被検査基板６０としてフォトマスクを検査した場合におけるムラ可視化例を模式的に示す。ここで用いたラインセンサカメラのＣＣＤセルサイズは７μｍであり、この時の撮像倍率は０．３５倍である。したがって撮像分解能は２０μｍである。この時のカメラ視野幅は１６３ｍｍ程度であり、１度のスキャン撮像にてフォトマスク全面におけるムラ欠陥画像の取得が短時間で可能である。なおこの場合、６インチサイズのフォトマスクに対して撮像を実行した場合、１回のスキャンに要する時間は１秒以内である。
【００６２】
上記のようにして、周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出することができる。
【００６３】
また、動作時間に対する光量変動幅が１％以下で光量安定度が高い光源を採用したことにより、検査により取得される画像の安定性・検査結果再現性を確保することが可能となる。
【００６４】
そして、判定されたムラの種類、ムラ部の位置やレベル等をムラ画像と同時に表示装置１０８および１０９に表示することで、ムラのモニター用途としての利用も有効となっている。
【００６５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、周期性パターンのムラを安定に、高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の周期性パターンのムラ検査装置概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明における、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０の模式図である。
【図３】本発明の検査方法の実施形態を示すフローチャート図である。
【図４】本発明における、回折光強度プロファイル取得手段例の模式図である。
【図５】本発明における、回折光による周期性パターンムラ可視化例の模式図である。
【図６】本発明における、フォトマスクを被検査基板とした場合におけるムラ可視化例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 透過照明部
１１ 円弧レール
１２ ライン型照明ヘッド
１３ 光源
１４ ライトガイド
２０ Ｘ−Ｙ−θステージ部
３０ アライメント用撮像部
３１ カメラ
３２ レンズ
３３ 照明
３４ 照明制御装置
４０ 検査撮像部
４１ カメラ
４２ 撮像側平行光学系
６０ 被検査基板
１００ 処理・制御部
１０１ 第１の情報処理手段
１０２ 画像入力装置
１０３ 画像入力装置
１０４ 第２の情報処理手段
１０５ 情報分配手段
１０６ 外部記憶装置
１０７ 上位側情報分配手段
１０８ 表示手段
１０９ 表示手段
１１０ 対人操作手段
１１１ 対人操作手段
１１２ プリンタ
【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を検査するための装置および方法に関する。周期性パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、例えば、パターンが所定のピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、または開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列したマトリクス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ー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。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置、撮像デバイスおよび表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。
【０００３】
フォトマスクのような周期性パターンにおけるムラ欠陥は、通常微細なピッチズレや位置ズレが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であるが、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される欠陥である。
【０００４】
従来の周期性パターンにおけるムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明を用いて透過率画像を撮像し、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部の視認を行っている。しかし、正常部とムラ部における光の強度差は決して大きいわけではなく、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アップを図り、ムラ部を抽出し検査を行っている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、上記従来技術においては、格子状周期性パターンのブラックマトリクスのムラ、特に開口部の大きいブラックマトリクスのムラの撮像において、正常部とムラ部でのコントラスト向上が期待されず、強度差の処理を工夫したとしても元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。
【０００６】
一方、半導体の微細化や、微細な表示と明るい画面の電子部品の増加により、前記周期性パターンでは微細化、または開口部比率の増大傾向が進んでいる。将来的には、より開口部の大きい、より微細形状の周期性パターンのムラ検査装置およびその方法が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界がある。
【０００７】
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ムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な周期性パターンムラ検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する、例えば特許文献２のような検査装置が提案された。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、正常部とムラ部における回折光強度コントラストの違いから、ムラ部を検出する方式をとっている。
【０００８】
ところで、周期性パターン、例えばフォトマスクにおいては、パターンの微細化が急速に進んでおり、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクにおいては、ウエハ転写時におけるセルピッチが１μｍに迫るほどである。さらに、パターン微細化が進んでいることへの技術対策として各種のパターン解像力向上技法が提案されてきており、その中の一つとしてハーフトーンマスクが利用されてきている。ハーフトーンマスクは従来のＣｒマスクと異なり、露光波長で高いコントラストが得られるような半透膜が用いられており、その透過率はＣｒ遮光膜のそれと比べて高くなっている。
【０００９】
さらに描画機におけるパターン描画精度の向上に伴い、数ｎｍオーダーの微細な寸法ズレや位置ズレによって生じるようなムラが問題視されるようになってきている。このような微小な変動量によって生じる回折光コントラスト差の情報量は極めて乏しいため、それに応じた高感度・高分解能である検査撮像技術を確立する必要がある。
【００１０】
一方で、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャーマスクでは数１０μｍ程度のセルピッチを有するような既存製品に対するムラ検査ニーズも依然として高いのが現状であり、検査対象となる製品におけるセルピッチは多岐に渡ることとなる。そのため、撮像系としてフレキシブルに検査撮像倍率を可変できるような機能を具備していることが要求される。
【００１１】
またパターンにおける変動量が同一であっても、寸法ズレや位置ズレといったパターン変動形態、パターン形状の方向性によって発生するムラの様相、コントラストの強弱は異なる。そのため、１枚の製品検査における撮像回数が複数回にわたる可能性も生じてくる。検査に要するタクトタイムをなるべく短縮し高スループット化を実現するためにも、１回の撮像においてなるべく広い撮像視野を確保することが望まれる。
【００１２】
以下に公知文献を記す。
【特許文献１】特開２００２−１４８２１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出可能な周期性パターンのムラ検査装置、および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために為された請求項１に記載の発明は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、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装置であって、
前記基板を載置し、Ｘ軸、Ｙ軸およびθ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、
前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って、前記基板の被検査面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明光源手段と、
前記照明光源手段からの照明光を導光し、所定領域に照明光を照射するための照明ヘッド部と、
前記照明ヘッド部を支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に照明光を照射しつつ前記基板の被検査面に垂直な方向に対する照明光照射角度を制御可能な照明ヘッド駆動手段と、
前記照明ヘッド部によって照明光が前記周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する検査撮像手段と、
前記位置決め手段からの映像出力と、前記検査撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、
前記画像入力手段により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行い、かつ前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明光源手段、前記照明ヘッド部、前記照明ヘッド駆動手段、前記検査撮像手段の動作制御を行う処理・制御手段と、
前記位置決め手段および前記検査撮像手段にて撮像した画像、および前記処理・制御手段による処理画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするムラ検査装置としたものである。
【００１５】
また請求項２に記載の発明は、前記位置決め撮像手段が、高輝度スポット型のＬＥＤ照明を具備し、また検査対象基板に対して垂直に平行光を照射し、かつ検査対象基板からの垂直な反射光のみを抽出する光学系を具備することを特徴とする、請求項１に記載のムラ検査装置としたものである。
【００１６】
また請求項３に記載の発明は、前記検査撮像手段が、ラインセンサカメラおよび撮像倍率調整機構を有するレンズを具備していることを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００１７】
また請求項４に記載の発明は、前記照明ヘッド部が、検査対象基板に対してライン状の平行光を照射し、かつ前記検査撮像手段が、前期周期性パターンにより生じる回折光のうち、検査対象基板に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００１８】
また請求項５に記載の発明は、前記照明ヘッド部による照明が、透過照明または反射照明であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００１９】
また請求項６に記載の発明は、前記照明光源手段がメタルハライドランプであり、かつ動作時間に対する光量変動幅が１％以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００２０】
また請求項７に記載の発明は、前記照明光源手段は、内部にバンドパスフィルターが複数設置可能であり、かつ前記バンドパスフィルターを切り替え可能なフィルターチェンジャー部を内蔵していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００２１】
また請求項８に記載の発明は、前記処理・制御手段が、少なくとも１台以上の情報処理手段を備え、各々の情報処理手段はローカルエリアネットワークにて接続されており、情報分配手段を経由して撮像結果情報・処理結果情報の伝達を相互に行うことが可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のムラ検査装置としたものである。
【００２２】
また請求項９に記載の発明は、基板上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斜め入射し、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、
前記周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光の測定を、前記複数の照射角度での照明について行い、各照射角度での回折光強度を取得し、回折光強度プロファイルを得る回折光強度取得工程と、
前記回折光強度取得工程において得られた回折光強度プロファイルと、前記検査対象基板情報入力工程において入力された前期周期性パターンに関する情報とを元に、照明光の照射角度、撮像倍率および照明光波長を設定する検査条件設定工程と、
検査条件設定工程にて設定された条件で、前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光を撮像する検査撮像工程と、
前記検査撮像工程で得られた映像出力を画像情報とする画像入力工程と、
前記画像入力工程により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行う情報処理工程と、
を有することを特徴とするムラ検査方法としたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の周期性パターンのムラ検査装置および方法によれば、周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を適用する周期性パターンのムラ検査装置の実施形態について説明する。図１は本発明によるムラ検査装置１の概略構成図である。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かつ被検査基板への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。
【００２５】
図１に示すように、本装置は透過照明部１０と、被検査基板６０の位置決め動作および検査撮像時におけるスキャンニング動作が可能なＸ−Ｙ−θステージ部２０と、被検査基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０と、被検査基板６０の検査画像を撮像するための検査撮像部４０と、処理・制御部１００から構成されている。
【００２６】
処理・制御部１００は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、検査撮像部４０を構成する機器類の動作制御を行い、アライメント用撮像部３０および検査撮像部４０からの映像出力を画像情報として画像入力を行い、画像強調処理等の演算処理を行う。処理・制御部１００の主要部である第１の情報処理手段１０１と第２の情報処理手段１０４は、情報分配手段１０５を用いて相互に画像情報・検査情報の授受を行い、さらにそれぞれの処理結果や処理画像を、表示手段１０８、１０９に表示する。
【００２７】
透過照明部１０では、円弧レール１１が設置されており、円弧レール１１にはライン型照明ヘッド１２が設けられており、光源１３からはライトガイド１４を用いて導光している。円弧レール１１上でライン型照明ヘッド１２を駆動することによって被検査基板６０の被検査面に対して垂直方向の照射角度調整を可能としている（なお、この駆動軸をφ軸と定義する）。円弧レール１１上のどの位置にあってもライン型照明ヘッド１２は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０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ステージ部２０上の被検査基板６０の被検査面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。
【００２８】
なお、ライン型照明ヘッド１２には平行光学系が設けられている。光源１３にはフィルターチェンジャー機構が設けられており、複数の波長選択フィルタを用いることが可能となっている。また、本実施形態では光源１３にはメタルハライドランプを用いており、動作時間に対する光量変動幅が１％以下で光量安定度が高いものを選定していることが特徴である。
【００２９】
図２は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０を模式的に示したものである。被検査基板６０は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０の所定の位置に載置される。被検査基板６０載置部は、中空であることが特徴である。
【００３０】
Ｘ−Ｙ−θステージ部２０は、被検査基板６０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、被検査基板６０をその被検査面内で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基板６０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基板６０を面内回転させることにより、被検査基板６０の被検査面内への照明照射方向の調整が可能である。
【００３１】
Ｙ軸方向への駆動は、被検査基板６０の搬送用と、検査撮像のためのスキャン時の駆動用を兼ねている。スキャン時の駆動は等速度性が確保されていることが望ましく、さらにはリニアエンコーダなどを利用した高精度位置決め機構を備えていることが望ましい。また、アライメント用撮像部３０および検査撮像部４０の被写界深度の値がある程度小さくても問題がないよう、ステージ側には除振機能が設けられていることが望ましい。
【００３２】
アライメント用撮像部３０は、カメラ３１、レンズ３２、照明３３、そして照明制御装置３４から構成される。被検査基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。なお、照明制御装置３４により、照明は点灯／消灯制御および照明光強度の調節ができるようになっており、実際の制御動作は処理・制御部１００により実施される。なお、本実施例ではカメラ３１にはエリアＣＣＤカメラを、レンズ３２には同軸落射形式の固定倍率テレセントリックレンズを、そして照明３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤを用いている。
【００３３】
検査撮像部４０は、画像を撮像する手段としてのカメラ４１と、撮像側平行光学系４２から構成される。カメラ４１としては、各種画素数のラインセンサカメラを使用することができるが、撮像視野をある程度確保するためにも、なるべく高画素数であることが望ましく、場合によっては多画素エリアカメラの選択も可能である。
【００３４】
撮像時におけるカメラ露光時間は、撮像倍率に応じて調整する必要がある。カメラ露光時間はカメララインレートを調整することにより可変であるが、撮像時のステージ速度がカメララインレートに依存するため、ステージ速度が上限値を超えないよう注意が必要である。なお本実施形態ではカメラ４１は８１９２画素のラインセンサカメラを用いているが、カメラ露光時間調整機能を用いても撮像画像における明るさが確保できない場合には、ＴＤＩラインセンサカメラを使用してもよい。また、複数台の性能の異なるカメラとカメラ切替機構を具備することにより、使用カメラの切替で検査毎に最適なものを選択できるようにしてもよい。
【００３５】
撮像側平行光学系４２には、光学倍率可変の電動ズームレンズを用いるが、絞りの自動調整機能が備わっていてもよい。撮像倍率は、被検査基板６０における周期性パターンのセルピッチにもよるが、０．２倍程度の低倍域から３倍程度の高倍域まで確保されていることが望ましい。
【００３６】
処理・制御部１００では、第１の情報処理手段１０１にて透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、および検査撮像部４０の動作管理および制御を行う。さらに第１の情報処理手段１０１では、アライメント用撮像部３０および検査撮像部４０からの映像出力を画像入力装置１０２、１０３によりディジタル化した画像情報として取り込み、該画像情報特徴量の数値化を行い、ムラ欠陥の検出を行う。第２の情報処理手段１０４では、第１の情報処理手段１０１にて処理された結果に対する合否判定、追加処理といったデータ処理を実施する。
【００３７】
データ処理手順としては、シェーディング補正や膨張・収縮処理等のノイズ除去処理や、フィルタリング処理等による画像強調処理、プロジェクション法等による特徴量抽出処理、欠陥部画像の切り出し処理、およびそれらの複合処理等が挙げられる。また、装置内にローカルエリアネットワークを構築することにより、情報分配手段１０５を経由して、検査撮像により得られた画像情報や処理情報の１０１と１０４の間でのデータ授受が可能であり、また外部記憶装置１０６に対しては、第１の情報処理手段１０１、および第２の情報処理手段１０４からの処理情報読み出し・書き込みが都度可能である。さらに、上位側情報分配手段１０７への接続により、他製造装置との情報共有、さらには装置稼動状況の伝達を行うことも可能である。
【００３８】
図３は、本発明の実施形態による検査方法を示すフローチャート図である。本発明の実施形態による検査方法は、Ｓ１〜Ｓ２０という一連のステップによって行われる。以下、各ステップの内容をステップ順に説明する。
【００３９】
装置電源の投入、装置イニシャライズなど、装置全体の立ち上げを行う（Ｓ１）。
【００４０】
被検査基板６０におけるセルピッチ、チップレイアウト、管理Ｎｏ．等の製品情報を、上位側情報分配手段１０７経由で第１の情報処理手段１０１へ読み込むか、あるいは直接第１の情報処理手段１０１へ入力する（Ｓ２）。
【００４１】
Ｘ−Ｙ−θステージ２０の所定の位置に、被検査基板６０を載置・固定する（Ｓ３）。
【００４２】
Ｘ−Ｙ−θステージ２０を駆動して、被検査基板６０をアライメント用撮像部３０の位置まで移動する（Ｓ４）
【００４３】
Ｘ、Ｙ、θ軸の調整とアライメント用撮像部３０により、被検査基板６０に対するアライメント動作を実施する（Ｓ５）。
【００４４】
アライメント動作完了後、検査撮像部４０の位置までＸ−Ｙ−θステージ２０を移動する（Ｓ６）。
【００４５】
検査撮像部４０、および透過照明部１０を活用して、周期性パターン配列方向に準ずる所定のθ軸位置において、複数のφの値に対して被検査基板６０における回折光強度を測定し、回折光強度プロファイルを得る（Ｓ７）。
【００４６】
カメラ４１としてラインカメラを用いた場合における、回折光強度プロファイル取得方法の一例について図４に模式的に示し、以下で少し説明する。
【００４７】
φ＝０°〜６０°の範囲で円弧レール１１を駆動させ、被検査基板６０へ照明光を投光する。その際、被検査基板６０上の周期性パターンにおいて発生する回折光強度は連続的に変化することとなる。この回折光強度変化を、円弧レール１１の動作とラインカメラの露光タイミングを同期させた状態でスキャンニング撮像を実施することで取得する。この時、被検査基板６０は固定したままである。
【００４８】
取得された回折光強度変化は画像入力装置１０２を経由して画像情報として第１の情報処理手段１０１に取り込まれ、画像イメージが形成される。この時、画像上下方向のピクセル数は、円弧レールの駆動角度範囲内で露光撮像を行った回数分となる（図４中では角度刻み幅０．５°の場合を示してある）。
【００４９】
このようにして得られた画像イメージに対し、画像上下方向に対して輝度値のラインプロファイルを作成する、この時、幅方向のピクセル数（図中では８１９２ピクセル）全てにおいて画像上下方向のラインプロファイルを作成し、幅方向のピクセル数で割った平均プロファイルを用いても良い。得られたプロファイルに対して、データ補間や平滑化といった所定のデータ処理を実施し、回折光強度プロファイルが作成される。
【００５０】
Ｓ２にて入力された製品情報からφに対する回折光強度ピークを算出する（Ｓ８）。
【００５１】
Ｓ７にて得られた回折光強度プロファイルピーク位置と、Ｓ８にて算出された回折光強度ピークとの比較から、φ軸における透過照明角度条件を決定する（Ｓ９）。
【００５２】
Ｓ２にて入力された製品情報を基に、撮像倍率、カメララインレート等の撮像条件を決定する（Ｓ１０）。
【００５３】
上記Ｓ７〜Ｓ１０による検査条件の設定が終了した後、Ｘ−Ｙ−θステージ２０を所定の動作に従って駆動させ、カメラ４１による撮像により画像情報を取得する。また、同一範囲での撮像を複数回繰り返し、複数の検査画像を取得してもよい。このように複数回の撮像を行う場合には、撮像時ごとに透過照明部および撮像部の設定を異なる設定に変更し、複数の異なる検査条件下における検査画像を取得しても良い（Ｓ１１）。
【００５４】
以上のようにして得られた検査画像に対して、第１の情報処理手段１０１にてシェーディング補正や膨張・収縮処理等のノイズ除去処理、フィルタリング処理等による画像強調処理、プロジェクション法等による特徴量抽出処理、ムラ欠陥画像切り出し等の各種データ処理を行い、検査画像の特徴量を数値化し、被検査基板６０に対する検査結果を外部記憶装置１０６に対して出力する。なお出力された検査結果に対しては、上位側情報分配手段１０７を経由して、指定された外部端末から結果を閲覧可能としても良い（Ｓ１２〜Ｓ１４）。
【００５５】
さらに、必要に応じて第２の情報処理手段１０４を活用し、検査結果に対し、ムラ欠陥の分類や数値についてその結果の妥当性を判断するためのレビュー処理を実行する。第２の情報処理手段１０４から情報分配手段１０５を経由して外部記憶装置１０６に接続し、ムラ欠陥画像、検査結果情報を読み込む。読み込んだ情報を基にレビュー処理を実行し、最終的な判定処理を下した後、検査結果の出力を行う（Ｓ１５、Ｓ１６）。
【００５６】
これらの手順により被検査基板６０の検査が終了した後、Ｘ−Ｙ−θステージを初期位置へ移動し、被検査基板６０を搬出し、装置全体の立ち下げを行い、本装置における周期性パターンのムラ検査の全工程が終了する（Ｓ１７〜Ｓ２０）。
【００５７】
以上に記述した各工程における一連の動作は、対人操作装置１１０、１１１による操作あるいは予め組み込まれたプログラムによって実行され、これらの検査経過情報や出力結果等が表示装置１０８、１０９に表示される。
【００５８】
以上で説明した周期性パターンのムラ検査装置は、斜め方向からの投光を行うことによって生じる、周期性パターンでの透過回折光を撮像することを特徴とするものである。
【００５９】
このように構成された周期性パターンのムラ検査装置においては、透過照明部１０から照射された光が、被検査基板６０の周期性パターンにて回折され、その回折光が画像として検査撮像部４０により捉えられる。回折光においては、スリット部または開口部の形状やピッチの差異が強調される効果があり、さらに照明の入射角度を少しずつ変化させることによっても回折光の差異は強調される。
【００６０】
被検査基板６０にて回折された回折光は、フォトマスクやブラックマトリクスの線幅やスリット幅、パターンの寸法や位置ズレ等に微妙な変動があると、その変動部において光の回折角が変化するため、検査撮像部４０によって捉えられた画像は変動部に起因したムラを強調した画像となる（図５に模式的に示す）。さらに、透過照明部１０、検査撮像部４０に平行光学系を用いることによって、回折光の変動をより精度良く強調した画像を捉えることが可能となる。
【００６１】
また図６に、ラインセンサカメラにより被検査基板６０としてフォトマスクを検査した場合におけるムラ可視化例を模式的に示す。ここで用いたラインセンサカメラのＣＣＤセルサイズは７μｍであり、この時の撮像倍率は０．３５倍である。したがって撮像分解能は２０μｍである。この時のカメラ視野幅は１６３ｍｍ程度であり、１度のスキャン撮像にてフォトマスク全面におけるムラ欠陥画像の取得が短時間で可能である。なおこの場合、６インチサイズのフォトマスクに対して撮像を実行した場合、１回のスキャンに要する時間は１秒以内である。
【００６２】
上記のようにして、周期性のあるパターン、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、数ｎｍオーダーの寸法ズレや位置ズレによって生じるムラを高精度に撮像、検出することができる。
【００６３】
また、動作時間に対する光量変動幅が１％以下で光量安定度が高い光源を採用したことにより、検査により取得される画像の安定性・検査結果再現性を確保することが可能となる。
【００６４】
そして、判定されたムラの種類、ムラ部の位置やレベル等をムラ画像と同時に表示装置１０８および１０９に表示することで、ムラのモニター用途としての利用も有効となっている。
【００６５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、周期性パターンのムラを安定に、高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の周期性パターンのムラ検査装置概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明における、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０の模式図である。
【図３】本発明の検査方法の実施形態を示すフローチャート図である。
【図４】本発明における、回折光強度プロファイル取得手段例の模式図である。
【図５】本発明における、回折光による周期性パターンムラ可視化例の模式図である。
【図６】本発明における、フォトマスクを被検査基板とした場合におけるムラ可視化例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 透過照明部
１１ 円弧レール
１２ ライン型照明ヘッド
１３ 光源
１４ ライトガイド
２０ Ｘ−Ｙ−θステージ部
３０ アライメント用撮像部
３１ カメラ
３２ レンズ
３３ 照明
３４ 照明制御装置
４０ 検査撮像部
４１ カメラ
４２ 撮像側平行光学系
６０ 被検査基板
１００ 処理・制御部
１０１ 第１の情報処理手段
１０２ 画像入力装置
１０３ 画像入力装置
１０４ 第２の情報処理手段
１０５ 情報分配手段
１０６ 外部記憶装置
１０７ 上位側情報分配手段
１０８ 表示手段
１０９ 表示手段
１１０ 対人操作手段
１１１ 対人操作手段
１１２ プリンタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、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装置であって、
前記基板を載置し、Ｘ軸、Ｙ軸およびθ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、
前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って、前記基板の被検査面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明光源手段と、
前記照明光源手段からの照明光を導光し、所定領域に照明光を照射するための照明ヘッド部と、
前記照明ヘッド部を支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に照明光を照射しつつ前記基板の被検査面に垂直な方向に対する照明光照射角度を制御可能な照明ヘッド駆動手段と、
前記照明ヘッド部によって照明光が前記周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する検査撮像手段と、
前記位置決め手段からの映像出力と、前記検査撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、
前記画像入力手段により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行い、かつ前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明光源手段、前記照明ヘッド部、前記照明ヘッド駆動手段、前記検査撮像手段の動作制御を行う処理・制御手段と、
前記位置決め手段および前記検査撮像手段にて撮像した画像、および前記処理・制御手段による処理画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするムラ検査装置。
【請求項２】
前記位置決め手段が、高輝度スポット型のＬＥＤ照明を具備し、また検査対象基板に対して垂直に平行光を照射し、かつ検査対象基板からの垂直な反射光のみを抽出する光学系を具備することを特徴とする、請求項１に記載のムラ検査装置。
【請求項３】
前記検査撮像手段が、ラインセンサカメラおよび撮像倍率調整機構を有するレンズを具備していることを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項４】
前記照明ヘッド部が検査対象基板に対してライン状の平行光を照射し、かつ前記検査撮像手段が、前記基板の周期性パターンにより生じる回折光のうち、前記基板の被検査面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項５】
前記照明ヘッド部による照明が、透過照明または反射照明であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項６】
前記照明光源手段がメタルハライドランプであり、かつ動作時間に対する光量変動幅が１％以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項７】
前記照明光源手段は、内部にバンドパスフィルターが複数設置可能であり、かつ前記バンドパスフィルターを切り替え可能なフィルターチェンジャー部を内蔵していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項８】
前記処理・制御手段が、少なくとも１台以上の情報処理手段を備え、各々の情報処理手段はローカルエリアネットワークにて接続されており、情報分配手段を経由して撮像結果情報・処理結果情報の伝達を相互に行うことが可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項９】
基板上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斜め入射し、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、
前記周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光の測定を、前記複数の照射角度での照明について行い、各照射角度での回折光強度を取得し、回折光強度プロファイルを得る回折光強度取得工程と、
前記回折光強度取得工程において得られた回折光強度プロファイルと、前記検査対象基板情報入力工程において入力された前期周期性パターンに関する情報とを元に、照明光の照射角度、撮像倍率および照明光波長を設定する検査条件設定工程と、
検査条件設定工程にて設定された条件で、前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光を撮像する検査撮像工程と、
前記検査撮像工程で得られた映像出力を画像情報とする画像入力工程と、
前記画像入力工程により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行う情報処理工程と、
を有することを特徴とするムラ検査方法。
【請求項１】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし、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装置であって、
前記基板を載置し、Ｘ軸、Ｙ軸およびθ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、
前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って、前記基板の被検査面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明光源手段と、
前記照明光源手段からの照明光を導光し、所定領域に照明光を照射するための照明ヘッド部と、
前記照明ヘッド部を支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に照明光を照射しつつ前記基板の被検査面に垂直な方向に対する照明光照射角度を制御可能な照明ヘッド駆動手段と、
前記照明ヘッド部によって照明光が前記周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する検査撮像手段と、
前記位置決め手段からの映像出力と、前記検査撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、
前記画像入力手段により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行い、かつ前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明光源手段、前記照明ヘッド部、前記照明ヘッド駆動手段、前記検査撮像手段の動作制御を行う処理・制御手段と、
前記位置決め手段および前記検査撮像手段にて撮像した画像、および前記処理・制御手段による処理画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするムラ検査装置。
【請求項２】
前記位置決め手段が、高輝度スポット型のＬＥＤ照明を具備し、また検査対象基板に対して垂直に平行光を照射し、かつ検査対象基板からの垂直な反射光のみを抽出する光学系を具備することを特徴とする、請求項１に記載のムラ検査装置。
【請求項３】
前記検査撮像手段が、ラインセンサカメラおよび撮像倍率調整機構を有するレンズを具備していることを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項４】
前記照明ヘッド部が検査対象基板に対してライン状の平行光を照射し、かつ前記検査撮像手段が、前記基板の周期性パターンにより生じる回折光のうち、前記基板の被検査面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項５】
前記照明ヘッド部による照明が、透過照明または反射照明であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項６】
前記照明光源手段がメタルハライドランプであり、かつ動作時間に対する光量変動幅が１％以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項７】
前記照明光源手段は、内部にバンドパスフィルターが複数設置可能であり、かつ前記バンドパスフィルターを切り替え可能なフィルターチェンジャー部を内蔵していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項８】
前記処理・制御手段が、少なくとも１台以上の情報処理手段を備え、各々の情報処理手段はローカルエリアネットワークにて接続されており、情報分配手段を経由して撮像結果情報・処理結果情報の伝達を相互に行うことが可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のムラ検査装置。
【請求項９】
基板上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斜め入射し、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、
前記周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光の測定を、前記複数の照射角度での照明について行い、各照射角度での回折光強度を取得し、回折光強度プロファイルを得る回折光強度取得工程と、
前記回折光強度取得工程において得られた回折光強度プロファイルと、前記検査対象基板情報入力工程において入力された前期周期性パターンに関する情報とを元に、照明光の照射角度、撮像倍率および照明光波長を設定する検査条件設定工程と、
検査条件設定工程にて設定された条件で、前記周期性パターンに照明光を照射すると生じる回折光を撮像する検査撮像工程と、
前記検査撮像工程で得られた映像出力を画像情報とする画像入力工程と、
前記画像入力工程により得られた画像情報について、欠陥部抽出・判定および解析処理を行う情報処理工程と、
を有することを特徴とするムラ検査方法。
【図３】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２２２６３１（Ｐ２００９−２２２６３１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６９００８（Ｐ２００８−６９００８）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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