検査条件の調整用パターン、およびそれを用いた検査条件の調整方法
【課題】周期性パターンが形成された基板は、周期性パターンの回折現象によって生じる擬似欠陥をスジ状ムラ欠陥として誤判断し易く、検査精度に問題が残る。本発明の課題は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、実欠陥と擬似欠陥とを高精度に弁別できる検査用パターン及び検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
ムラ欠陥検査装置に用いるムラ検査用パターンが、前記基板と同一の材料でかつ同一の製法でパターンが形成され、該パターンが互いに直行するＸ方向、Ｙ方向において、それぞれ最小パターンピッチをＭｉｎ、パターンピッチ増量分をΔ、最大パターンピッチをＭａｘとすると、Ｍｉｎ，Ｍｉｎ＋Δ，Ｍｉｎ＋２Δ・・Ｍｉｎ＋ｎΔ，Ｍａｘの少なくとも１種類のパターンピッチでパターンが等間隔に配列していることを特徴とするムラ検査用パターン。
【解決手段】
ムラ欠陥検査装置に用いるムラ検査用パターンが、前記基板と同一の材料でかつ同一の製法でパターンが形成され、該パターンが互いに直行するＸ方向、Ｙ方向において、それぞれ最小パターンピッチをＭｉｎ、パターンピッチ増量分をΔ、最大パターンピッチをＭａｘとすると、Ｍｉｎ，Ｍｉｎ＋Δ，Ｍｉｎ＋２Δ・・Ｍｉｎ＋ｎΔ，Ｍａｘの少なくとも１種類のパターンピッチでパターンが等間隔に配列していることを特徴とするムラ検査用パターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にパターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に照明光を斜め入射し、パターンにより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行い、ムラ欠陥検査を行う検査装置の撮像系における、光学倍率および焦点位置などの検査条件を調整するために使用する光学倍率調整用パターン、それを用いた調整方法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上の周期性パターン、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基板としては特に、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
周期性のあるパターン、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクムラを安定的、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１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、その次数毎に種々の方向に、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。
【０００６】
特許文献１で紹介したようなＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクでは、パターンピッチは５μｍ〜３０μｍ程度である。しかし、例えばＬＣＤ製造用フォトマスクでは、そのパターンピッチは２０μｍ程度のものから１０００μｍ程度のものまで幅広く存在し、割合としてはＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクよりもパターンピッチが大きいものが多い。パターンピッチが大きくなると、マクロ撮像を行った場合でも合焦点位置において被検査画像中でパターンが解像してしまう。このパターン解像と呼ばれる現象は、その発生様式が、代表的なムラ欠陥として知られるスジムラと酷似していることや、あるいは表示装置画素との干渉によるモアレを発生させるなどということから、被処理画像上にて所謂擬似欠陥として振舞ってしまう。検査画像上で実欠陥と擬似欠陥との弁別を行う事は極めて難しく、検査精度が低下してしまう問題がある。
【０００７】
パターン解像影響を低減させる手法としては光学倍率調整およびデフォーカスを挙げることができる。光学倍率調整方法としては、例えば特許文献２として、発明者が先願しているモアレ発生を防ぐことを目的とした発明を挙げることが出来るが、これはパターン解像影響とムラ欠陥との弁別を考慮したものではない。またデフォーカスによるパターン解
像影響低減方法としては、例えば特許文献３として、シャドウマスクにおけるムラ検査方法にて、意図的に焦点位置をずらした状態で撮像し画像取得を行っている例が挙げられるが、基板の被検査面に対して斜めから光を照射して回折光を捉える方法ではない。特許文献１でも示したように、やはり周期性パターンにおけるムラを安定して検出するためにはパターンにおける回折像を利用するのが有効であることが公知であるとされてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２７５６０９号公報
【特許文献２】特願２００９−２２４６９７号
【特許文献３】特開２００７−２７１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、基板上にパターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に照明光を斜め入射し、パターンにより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行いムラ欠陥検査を行う検査装置の撮像系における、検査条件の調整用パターン、それを用いた検査条件の調整方法を提供することである。
【００１０】
すなわち、本発明の検査条件の調整用パターン、それを用いた検査条件の調整方法を用いれば、あらかじめ、様々なパターンピッチやサイズを有するパターンに対する適切な検査条件（光学倍率、焦点位置、デフォーカス量、証明条件）を効率よく決めることができる。さらに、実際の製品の検査条件を決める際に、調整用パターンのうち実際の製品に類似したパターンピッチやサイズのパターンの検査条件から検討を始めれば、手際よく検査条件を決めることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、本発明の請求項１に係る発明は、周期性パターンが形成された基板のムラ欠陥検査を行うムラ欠陥検査装置の、光学系の調整を行う際に用いるムラ検査条件の調整用パターンであって、前記基板と同一の材料でかつ同一の製法でパターンが形成され、該パターンが互いに直行するＸ方向又は／及びＹ方向に配列した複数の矩形領域からなり、各矩形領域では、Ｘ方向がパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｘ、又は／及びＹ方向がパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｙ、とした場合、前記パターンはＸ方向に、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｘ、・・・、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Ｎ×Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにてパターンが配列し、又は／及びＹ方向に、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Ｍ×Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにて、パターンがマトリクス状にＸ、又は／及びＹ方向に等間隔で配列していることを特徴とする検査条件の調整用パターン。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、前記パターン形状が、ライン、矩形、格子のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載の検査条件の調整用パターンである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、前記基板が、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする請求項１または２に記載の検査条件の調整用パターンである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３いずれかに記載の検査条件の調整用パターンを用いる検査方法において、前記基板上に形成された周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する被検査パターン情報入力工程と、前記調整用パターンの被撮像面内方向における位置を決める工程と、撮像倍率を決める工程と、前記調整用パターンに照明する照明光照射角度を決める工程と、焦点位置調整を行う工程と、デフォーカス工程と、前記調整用パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、被処理画像からパターン解像による影響有無判定を行う工程と、を含むことを特徴とする検査条件の調整方法である。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、ムラ検査条件の調整用パターンに照明し、周期性パターンにより生じる回折光のうち、垂直な回折光のみを抽出する光学系を用いたことを特徴とする請求項４に記載のムラ検査条件の調整用パターンを用いた検査条件の調整方法である。
【００１６】
本発明の請求項６に係る発明は、前記撮像倍率決める工程が、電動式ズームレンズを用いたことを特徴とする請求項４または５に記載の検査条件の調整方法である。
【００１７】
本発明の請求項７に係る発明は、前記照明光照射角度を決める工程が、回折格子方程式から決定される照明角度を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の検査条件の調整方法である。
【００１８】
本発明の請求項８に係る発明は、前記デフォーカス工程が前記合焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の検査条件の調整方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の検査条件の調整用パターン、それを用いた検査条件の調整方法によれば、パターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に照明光を斜め入射し、パターンより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行いムラ欠陥検査を行う検査装置において、実際の製品の検査条件を決める際に、パターン解像の影響が出にくい検査条件を効率よく決めることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとしてライン形状を用いた場合のパターン模式図。
【図２】本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして矩形形状を用いた場合のパターン模式図。
【図３】本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして格子形状を用いた場合のパターン模式図。
【図４】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法を適用するムラ欠陥検査装置構成の一部を概略的に示した模式図である。
【図５】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法を示すフローチャート図である。
【図６】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、基板と投光方向θとの対応関係を示す図である。
【図７】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、被処理画像に対する矩形計算領域の定義方法を模式的に示す図である。
【図８】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、被処理画像からの積算値ΣＩと比較基準値Σ０の算出方法を模式的に示す図である。
【図９】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、パターン解像影響評価値Ｃに対する判定例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターン及びそれを用いた検査条件の調整方法の一実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとしてライン形状を用いた場合のパターン１の模式図である。なお、本実施形態のムラ検査条件の調整用パターンは、被検査測定物と同じ材質の基材２上に、被検査測定物と同じ製法でパターン部３を形成したものであり、例えばフォトマスクなど、エッチングにより製作されるものを挙げることができる。
【００２３】
図１において、Ｙ方向において適用すべきパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、Ｙ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｙとした場合、パターン部３は、線幅ｄのラインパターンが、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Ｍ ｘ Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、というように、ｄｙ＿ｍｉｎ 〜 ｄｙ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸位置調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００２４】
図２は、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして矩形形状を用いた場合のパターン４の模式図である。なお、本実施形態のムラ検査条件の調整用パターンは、図１にて示したパターンと同様に、被検査測定物と同じ材質の基材５上に、被検査測定物と同じ製法でパターン部６を形成したものである。
【００２５】
図２において、Ｘ方向において適用すべきパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、Ｘ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｘ、Ｘ方向におけるパターンサイズをｘ１とし、Ｙ方向において適用すべきパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、Ｙ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｙ、Ｙ方向におけるパターンサイズをｙ１とした場合、パターン部６は、矩形形状パターンがＸ方向において、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Ｎ ｘ Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、というように、ｄｘ＿ｍｉｎ 〜 ｄｘ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なり、Ｙ方向において、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Ｍ ｘ Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、というように、ｄｙ＿ｍｉｎ 〜 ｄｙ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なる矩形領域をＸ、Ｙ方向にそれぞれ等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸位置調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００２６】
図３は、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして格子形状を用いた場合のパターン７の模式図である。なお、図１、図２で示した場合と同様、被検査測定物と同じ材質の基材８上に、被検査測定物と同じ製法でパターン部９を形成したものである。
【００２７】
図３においても、図２の場合と同様に、Ｘ方向において適用すべきパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、Ｘ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｘ、Ｘ方向におけるパターンサイズをｘ１とし、Ｙ方向において適用すべきパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、Ｙ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｙ、Ｙ方向におけるパターンサイズをｙ１とした場合、パタ
ーン部９は、矩形形状パターンがＸ方向において、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｘ、・・・、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Ｎ ｘ Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、というように、ｄｘ＿ｍｉｎ 〜 ｄｘ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なり、Ｙ方向において、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Ｍ ｘ Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、というように、ｄｙ＿ｍｉｎ 〜 ｄｙ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なる矩形領域をＸ、Ｙ方向にそれぞれ等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸位置調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００２８】
以上、ライン、矩形、格子の代表的な３種類のパターンをマスターパターンとした形態について上記の通り示したが、勿論検査対象となるパターン形状に応じ、同様の手法を用いて他形状のパターン部を有するムラ検査条件の調整用パターンを作成しても良い。
【００２９】
また、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンの作成には、それ自体にムラ欠陥等の欠陥が発生することが無きよう、パターン部の寸法精度および位置精度が限りなく設計値に近くなるような高精度な製造装置を用いて作成する。例えばフォトマスクの場合には、寸法精度および位置精度としてそれぞれ±４ｎｍ程度が保証された描画装置を用いてパターン部を形成することが望ましい。
【００３０】
図４は本発明に係る一実施形態の方法を適用するムラ欠陥検査装置の一部を概略的に示した構成図である。図４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６０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。
【００３１】
図４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基板搬送動作が可能なＸ−Ｙ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からの回折像を撮像し、被処理画像取得を実施する撮像部４０と、処理・制御部１００から構成されている。
【００３２】
透過照明部１０では、円弧レール１１がターンテーブル１２上に設置されている。円弧レール１１には照明ヘッド１３が設けられており、光源１４からはライトガイド１５を用いて導光している。円弧レール１１上で照明ヘッド１３を駆動することによって被検査基板６０の被撮像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照明ヘッド１３は、Ｘ−Ｙステージ部２０上の被検査基板６０の被撮像面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。またターンテーブル１２により円弧レール１１を被撮像面に対して水平方向に回転させることが可能であり（この駆動軸をθ軸と定義する）、水平方向における任意方向から照明光の照射が可能となっている。
【００３３】
なお、照明ヘッド１３には平行光学系が設けられている。光源１４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が、本実施形態ではピーク波長５４０ｎｍのバンドパスフィルタを用いている。また、光源１４としては十分な照度を有しているものが望ましく、本実施形態では光源１４にはメタルハライド光源装置を用いている。仮に照度が不足するという場合には、複数台の光源を用いても良い。
【００３４】
被検査基板６０は、Ｘ−Ｙステージ部２０におけるワークストッパー２１にてＸ及びＹ方向で固定される。なお、ワークストッパー２１は基板サイズに応じて固定位置の調整が可能である。Ｘ−Ｙステージ部２０は、被検査基板６０を図７のＸ軸方向およびＹ軸方向
に平行移動する機能を有する。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。
【００３５】
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、本実施形態ではカメラ３１にはエリアセンサーカメラを、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。
【００３６】
撮像部４０は、カメラ４１と、平行光学系４２と、Ｚステージ４３から構成される。カメラ４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。本実施形態では、カメラ４１としてエリアセンサーカメラを用いているが、ラインセンサーカメラを用いても良い。平行光学系４２には電動式テレセントリックズームレンズを用いている。このとき、レンズのテレセントリシティとして０．５°以下を満足するようなものが望ましい。また、Ｚステージ４３によりカメラ４１とレンズ４２が、被検査基板６０上の被撮像面に対して鉛直方向に移動することができ、この動作によって焦点位置の調整が可能となる。
【００３７】
処理・制御部１００では、情報処理手段１０１にて透過照明部１０、Ｘ−Ｙステージ部２０、アライメント用撮像部３０、および撮像部４０の動作管理および制御を行う。
【００３８】
図５は、本発明に係る一実施形態による検査条件の調整方法を示すフローチャート図である。本発明に係る一実施形態による検査条件の調整方法は、Ｓ１〜Ｓ１０という一連のステップによって行われる。以下、光学倍率および焦点位置調整用パターンとして、図１に示したパターン１を用いた場合の実施例を、各ステップ順に説明する。なお、基板の着脱等のオペレーション操作についてはフローから割愛する。
【００３９】
検査適用する製品におけるパターンピッチ、サイズ、パネルレイアウト等のパターン情報を、情報処理手段１０１へ入力する（Ｓ１）。またこの段階で、前述したθ軸の情報も入力する。本実施例ではθ＝０゜のみである。ここで、図６に基板とθとの対応関係を示す（この場合は、例としてθ＝０゜、９０゜の２種類について定義した）。
【００４０】
Ｘ−Ｙステージ部２０とアライメント用撮像部３０により、パターン１に対するアライメント動作を実施する（Ｓ２）。
【００４１】
平行光学系４２におけるレンズ倍率を設定する（Ｓ３）。本実施例では、カメラ４１における撮像素子サイズとレンズ倍率によって決まる撮像分解能 ｒ と、パターンピッチｄｙとの関係が、次式を満たすようなレンズ倍率を設定する。
r ＝ ｈ × ｄｙ （１）
ここでｈは相対比を表し、正の整数であることとする。
【００４２】
１０°≦φ≦６０°の範囲で、照明照射角度φを設定する（Ｓ４）。このとき、以下の回折格子方程式により得られるφ（ｍ）のうち、いずれかの角度に設定することとする。
φ（ｍ）＝Ｓｉｎ−１（ｍλ／ｄｙ） （２）
【００４３】
Ｘ―Ｙステージ部２０を駆動させ、パターン１において、Ｓ１にて入力された製品のパターンピッチｄｙに最も近い値のパターンピッチを有するパターン部３を撮像位置へ移動する（Ｓ５）。なお、照明ヘッド１３は、Ｓ４で設定したφ位置へ駆動させる。
【００４４】
カメラ４１にてパターン部３の画像取込を行いながら、Ｚステージ４３によりＺ軸方向への調整を行い、パターン部３表面に焦点位置が合うように調整する（Ｓ６）。
【００４５】
カメラ４２にて画像取込を行いながら、画像処理を実施するのに十分な画像輝度が確保されるように、光源１４からの出力を調節し取込画像輝度レベルの調整を行う（Ｓ７）。
【００４６】
カメラ４１にて画像取込を行いながら、Ｚステージ４３によりＺ軸方向への微調整を行い、焦点位置からのデフォーカスを実施する（Ｓ８）。このとき、被撮像面に対してＺ軸は鉛直に遠ざける方向に駆動させる。
【００４７】
Ｓ３〜Ｓ８までのステップにて設定された条件に基づき、パターン部３における被処理画像取込を実施する（Ｓ９）。
【００４８】
Ｓ９にて得られた被処理画像に対し、パターン解像影響評価値Ｃの算出を実施する（Ｓ１０）。ここで、本実施形態におけるＳ１０でのパターン解像影響評価値Ｃ算出方法について、以下Ｃ１〜Ｃ３のステップ順に簡単に説明する。
【００４９】
図７に示すように、Ｓ９にて得られた被処理画像に対して矩形計算領域を定義し、計算領域内の各画素における輝度値をＸおよびＹ方向に別個に積算し、積算値ΣＩを計算する（Ｃ１）。なお、積算値は、積算した画素数で割った平均値を取り扱う。図７では矩形計算領域を被処理画像内側へ内挿した状態を示したが、矩形計算領域は被処理画像前面に設定しても良い。
【００５０】
Ｃ１にて計算した積算値に対する比較基準値Σ０を計算する（Ｃ２）。積算値からの比較基準値導出について図８に模式的に示す。本一実施形態では比較基準値の導出方法として移動平均処理を利用する。
【００５１】
以下の演算により、評価値Ｃを算出する（Ｃ３）。
Ｃ＝｜ΣＩ − Σ０｜ （３）
なお、本演算についてはＸ方向、Ｙ方向それぞれについて行うものとするが、本一実施形態ではＸ方向のみについて行った。以上Ｃ１〜Ｃ３を、パターン解像影響評価値Ｃの算出方法に関する説明とする。
【００５２】
Ｓ１０により得られた結果を基に、以下の条件に基づいて状態判定を行い、撮像部４０におけるデフォーカス量が適正かどうかの判定を行う。パターン解像影響評価値Ｃに対する判定用閾値をＣ＿Ｔｈと定義しておき、
Ｃ ＜ Ｃ＿Ｔｈ （４）
という条件を満たした場合、デフォーカス量が適正であると判定する。図９に、パターン解像影響評価値Ｃに対する判定例として、ライン形状パターンにおいてデフォーカスが不十分な例（ａ）、および十分な例（ｂ）について模式的に示す。（ａ）では画像Ｙ方向において、全域でＣ ＞ Ｃ＿Ｔｈとなっているのに対し、（ｂ）では全域でＣ ＜ Ｃ＿Ｔｈが成立している。
【００５３】
デフォーカスは、パターン解像の影響を低減させるために行うものであるが、デフォーカス量が不十分だと図９（ａ）の例のようにパターン解像の影響を消すことができないことがわかる。一方、デフォーカス量が適正だと、図９（ｂ）の例のようにパターン解像の影響を十分低減できることがわかる。
【００５４】
このようにして、ある値のパターンピッチやサイズを有するパターン部３について、パターン解像影響を排除するためのデフォーカス量を定量的に決定することが可能となる。
【００５５】
以上のような本発明の方法により、ある値のパターンピッチやサイズを有するパターン部３について、検査条件（撮像分解能、レンズ倍率、照明照射角度、焦点位置、デフォーカス量など）を関連付けて記録しておく。さらに、基材２上の他のパターン部３についても同様にして検査条件に決定して記録しておく。
【００５６】
実際の製品の検査条件を決める際には、実際の製品と類似したパターンピッチやサイズを有するパターン部３の検査条件を選択し、そこから検査条件の検討を始めれば、手際よく検査条件を決めることができる。
【００５７】
実際の製品のパターン部を用いて、本発明に係る方法を採用した場合、実際の製品のパターン部においては既にムラ欠陥が内在している可能性があるため、被処理画像中に解像してしまったパターンとムラ欠陥との弁証が非常に困難となる。よって、正確なムラ検査を行うのに適切なデフォーカス量を導出することが難しい。したがって、本発明に係る一実施形態の方法のように、ムラ欠陥が存在しないように作り込みを行ってマスターパターン上で事前に最適なデフォーカス量を設定することは、実製品パターン部に対して正確なムラ検査を実施する上で非常に有効な手段となる。
【００５８】
以上説明したように、本発明によれば、パターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に証明光を斜め入射し、パターンより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行いムラ欠陥検査を行う検査装置において、実際の製品の検査条件を決める際に、パターン解像の影響が出にくい検査条件を効率よく決めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ パターン
２ 基材
３ パターン部
４ パターン
５ 基材
６ パターン部
７ パターン
８ 基材
９ パターン部
１０ 透過照明部
１１ 円弧レール
１２ ターンテーブル
１３ 照明ヘッド
１４ 光源
１５ ライトガイド
２０ Ｘ−Ｙステージ部
２１ ワークストッパー
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 撮像部
４１ カメラ
４２ 平行光学系
４３ Ｚステージ
６０ 基板
１００ 処理・制御部
１０１ 情報処理手段
１０２ 信号入力装置
１０３ 信号入力装置
１０４ 表示手段
１０５ 対人操作手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にパターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に照明光を斜め入射し、パターンにより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行い、ムラ欠陥検査を行う検査装置の撮像系における、光学倍率および焦点位置などの検査条件を調整するために使用する光学倍率調整用パターン、それを用いた調整方法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上の周期性パターン、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基板としては特に、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
周期性のあるパターン、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクムラを安定的、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１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、その次数毎に種々の方向に、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。
【０００６】
特許文献１で紹介したようなＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクでは、パターンピッチは５μｍ〜３０μｍ程度である。しかし、例えばＬＣＤ製造用フォトマスクでは、そのパターンピッチは２０μｍ程度のものから１０００μｍ程度のものまで幅広く存在し、割合としてはＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクよりもパターンピッチが大きいものが多い。パターンピッチが大きくなると、マクロ撮像を行った場合でも合焦点位置において被検査画像中でパターンが解像してしまう。このパターン解像と呼ばれる現象は、その発生様式が、代表的なムラ欠陥として知られるスジムラと酷似していることや、あるいは表示装置画素との干渉によるモアレを発生させるなどということから、被処理画像上にて所謂擬似欠陥として振舞ってしまう。検査画像上で実欠陥と擬似欠陥との弁別を行う事は極めて難しく、検査精度が低下してしまう問題がある。
【０００７】
パターン解像影響を低減させる手法としては光学倍率調整およびデフォーカスを挙げることができる。光学倍率調整方法としては、例えば特許文献２として、発明者が先願しているモアレ発生を防ぐことを目的とした発明を挙げることが出来るが、これはパターン解像影響とムラ欠陥との弁別を考慮したものではない。またデフォーカスによるパターン解
像影響低減方法としては、例えば特許文献３として、シャドウマスクにおけるムラ検査方法にて、意図的に焦点位置をずらした状態で撮像し画像取得を行っている例が挙げられるが、基板の被検査面に対して斜めから光を照射して回折光を捉える方法ではない。特許文献１でも示したように、やはり周期性パターンにおけるムラを安定して検出するためにはパターンにおける回折像を利用するのが有効であることが公知であるとされてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２７５６０９号公報
【特許文献２】特願２００９−２２４６９７号
【特許文献３】特開２００７−２７１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、基板上にパターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に照明光を斜め入射し、パターンにより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行いムラ欠陥検査を行う検査装置の撮像系における、検査条件の調整用パターン、それを用いた検査条件の調整方法を提供することである。
【００１０】
すなわち、本発明の検査条件の調整用パターン、それを用いた検査条件の調整方法を用いれば、あらかじめ、様々なパターンピッチやサイズを有するパターンに対する適切な検査条件（光学倍率、焦点位置、デフォーカス量、証明条件）を効率よく決めることができる。さらに、実際の製品の検査条件を決める際に、調整用パターンのうち実際の製品に類似したパターンピッチやサイズのパターンの検査条件から検討を始めれば、手際よく検査条件を決めることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、本発明の請求項１に係る発明は、周期性パターンが形成された基板のムラ欠陥検査を行うムラ欠陥検査装置の、光学系の調整を行う際に用いるムラ検査条件の調整用パターンであって、前記基板と同一の材料でかつ同一の製法でパターンが形成され、該パターンが互いに直行するＸ方向又は／及びＹ方向に配列した複数の矩形領域からなり、各矩形領域では、Ｘ方向がパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｘ、又は／及びＹ方向がパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｙ、とした場合、前記パターンはＸ方向に、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｘ、・・・、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Ｎ×Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにてパターンが配列し、又は／及びＹ方向に、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Ｍ×Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにて、パターンがマトリクス状にＸ、又は／及びＹ方向に等間隔で配列していることを特徴とする検査条件の調整用パターン。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、前記パターン形状が、ライン、矩形、格子のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載の検査条件の調整用パターンである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、前記基板が、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする請求項１または２に記載の検査条件の調整用パターンである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３いずれかに記載の検査条件の調整用パターンを用いる検査方法において、前記基板上に形成された周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する被検査パターン情報入力工程と、前記調整用パターンの被撮像面内方向における位置を決める工程と、撮像倍率を決める工程と、前記調整用パターンに照明する照明光照射角度を決める工程と、焦点位置調整を行う工程と、デフォーカス工程と、前記調整用パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、被処理画像からパターン解像による影響有無判定を行う工程と、を含むことを特徴とする検査条件の調整方法である。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、ムラ検査条件の調整用パターンに照明し、周期性パターンにより生じる回折光のうち、垂直な回折光のみを抽出する光学系を用いたことを特徴とする請求項４に記載のムラ検査条件の調整用パターンを用いた検査条件の調整方法である。
【００１６】
本発明の請求項６に係る発明は、前記撮像倍率決める工程が、電動式ズームレンズを用いたことを特徴とする請求項４または５に記載の検査条件の調整方法である。
【００１７】
本発明の請求項７に係る発明は、前記照明光照射角度を決める工程が、回折格子方程式から決定される照明角度を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の検査条件の調整方法である。
【００１８】
本発明の請求項８に係る発明は、前記デフォーカス工程が前記合焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の検査条件の調整方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の検査条件の調整用パターン、それを用いた検査条件の調整方法によれば、パターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に照明光を斜め入射し、パターンより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行いムラ欠陥検査を行う検査装置において、実際の製品の検査条件を決める際に、パターン解像の影響が出にくい検査条件を効率よく決めることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとしてライン形状を用いた場合のパターン模式図。
【図２】本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして矩形形状を用いた場合のパターン模式図。
【図３】本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして格子形状を用いた場合のパターン模式図。
【図４】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法を適用するムラ欠陥検査装置構成の一部を概略的に示した模式図である。
【図５】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法を示すフローチャート図である。
【図６】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、基板と投光方向θとの対応関係を示す図である。
【図７】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、被処理画像に対する矩形計算領域の定義方法を模式的に示す図である。
【図８】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、被処理画像からの積算値ΣＩと比較基準値Σ０の算出方法を模式的に示す図である。
【図９】本発明に係る一実施形態の検査条件の調整方法における、パターン解像影響評価値Ｃに対する判定例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターン及びそれを用いた検査条件の調整方法の一実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとしてライン形状を用いた場合のパターン１の模式図である。なお、本実施形態のムラ検査条件の調整用パターンは、被検査測定物と同じ材質の基材２上に、被検査測定物と同じ製法でパターン部３を形成したものであり、例えばフォトマスクなど、エッチングにより製作されるものを挙げることができる。
【００２３】
図１において、Ｙ方向において適用すべきパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、Ｙ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｙとした場合、パターン部３は、線幅ｄのラインパターンが、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Ｍ ｘ Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、というように、ｄｙ＿ｍｉｎ 〜 ｄｙ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸位置調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００２４】
図２は、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして矩形形状を用いた場合のパターン４の模式図である。なお、本実施形態のムラ検査条件の調整用パターンは、図１にて示したパターンと同様に、被検査測定物と同じ材質の基材５上に、被検査測定物と同じ製法でパターン部６を形成したものである。
【００２５】
図２において、Ｘ方向において適用すべきパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、Ｘ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｘ、Ｘ方向におけるパターンサイズをｘ１とし、Ｙ方向において適用すべきパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、Ｙ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｙ、Ｙ方向におけるパターンサイズをｙ１とした場合、パターン部６は、矩形形状パターンがＸ方向において、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Ｎ ｘ Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、というように、ｄｘ＿ｍｉｎ 〜 ｄｘ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なり、Ｙ方向において、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Ｍ ｘ Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、というように、ｄｙ＿ｍｉｎ 〜 ｄｙ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なる矩形領域をＸ、Ｙ方向にそれぞれ等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸位置調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００２６】
図３は、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンにおいて、マスターパターンとして格子形状を用いた場合のパターン７の模式図である。なお、図１、図２で示した場合と同様、被検査測定物と同じ材質の基材８上に、被検査測定物と同じ製法でパターン部９を形成したものである。
【００２７】
図３においても、図２の場合と同様に、Ｘ方向において適用すべきパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、Ｘ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｘ、Ｘ方向におけるパターンサイズをｘ１とし、Ｙ方向において適用すべきパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、Ｙ方向におけるパターンピッチ増分量をΔｙ、Ｙ方向におけるパターンサイズをｙ１とした場合、パタ
ーン部９は、矩形形状パターンがＸ方向において、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｘ、・・・、ｄｘ＿ｍｉｎ ＋ Ｎ ｘ Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、というように、ｄｘ＿ｍｉｎ 〜 ｄｘ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なり、Ｙ方向において、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ ２ ｘ Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ ＋ Ｍ ｘ Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、というように、ｄｙ＿ｍｉｎ 〜 ｄｙ＿ｍａｘの範囲でパターンピッチが異なる矩形領域をＸ、Ｙ方向にそれぞれ等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸位置調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００２８】
以上、ライン、矩形、格子の代表的な３種類のパターンをマスターパターンとした形態について上記の通り示したが、勿論検査対象となるパターン形状に応じ、同様の手法を用いて他形状のパターン部を有するムラ検査条件の調整用パターンを作成しても良い。
【００２９】
また、本発明に係るムラ検査条件の調整用パターンの作成には、それ自体にムラ欠陥等の欠陥が発生することが無きよう、パターン部の寸法精度および位置精度が限りなく設計値に近くなるような高精度な製造装置を用いて作成する。例えばフォトマスクの場合には、寸法精度および位置精度としてそれぞれ±４ｎｍ程度が保証された描画装置を用いてパターン部を形成することが望ましい。
【００３０】
図４は本発明に係る一実施形態の方法を適用するムラ欠陥検査装置の一部を概略的に示した構成図である。図４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６０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。
【００３１】
図４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基板搬送動作が可能なＸ−Ｙ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からの回折像を撮像し、被処理画像取得を実施する撮像部４０と、処理・制御部１００から構成されている。
【００３２】
透過照明部１０では、円弧レール１１がターンテーブル１２上に設置されている。円弧レール１１には照明ヘッド１３が設けられており、光源１４からはライトガイド１５を用いて導光している。円弧レール１１上で照明ヘッド１３を駆動することによって被検査基板６０の被撮像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照明ヘッド１３は、Ｘ−Ｙステージ部２０上の被検査基板６０の被撮像面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。またターンテーブル１２により円弧レール１１を被撮像面に対して水平方向に回転させることが可能であり（この駆動軸をθ軸と定義する）、水平方向における任意方向から照明光の照射が可能となっている。
【００３３】
なお、照明ヘッド１３には平行光学系が設けられている。光源１４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が、本実施形態ではピーク波長５４０ｎｍのバンドパスフィルタを用いている。また、光源１４としては十分な照度を有しているものが望ましく、本実施形態では光源１４にはメタルハライド光源装置を用いている。仮に照度が不足するという場合には、複数台の光源を用いても良い。
【００３４】
被検査基板６０は、Ｘ−Ｙステージ部２０におけるワークストッパー２１にてＸ及びＹ方向で固定される。なお、ワークストッパー２１は基板サイズに応じて固定位置の調整が可能である。Ｘ−Ｙステージ部２０は、被検査基板６０を図７のＸ軸方向およびＹ軸方向
に平行移動する機能を有する。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。
【００３５】
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、本実施形態ではカメラ３１にはエリアセンサーカメラを、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。
【００３６】
撮像部４０は、カメラ４１と、平行光学系４２と、Ｚステージ４３から構成される。カメラ４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。本実施形態では、カメラ４１としてエリアセンサーカメラを用いているが、ラインセンサーカメラを用いても良い。平行光学系４２には電動式テレセントリックズームレンズを用いている。このとき、レンズのテレセントリシティとして０．５°以下を満足するようなものが望ましい。また、Ｚステージ４３によりカメラ４１とレンズ４２が、被検査基板６０上の被撮像面に対して鉛直方向に移動することができ、この動作によって焦点位置の調整が可能となる。
【００３７】
処理・制御部１００では、情報処理手段１０１にて透過照明部１０、Ｘ−Ｙステージ部２０、アライメント用撮像部３０、および撮像部４０の動作管理および制御を行う。
【００３８】
図５は、本発明に係る一実施形態による検査条件の調整方法を示すフローチャート図である。本発明に係る一実施形態による検査条件の調整方法は、Ｓ１〜Ｓ１０という一連のステップによって行われる。以下、光学倍率および焦点位置調整用パターンとして、図１に示したパターン１を用いた場合の実施例を、各ステップ順に説明する。なお、基板の着脱等のオペレーション操作についてはフローから割愛する。
【００３９】
検査適用する製品におけるパターンピッチ、サイズ、パネルレイアウト等のパターン情報を、情報処理手段１０１へ入力する（Ｓ１）。またこの段階で、前述したθ軸の情報も入力する。本実施例ではθ＝０゜のみである。ここで、図６に基板とθとの対応関係を示す（この場合は、例としてθ＝０゜、９０゜の２種類について定義した）。
【００４０】
Ｘ−Ｙステージ部２０とアライメント用撮像部３０により、パターン１に対するアライメント動作を実施する（Ｓ２）。
【００４１】
平行光学系４２におけるレンズ倍率を設定する（Ｓ３）。本実施例では、カメラ４１における撮像素子サイズとレンズ倍率によって決まる撮像分解能 ｒ と、パターンピッチｄｙとの関係が、次式を満たすようなレンズ倍率を設定する。
r ＝ ｈ × ｄｙ （１）
ここでｈは相対比を表し、正の整数であることとする。
【００４２】
１０°≦φ≦６０°の範囲で、照明照射角度φを設定する（Ｓ４）。このとき、以下の回折格子方程式により得られるφ（ｍ）のうち、いずれかの角度に設定することとする。
φ（ｍ）＝Ｓｉｎ−１（ｍλ／ｄｙ） （２）
【００４３】
Ｘ―Ｙステージ部２０を駆動させ、パターン１において、Ｓ１にて入力された製品のパターンピッチｄｙに最も近い値のパターンピッチを有するパターン部３を撮像位置へ移動する（Ｓ５）。なお、照明ヘッド１３は、Ｓ４で設定したφ位置へ駆動させる。
【００４４】
カメラ４１にてパターン部３の画像取込を行いながら、Ｚステージ４３によりＺ軸方向への調整を行い、パターン部３表面に焦点位置が合うように調整する（Ｓ６）。
【００４５】
カメラ４２にて画像取込を行いながら、画像処理を実施するのに十分な画像輝度が確保されるように、光源１４からの出力を調節し取込画像輝度レベルの調整を行う（Ｓ７）。
【００４６】
カメラ４１にて画像取込を行いながら、Ｚステージ４３によりＺ軸方向への微調整を行い、焦点位置からのデフォーカスを実施する（Ｓ８）。このとき、被撮像面に対してＺ軸は鉛直に遠ざける方向に駆動させる。
【００４７】
Ｓ３〜Ｓ８までのステップにて設定された条件に基づき、パターン部３における被処理画像取込を実施する（Ｓ９）。
【００４８】
Ｓ９にて得られた被処理画像に対し、パターン解像影響評価値Ｃの算出を実施する（Ｓ１０）。ここで、本実施形態におけるＳ１０でのパターン解像影響評価値Ｃ算出方法について、以下Ｃ１〜Ｃ３のステップ順に簡単に説明する。
【００４９】
図７に示すように、Ｓ９にて得られた被処理画像に対して矩形計算領域を定義し、計算領域内の各画素における輝度値をＸおよびＹ方向に別個に積算し、積算値ΣＩを計算する（Ｃ１）。なお、積算値は、積算した画素数で割った平均値を取り扱う。図７では矩形計算領域を被処理画像内側へ内挿した状態を示したが、矩形計算領域は被処理画像前面に設定しても良い。
【００５０】
Ｃ１にて計算した積算値に対する比較基準値Σ０を計算する（Ｃ２）。積算値からの比較基準値導出について図８に模式的に示す。本一実施形態では比較基準値の導出方法として移動平均処理を利用する。
【００５１】
以下の演算により、評価値Ｃを算出する（Ｃ３）。
Ｃ＝｜ΣＩ − Σ０｜ （３）
なお、本演算についてはＸ方向、Ｙ方向それぞれについて行うものとするが、本一実施形態ではＸ方向のみについて行った。以上Ｃ１〜Ｃ３を、パターン解像影響評価値Ｃの算出方法に関する説明とする。
【００５２】
Ｓ１０により得られた結果を基に、以下の条件に基づいて状態判定を行い、撮像部４０におけるデフォーカス量が適正かどうかの判定を行う。パターン解像影響評価値Ｃに対する判定用閾値をＣ＿Ｔｈと定義しておき、
Ｃ ＜ Ｃ＿Ｔｈ （４）
という条件を満たした場合、デフォーカス量が適正であると判定する。図９に、パターン解像影響評価値Ｃに対する判定例として、ライン形状パターンにおいてデフォーカスが不十分な例（ａ）、および十分な例（ｂ）について模式的に示す。（ａ）では画像Ｙ方向において、全域でＣ ＞ Ｃ＿Ｔｈとなっているのに対し、（ｂ）では全域でＣ ＜ Ｃ＿Ｔｈが成立している。
【００５３】
デフォーカスは、パターン解像の影響を低減させるために行うものであるが、デフォーカス量が不十分だと図９（ａ）の例のようにパターン解像の影響を消すことができないことがわかる。一方、デフォーカス量が適正だと、図９（ｂ）の例のようにパターン解像の影響を十分低減できることがわかる。
【００５４】
このようにして、ある値のパターンピッチやサイズを有するパターン部３について、パターン解像影響を排除するためのデフォーカス量を定量的に決定することが可能となる。
【００５５】
以上のような本発明の方法により、ある値のパターンピッチやサイズを有するパターン部３について、検査条件（撮像分解能、レンズ倍率、照明照射角度、焦点位置、デフォーカス量など）を関連付けて記録しておく。さらに、基材２上の他のパターン部３についても同様にして検査条件に決定して記録しておく。
【００５６】
実際の製品の検査条件を決める際には、実際の製品と類似したパターンピッチやサイズを有するパターン部３の検査条件を選択し、そこから検査条件の検討を始めれば、手際よく検査条件を決めることができる。
【００５７】
実際の製品のパターン部を用いて、本発明に係る方法を採用した場合、実際の製品のパターン部においては既にムラ欠陥が内在している可能性があるため、被処理画像中に解像してしまったパターンとムラ欠陥との弁証が非常に困難となる。よって、正確なムラ検査を行うのに適切なデフォーカス量を導出することが難しい。したがって、本発明に係る一実施形態の方法のように、ムラ欠陥が存在しないように作り込みを行ってマスターパターン上で事前に最適なデフォーカス量を設定することは、実製品パターン部に対して正確なムラ検査を実施する上で非常に有効な手段となる。
【００５８】
以上説明したように、本発明によれば、パターンが２次元的、周期的に形成された被検査基板に証明光を斜め入射し、パターンより生じる回折光を、光学系を介し撮像素子上に結像させ画像取得を行いムラ欠陥検査を行う検査装置において、実際の製品の検査条件を決める際に、パターン解像の影響が出にくい検査条件を効率よく決めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ パターン
２ 基材
３ パターン部
４ パターン
５ 基材
６ パターン部
７ パターン
８ 基材
９ パターン部
１０ 透過照明部
１１ 円弧レール
１２ ターンテーブル
１３ 照明ヘッド
１４ 光源
１５ ライトガイド
２０ Ｘ−Ｙステージ部
２１ ワークストッパー
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 撮像部
４１ カメラ
４２ 平行光学系
４３ Ｚステージ
６０ 基板
１００ 処理・制御部
１０１ 情報処理手段
１０２ 信号入力装置
１０３ 信号入力装置
１０４ 表示手段
１０５ 対人操作手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期性パターンが形成された基板のムラ欠陥検査を行うムラ欠陥検査装置の、光学系の調整を行う際に用いる検査条件の調整用パターンであって、前記基板と同一の材料でかつ同一の製法でパターンが形成され、該パターンが互いに直行するＸ方向又は／及びＹ方向に配列した複数の矩形領域からなり、各矩形領域では、Ｘ方向がパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｘ、又は／及びＹ方向がパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｙ、とした場合、前記パターンはＸ方向に、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｘ、・・・、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Ｎ×Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにてパターンが配列し、又は／及びＹ方向に、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Ｍ×Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにて、パターンがマトリクス状にＸ、又は／及びＹ方向に等間隔で配列していることを特徴とする検査条件の調整用パターン。
【請求項２】
前記パターンの形状が、ライン、矩形、格子のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載の検査条件の調整用パターン。
【請求項３】
前記基板が、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする、請求項１または２に記載の検査条件の調整用パターン。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の検査条件の調整用パターンを用いる検査方法において、前記基板上に形成された周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する被検査パターン情報入力工程と、前記調整用パターンの被撮像面内方向における位置を決める工程と、撮像倍率を決める工程と、前記調整用パターンに照明する照明光照射角度を決める工程と、焦点位置調整を行う工程と、デフォーカス工程と、前記調整用パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、被処理画像からパターン解像による影響有無判定を行う工程と、を含むことを特徴とする検査条件の調整方法。
【請求項５】
前記調整用パターンに照明し、周期性パターンにより生じる回折光のうち、垂直な回折光のみを抽出する光学系を用いたことを特徴とする請求項４に記載の検査条件の調整方法。
【請求項６】
前記撮像倍率を決める工程が、電動式ズームレンズを用いたことを特徴とする請求項４または５に記載の検査条件の調整方法。
【請求項７】
前記照明光照射角度を決める工程が、回折格子方程式から決定される照明角度を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の検査条件の調整方法。
【請求項８】
前記デフォーカス工程が、焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の検査条件の調整方法。
【請求項１】
周期性パターンが形成された基板のムラ欠陥検査を行うムラ欠陥検査装置の、光学系の調整を行う際に用いる検査条件の調整用パターンであって、前記基板と同一の材料でかつ同一の製法でパターンが形成され、該パターンが互いに直行するＸ方向又は／及びＹ方向に配列した複数の矩形領域からなり、各矩形領域では、Ｘ方向がパターンピッチｄｘに対し、最小値をｄｘ＿ｍｉｎ、最大値をｄｘ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｘ、又は／及びＹ方向がパターンピッチｄｙに対し、最小値をｄｙ＿ｍｉｎ、最大値をｄｙ＿ｍａｘ、パターンピッチ増分量をΔｄｙ、とした場合、前記パターンはＸ方向に、ｄｘ＿ｍｉｎ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Δｄｘ、ｄｘ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｘ、・・・、ｄｘ＿ｍｉｎ＋Ｎ×Δｄｘ（Ｎは自然数）、ｄｘ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにてパターンが配列し、又は／及びＹ方向に、ｄｙ＿ｍｉｎ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Δｄｙ、ｄｙ＿ｍｉｎ＋２×Δｄｙ、・・・、ｄｙ＿ｍｉｎ＋Ｍ×Δｄｙ（Ｍは自然数）、ｄｙ＿ｍａｘ、のうち少なくとも１種類のパターンピッチにて、パターンがマトリクス状にＸ、又は／及びＹ方向に等間隔で配列していることを特徴とする検査条件の調整用パターン。
【請求項２】
前記パターンの形状が、ライン、矩形、格子のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載の検査条件の調整用パターン。
【請求項３】
前記基板が、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする、請求項１または２に記載の検査条件の調整用パターン。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の検査条件の調整用パターンを用いる検査方法において、前記基板上に形成された周期性パターンの、ピッチ、サイズ等の情報を入力する被検査パターン情報入力工程と、前記調整用パターンの被撮像面内方向における位置を決める工程と、撮像倍率を決める工程と、前記調整用パターンに照明する照明光照射角度を決める工程と、焦点位置調整を行う工程と、デフォーカス工程と、前記調整用パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、被処理画像からパターン解像による影響有無判定を行う工程と、を含むことを特徴とする検査条件の調整方法。
【請求項５】
前記調整用パターンに照明し、周期性パターンにより生じる回折光のうち、垂直な回折光のみを抽出する光学系を用いたことを特徴とする請求項４に記載の検査条件の調整方法。
【請求項６】
前記撮像倍率を決める工程が、電動式ズームレンズを用いたことを特徴とする請求項４または５に記載の検査条件の調整方法。
【請求項７】
前記照明光照射角度を決める工程が、回折格子方程式から決定される照明角度を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の検査条件の調整方法。
【請求項８】
前記デフォーカス工程が、焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の検査条件の調整方法。
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４７６６９（Ｐ２０１２−４７６６９Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１９７３（Ｐ２０１０−１９１９７３）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【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２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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