JP4361043B2 - パタン検査装置 - Google Patents
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Description
例えば、パタン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パタンを撮像した光学画像同士を比較する「die to die検査」や、パタン設計されたCADデータをマスクにパタンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データを検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパタンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「die to database検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、光学画像と参照画像とを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パタン欠陥有りと判定する。
本発明は、上述した問題点を克服し、より振動に強い信頼性の高いパタン検査装置を提供することを目的とする。
波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光と波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光からなる基本波を発生する、波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光源と波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光源とを有する光源と、
前記基本波の波長を266nm以下の波長に変換する波長変換部と、
波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光源と前記波長変換部とを接続する、偏波面保存される第1の光ファイバーと、
波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光源と前記波長変換部とを接続する、偏波面保存される第2の光ファイバーと、
を備えたパタン検査装置であって、
前記第1と第2の光ファイバーにより前記光源と分離された前記波長変換部を、振動を伴う装置本体に搭載し、前記波長変換部の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とする。
1064nm〜1065nmの波長を有する第1のレーザー光を発生する第1のレーザー光源と、
1557nm〜1571nmの波長を有する第2のレーザー光を発生する第2のレーザー光源と、
前記第1のレーザー光と前記第2のレーザー光とに基づいて、波長が266nm以下の深紫外光を発生させる深紫外光源と、
前記第1のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する、偏波面保存される第1の光ファイバーと、
前記第2のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する、偏波面保存される第2の光ファイバーと、
前記第1と第2の光ファイバーにより前記第1と第2のレーザー光源と分離された前記深紫外光源を搭載し、前記深紫外光源により発生した深紫外光を照明光として被検査試料のパタンを検査する、振動を伴うパタン検査部と、
を備えたことを特徴とする。
波長が1064nm〜1065nmで、偏波面保存される第1の光ファイバーを通過した第1のレーザー光の4倍高調波光と波長が1557nm〜1571nmで、偏波面保存される第2の光ファイバーを通過した第2のレーザー光とによる第1の和周波光と、前記第2のレーザー光とによる第2の和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記第2の和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とする。
図1は、実施の形態1におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。
図1において、パタン検査装置200は、パタン検査部100と基本波光源(1)310と基本波光源(2)320と波長変換部330と光ファイバー342と光ファイバー344とを備えている。パタン検査部100は、光学系筐体210と走査部筐体220を有している。波長変換部330は、パタン検査部100に搭載され、特に、光学系筐体210に搭載される。波長変換部330は、光学系筐体210と一体化されると好適である。基本波光源(1)310と基本波光源(2)320とが、光ファイバー342と光ファイバー344とにより波長変換部330と分離した構成とすることで、パタン検査装置200の照明光用の深紫外光源の一例となる波長変換部330をパタン検査部100、特に、パタン検査部100の光学系筐体210に搭載することができる。光学系筐体210に波長変換部330を搭載することができるので、空間伝播する光路を短くすることができ、後述する走査部筐体220からの振動による光軸ずれ等を低減し、検査への影響を低減させることができる。
図2において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料のパタン欠陥を検査するパタン検査装置200におけるパタン検査部100は、光学画像取得部150と制御系回路160を備えている。光学画像取得部150は、図1の光学系筐体210に配置される照明光学系170と、走査部筐体220に配置されるXYθテーブル102、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105、センサ回路106、レーザ測長システム122、オートローダ130、ピエゾ素子142を備えている。制御系回路160では、コンピュータとなる制御計算機110が、データ伝送路となるバス120を介して、位置回路107、比較回路108、展開回路111、参照回路112、オートフォーカス制御回路140、オートローダ制御回路113、テーブル制御回路114、磁気ディスク装置109、磁気テープ装置115、フレシキブルディスク装置(FD)116、CRT117、パタンモニタ118、プリンタ119に接続されている。また、XYθテーブル102は、X軸モータ、Y軸モータ、θ軸モータにより駆動される。図1では、本実施の形態1を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パタン検査装置200にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
図3において、レーザー光源の一例となる基本波光源(1)310では、波長が1064nm〜1065nm(以下、1064nmと記載する)のレーザー光(基本波1)を発生する。例えば、基本波光源(1)310として、半導体レーザーを用い、図3では1064nm−LDと示している。LDは半導体レーザーをLaser Diodeと呼ぶ事から一般的に、半導体レーザーの略称として用いられている。半導体レーザーは、電流駆動によりレーザー光を発生させる。そして、基本波光源(1)310にパルス電流を流すことで、パルスレーザー光を発生させる。例えば、連続動作時に平均出力100mWの半導体レーザーを用いて、駆動電流を2MHzのパルス電流で駆動し、駆動電流波形のパルス幅を2nsとしたところ、レーザーパルスとして1.5nsのパルスを得ることができた。このとき得られた平均出力は0.3mWであった。
そして、光ファイバー342は、伝送ファイバーであると共に増幅ファイバーでもあり、図示していない励起レーザーから励起光を入射され、1064nmのレーザー光を増幅させる。例えば、上述した平均出力0.3mWのパルスレーザー光を増幅ファイバーに導入し、5Wの平均出力を得ることができた。増幅ファイバーは、例えばイッテルビウム(Yb)を活性物質として添加した石英ファイバーを用いることができる。但し、これに限るものではなく、他の添加物が含まれていても、構わないことは言うまでもない。光ファイバー342は、基本波光源(1)310と波長変換部330とを接続する。
そして、光ファイバー344は、伝送ファイバーであると共に増幅ファイバーでもあり、図示していない励起レーザーから励起光を入射され、1562nmのレーザー光を増幅させる。例えば、上述した平均出力0.24mWのパルスレーザー光を増幅ファイバーに導入し、5Wの平均出力を得ることができた。増幅ファイバーは、例えばエルビウム(Er)を活性物質として添加した石英ファイバーを用いることができる。但し、これに限るものではなく、他の添加物が含まれていても、構わないことは言うまでもない。光ファイバー344は、基本波光源(2)320と波長変換部330とを接続する。
図4に示すように、65nmノード以下に必要な266nm以下の検査波長をもつ照明光では、光ファイバーにおける透過率が極端に低いことがわかる。一方、本実施の形態の構成のように、波長が1562nmの光では、ほぼ100%の透過率を示している。また、波長が1064nmの光では、波長が1562nmの光と比べやや劣るものの100%に近い透過率を示している。よって、本実施の形態の構成のように、基本波として波長が1064nmのレーザー光と波長が1562nmのレーザー光とを用いることで、光ファイバーを光源装置に用いることができる。そして、光ファイバーを用いることができるので、基本波光源となる基本波光源(1)310及び基本波光源(2)320と波長変換部330とを分離することができる。そして、例えば大型で振動を嫌う基本波光源(1)310及び基本波光源(2)320をパタン検査装置200の本体から離れた場所に配置することができ、直接検査装置の振動を受けないようにすることができる。さらに、光ファイバーを用いることができるので、基本波光源(1)310及び基本波光源(2)320から波長変換部330まで空間伝播させずに済ますことができる。その結果、パタン検査装置200の振動や外乱等による光軸ずれを防止することができる。
図5に示すように、発明者は、駆動電流パルスの周波数を変えることにより、パタン検査装置200の検査に必要な出力を持った深紫外光源の出力繰り返し周波数を100kHzから10MHzまで変えることができた。
そして、従来、連続光を用いて、画像取得を行うシステムにおいて、画像取得が電荷蓄積素子による場合、光源の繰り返し周波数が100kHz以上である場合、従来連続光が用いられた用途に、本実施の形態における光源が適用可能であることを見出した。実際には、画像取得手段の単位時間あたりの取得画像数であるフレームレート以上の光源繰り返し周波数が得られれば、光源として適用可能であった。例えば、本実施の形態におけるフォトダイオードアレイ105のフレームレートを10kHzとすれば、10パルス分の画像を重ねることができ、10回分平均化することができる。よって、画像として好適となる。そして、光源の繰り返し周波数がフレームレートより高ければ高いほど鮮明な検査画像を取得することができる。
光学画像取得工程として、光学画像取得部150は、設計データに基づいて設計データに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク101における光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
被検査試料となるフォトマスク101は、XYθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたXYθテーブル102上に載置され、フォトマスク101に形成されたパタンには、XYθテーブル102の上方に配置されている、照明光用の深紫外光源の一例となる波長変換部330によって光が照射される。波長変換部330から照射される光束は、照明光学系170を介して試料となるフォトマスク101を照射する。フォトマスク101の下方には、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105及びセンサ回路106が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク101を透過した光は拡大光学系104を介して、フォトダイオードアレイ105に光学像として結像し、入射する。フォトマスク101のたわみやXYθテーブル102のZ方向への変動を吸収するため,オートフォーカス制御回路140により制御されるピエゾ素子142を用いてフォトマスク101への焦点合わせを行なう。
被検査領域は、図6に示すように、Y方向に向かって、スキャン幅Wの短冊状の複数の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにXYθテーブル102の動作が制御され、X方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ105では、図6に示されるようなスキャン幅Wの画像を連続的に入力する。そして、第1の検査ストライプにおける画像を取得した後、第2の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Wの画像を連続的に入力する。そして、第3の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第2の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第1の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。
そして、磁気ディスク装置109から制御計算機110を通して展開回路111に読み出される。
そして、展開工程として、展開回路111は、読み出された被検査試料となるフォトマスク101の設計図形データを2値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路112に送られる。そして、参照回路112は、送られてきた図形のイメージデータに適切なフィルタ処理を施す。センサ回路106から得られた光学画像としての測定パタンデータは、拡大光学系104の解像特性やフォトダイオードアレイ105のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態にあると言える。この状態では両者の特性に差異があるので、設計側のイメージデータにもフィルタ処理を施すことにより、測定パタンデータに合わせることができる。このようにして光学画像と比較する参照画像を作成する。
また、必要最小限な構成部品で構成される波長変換部330を装置本体に直接搭載し、光ファイバーで結合された残りの構成部品を別床に設置することができるため、搭載装置の構成自由度を大幅に大きくすることが可能になった。
以上のように本実施の形態によれば、波長域197nmから波長200nmまでの照明用として各種装置に搭載可能な、実用的でコンパクトでロバスト性の高い光源を用いて信頼性の高いパタン検査方法を実現することができる。
実施の形態1では、波長が1064nmのパルスレーザー光(基本波1)の4倍高調波光と波長が1562nmのパルスレーザー光(基本波2)の2倍高調波光とによる和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査する構成について説明した。実施の形態2では、波長が1064nmのパルスレーザー光(基本波1)の4倍高調波光と波長が1562nmのパルスレーザー光(基本波2)とによる第1の和周波光と、波長が1562nmのパルスレーザー光(基本波2)とによる第2の和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査する構成について説明する。
図7は、実施の形態2における波長変換部の内部構成と照明光の発生を説明するための概念図である。
図7において、レーザー光源の一例となる基本波光源(1)310では、実施の形態1と同様、波長が1064nmのレーザー光(基本波1)を発生する。例えば、基本波光源(1)310として、半導体レーザーを用い、図7では1064nm−LDと示している。そして、基本波光源(1)310にパルス電流を流すことで、パルスレーザー光を発生させる。基本波光源(1)310の出力は、光ファイバー342で次の波長変換部330に伝送される。
101 フォトマスク
102 XYθテーブル
104 拡大光学系
105 フォトダイオードアレイ
106 センサ回路
107 位置回路
108 比較回路
109 磁気ディスク装置
110 制御計算機
111 展開回路
112 参照回路
150 光学画像取得部
200 パタン検査装置
210 光学系筐体
220 走査部筐体
310 基本波光源(1)
320 基本波光源(2)
330 波長変換部
342,344 光ファイバー
402,412 集光レンズ
404,406,414,420,430,432 非線形結晶
Claims (7)
- 波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光と波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光からなる基本波を発生する、波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光源と波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光源とを有する光源と、
前記基本波の波長を266nm以下の波長に変換する波長変換部と、
波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光源と前記波長変換部とを接続する、偏波面保存される第1の光ファイバーと、
波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光源と前記波長変換部とを接続する、偏波面保存される第2の光ファイバーと、
を備えたパタン検査装置であって、
前記第1と第2の光ファイバーにより前記光源と分離された前記波長変換部を、振動を伴う装置本体に搭載し、前記波長変換部の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とするパタン検査装置。 - 1064nm〜1065nmの波長を有する第1のレーザー光を発生する第1のレーザー光源と、
1557nm〜1571nmの波長を有する第2のレーザー光を発生する第2のレーザー光源と、
前記第1のレーザー光と前記第2のレーザー光とに基づいて、波長が266nm以下の深紫外光を発生させる深紫外光源と、
前記第1のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する、偏波面保存される第1の光ファイバーと、
前記第2のレーザー光源と前記深紫外光源とを接続する、偏波面保存される第2の光ファイバーと、
前記第1と第2の光ファイバーにより前記第1と第2のレーザー光源と分離された前記深紫外光源を搭載し、前記深紫外光源により発生した深紫外光を照明光として被検査試料のパタンを検査する、振動を伴うパタン検査部と、
を備えたことを特徴とするパタン検査装置。 - 前記深紫外光源において、前記第1のレーザー光の4倍高調波光を発生させ、前記第1のレーザー光の4倍高調波光と前記第2のレーザー光とにより第1の和周波光を発生させ、前記第1の和周波光と前記第2のレーザー光とにより第2の和周波光を発生させることを特徴とする請求項2記載のパタン検査装置。
- 前記深紫外光源において、前記第1のレーザー光の4倍高調波光を発生させ、前記第2のレーザー光の2倍高調波光を発生させ、前記第1のレーザー光の4倍高調波光と前記第2のレーザー光の2倍高調波光とにより和周波光を発生させることを特徴とする請求項2記載のパタン検査装置。
- 前記第1のレーザー光源において、波長が1064nm〜1065nmの第1のレーザー光を発生させ、
前記第2のレーザー光源において、波長が1557nm〜1571nmの第2のレーザー光を発生させることを特徴とする請求項2〜4のいずれか記載のパタン検査装置。 - 波長が1064nm〜1065nmで、偏波面保存される第1の光ファイバーを通過した第1のレーザー光の4倍高調波光と波長が1557nm〜1571nmで、偏波面保存される第2の光ファイバーを通過した第2のレーザー光とによる第1の和周波光と、前記第2のレーザー光とによる第2の和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記第2の和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とするパタン検査装置。
- 波長が1064nm〜1065nmで、偏波面保存される第1の光ファイバーを通過した第1のパルスレーザー光の4倍高調波光と波長が1557nm〜1571nmで、偏波面保存される第2の光ファイバーを通過した第2のパルスレーザー光の2倍高調波光とによる和周波光であって、振動を伴う装置本体上で発生させられた前記和周波光を照明光として被検査試料のパタンを検査することを特徴とするパタン検査装置。
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