JP5057787B2 - 欠陥修正装置 - Google Patents
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Description
そのため、基板の生産工程においてレジストパターンにパターン欠陥が検出された場合には、パターン欠陥が生じた基板のレジストを除去し、再度元の工程をやり直すリワークを行う場合がある。
この場合、数少ない微小なパターン欠陥のために、基板全面の再加工を行うので非常に効率が悪い。このパターン欠陥に対して何もせずに次工程へ進み、次工程以降にて対応(修正)することも考えられるが、他の生産工程に対する負担が大きくなる。また、パターン欠陥を残したまま別の工程に移行することで、これ以外の欠陥を誘発させるリスクも生じる。
したがって、パターン欠陥が検出された段階でレジストを直接修正して、パターン欠陥の修正を行うことが望ましい場合がある。
従来、このようなパターン欠陥を修正する欠陥修正装置として、基板の修正部分にパターン欠陥を修正する液状の修正材料を塗布、供給し、修正材料にレーザ光を照射して、修正が必要な部分以外を除去するものが知られている。
例えば、特許文献1には、このような欠陥修正装置における電極の断線補修方法として、基板上にパターニングされた電極の断線を補修する際、電極をパターニングする際に使用したペーストを補修ペーストとして断線部分に塗布して乾燥させた後、レーザ光を照射して補修ペーストの有機分を焼失させる方法が記載されている。
また、特許文献2には、このような欠陥修正装置に用いるため、基板上で可動に保持され、先端が細く絞られたピペットによって、レジストのような揮発性の高い液体材料を基板上の欠陥部分に所定量供給する液体材料微量供給装置が記載されており、ピペットの供給状態を観察する観察光学系が配備されている実施例が開示されている。この場合、観察光学系が鉛直に配備されているときは、ピペットで観察視野を遮らないように、ピペットが基板に対して斜めに配備されている。
一般に、欠陥修正装置では、欠陥修正に先立って、欠陥箇所の位置や欠陥状態の画像による確認を行う必要があるが、基板の配線パターンや層膜パターンの欠陥修正を行う場合、微細なパターンが形成されているため、顕微鏡と同様な性能を有する高精度観察光学系を用いて行われる。したがって、比較的高い倍率、高いNAの対物レンズを用い、詳細な目視検査或いは高密度撮像素子による画像取得を行い、観察者の判断またはパターンマッチング等の画像処理を行うことによって欠陥が検出される。
また、特許文献2に記載の技術によって修正材料を塗布するには、ピペットから吐出した修正材料を欠陥箇所に正確な位置に着弾するように制御する必要がある。さらに、着弾したレジストの不要部分を、特許文献1に記載の技術によってレーザ光で修正を行った後には、修正箇所の状態を上記のような高精度観察光学系により画像で確認する必要がある。
このように高倍率で観察する場合には、観察光学系の対物レンズのワーキングディスタンスが短くなり、対物レンズと基板との間隔が狭まるため、それらの間にピペットを配置することが困難になる。
このため、特許文献2のように、ピペットの先端は、観察方向に対して大きな角度で傾斜して配置される。この結果、基板とピペットの距離、吐出速度、吐出物の物性等の条件がばらつくと吐出される修正材料の着弾点が変化しやすく、高精度での塗布ができないという問題がある。
塗布精度を向上するため、ピペットと基板との距離を近接させることも考えられるが、この場合、ピペットの先端がパターン欠陥に近接するため、パターン欠陥近傍の画像を良好に観察できなくなる。また、ピペットはレーザ光も遮ることになるため、レーザ光の照射時は、照射範囲外に退避させる必要があり、この移動時間のため、修正加工の効率が悪くなるという問題がある。また、このような進退移動に伴う移動誤差などにより、かえって着弾位置の精度が悪化する可能性もある。
この発明によれば、修正材料吐出部の吐出ノズルが、観察光学系で観察像を形成する光の光路の最外径の範囲内において対物光学系の内部に固定されているので、吐出ノズルが観察光学系の視野範囲内の一定位置に固定されるとともに、対物光学系と一体となって、被検体に近接して配置される。そのため、観察光学系が高倍率を有し、対物光学系が被検体の表面に近接する場合でも、観察される視野範囲内の一定位置から、被検体の表面に向けて修正材料を確実に吐出することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る欠陥修正装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図2は、本発明の実施形態に係る欠陥修正装置の主要部の光軸を含む模式的な断面図である。図3は、図2の部分拡大図である。なお、各図は、模式図のため、寸法比などは誇張されている。
基板11としては、例えば、半導体ウエハやフラットパネルディスプレイ用の液晶ガラス基板などの例を挙げることができる。
なお、特に図示しないが、撮像素子13によって撮像された画像からパターン欠陥を抽出し、欠陥修正を行う領域を演算したり、その演算結果に基づいて空間変調素子6を駆動制御したり、載置台17を制御して基板11を移動させたり、吐出部16の吐出機構16dを制御したりする周知の演算処理や装置駆動制御を行う制御部を備えている。制御部の装置構成としては、CPU、メモリ、入出力部、外部記憶装置などで構成されたコンピュータを採用することができる。
また図示しないが、欠陥修正装置100とレーザ光源30は、鏡枠によって一体に形成され、ガントリと呼ばれる門形の支柱に一次元または二次元の方向に移動可能な機構が設けられ、欠陥修正顕微鏡ヘッドとして搭載される。なお一次元に移動可能な場合は、移動方向に直交する方向に、ステージが基板を移動させる構成となっている。
レーザ発振器1は、基板11上のパターン欠陥を修正するための修正材料、例えば、レジストパターンを修正する場合には修正用レジストなどを除去するため、適宜の波長、出力を備えるレーザ光31aを出力するもので、例えば、パルス発振可能なYAGレーザなどを好適に採用することができる。
レーザ光31aは、基本波の波長1.064μmだけではなく、第2高調波、第3高調波、および第4高調波である532nm、355nm、266nmの波長光も、必要に応じて選択して取り出すことができるようになっている。レジストまたは金属パターンを修正加工する場合には、光化学反応を誘導する355nmや266nmの光を用いることが有効である。
投影レンズ4は、ファイバ端面3bから出射されたレーザ光31bを必要なNA(開口数)として、空間変調素子6に照射するレンズまたはレンズ群である。ここで図示しない可変絞りを設けてNAを適宜必要な大きさに変更可能な構成としてもよい。
以下では、オン状態の微小ミラーによって反射された光をオン光、オフ状態の微小ミラーによって反射された光をオフ光と称する。
ここで、結像レンズ7のNAは、オフ光(不図示)として反射された光が、入射しない大きさとされる。
凹面反射鏡10Bは、基板11側に、凹反射面10bが設けられ、光軸50を含む中心部に光束を透過させるための開口部10cが形成されている。
凸面反射鏡10Aは、外形が凹面反射鏡10Bよりも小さく、凹面反射鏡10B側に凸反射面10aを有する構成とされる。そして、凸面反射鏡10Aの中心部には、対物光学系10の光軸50に沿って延ばされ、凸面反射鏡10Aおよび凹面反射鏡10Bの開口部10cを貫通する吐出部16が固定されている。
吐出機構16dは、周知のいかなる吐出機構を用いてもよいが、本実施形態では、小型化するため圧電素子などを用いた機構を採用している。
ここで、高さhは、少なくとも、基板11上の物点中心から凹面反射鏡10Bに入射する光線Qを遮らない設定とされる。すなわち、対物光学系10の光軸50と角度θ1をなして、凸面反射鏡10Aの裏面10dの外周を通過する光線Q1と、対物光学系10の光軸50と角度θ2(θ2>θ1)をなして、凹反射面10bに最大入射角で入射する光線Q2とで囲まれる範囲に出射される光線Qを遮らない設定とされる。
その際、本実施形態では、基板11に最も近く、基板11と反対側の開口部10cに対向する位置にある凸面反射鏡10Aの中心に、吐出ノズル16aを貫通させているため、吐出部16は、凸面反射鏡10Aによってもともと遮蔽される領域に配置されている。そのため、吐出部16によって遮蔽部を増加させることなく、基板11に近接した領域に配置することができ、良好な画質の画像を観察しつつ、高精度に修正材料を吐出することが可能となる。
対物光学系10を無限遠設計としない場合、結像レンズ7と対物光学系10との間に適宜の光学素子を配置して、この光学素子と対物光学系10とによって無限遠設計された対物光学系を構成してもよい。
本実施形態では、ハーフミラー9は、吐出部16の基板11と反対側の端部において、吐出部16をハーフミラー9の中心部に貫通させた状態で、対物光学系10の光軸50に対して、一定角度だけ傾斜して取り付けられている。
このように、対物光学系10に固定された吐出部16は、ハーフミラー9の支持部材を兼用しているため、部品点数が削減されるとともに、対物光学系10に対する位置関係を容易、かつ高精度に保持することができる。
ハーフミラー9と結像レンズ7との間の光路上には、ハーフミラー9と同様な反射透過特性を有するハーフミラー8が配置されている。これにより、照明ランプ14から出射された観察用光33は、ハーフミラー8によって反射されて対物光学系10の光軸50に沿って開口部10cに入射し、対物光学系10を通して基板11を照射できるになっている。
撮像素子13は、撮像面上に結像された画像を光電変換するもので、例えば、CCDなどからなる。
撮像素子13で光電変換された画像信号は、制御部で画像処理され、欠陥抽出処理などを施されるとともに、モニタ40に送出される。それにより基板11の表面を拡大観察できるようになっている。
このように、対物光学系10、結像レンズ12は、基板11の表面と撮像素子13の撮像面とを共役の関係とする結像光学系であり、基板11の表面に形成されたパターンを拡大観察するための観察光学系を構成している。
本実施形態では、ハーフミラー9を吐出部16に貫通させて設けていることにより、吐出機構16d、材料供給管16bなど、光路を遮蔽する部材が、観察光学系の外部に配置される。そのため、撮像素子13により基板11の表面の画像が鮮明となり、高精度でパターン欠陥の画像を取得することができる。
被検体として、表面にレジストパターンが形成された基板11が搬送され、載置台17上に載置されると、まず、すでに他の検査装置によって欠陥の位置座標が検出されており、その座標情報に従って載置台17やガントリの移動機構を制御して、欠陥が観察光学系により観察できるようにする。そして、観察光学系によって、基板11の表面を観察し、修正が必要な欠陥であるか否か判定する。
そのため、照明ランプ14を点灯し、観察用光33をハーフミラー8に向けて投射する。
観察用光33は、ハーフミラー8で反射され、対物光学系10の光軸50に沿って進み、ハーフミラー9を透過して、凹面反射鏡10Bの開口部10cから、対物光学系10に入射する。
この観察用光33は、図3に記載された光線の矢印の逆方向に進んで、基板11の表面に照射される。すなわち、観察用光33は、凸反射面10a、凹反射面10bで順次反射され、光束が絞られ、観察光学系の視野範囲を覆う状態で、基板11の表面に照射される。
そして、図1に示すように、ハーフミラー9で反射されて、結像レンズ12に入射し、撮像素子13の撮像面上に結像され、基板11の表面の観察像が得られる。この観察像は、撮像素子13で画像信号に光電変換され、モニタ40に表示される。また、画像信号は、画像データとして、不図示の制御部に送出され、周知の画像処理が施され、パターン欠陥が抽出される。そしてパターン欠陥の位置座標や大きさなどの欠陥情報が取得される。
この欠陥抽出のアルゴリズムとしては、例えば、取得された画像データと、あらかじめ記憶された正常な状態のパターン画像データとの差分をとり、その差分データから欠陥を抽出する、といった処理を採用することができる。
そして、その欠陥が、除去が必要な欠陥か、レジストを塗布してつなぐ修正が必要な欠陥か、それとも何もせずに無視してもよい欠陥かを判定する。ここでは、欠陥が、レジストを塗布してパターンをつなぐ修正が必要な欠陥であるものとする。
本実施形態では、対物光学系10の光軸50上に吐出ノズル16aを配置しているので、観察光学系の視野中心に修正用レジストの塗布範囲を移動させることになる。したがって、操作者は、塗布範囲の周辺の画像も確認しながら修正加工を行うことができる。また、塗布範囲や欠陥の観察行うためズーミングなどを行う場合にも、画像中心と塗布範囲、欠陥の中心位置が一致するため、効率的に操作を行うことができる。
この移動は、本実施形態の場合、載置台17の移動により行う。
モニタ40に表示された欠陥部分に塗布してよい場合は、吐出部16の吐出機構16dを駆動して、修正用レジストを吐出する。これにより、材料タンク15から供給される修正用レジストが一定量だけ吐出ノズル16aから吐出され、基板11に滴下されて、基板11の表面の一定範囲に広がって塗布される。
また、本実施形態では、吐出ノズル16aが、対物光学系10の基板11側の外部に突出して設けられているため、基板11に近接されているため、着弾位置がより高精度となる。
さらに、本実施形態では、吐出部16が鉛直方向に沿って設けられているので、吐出された修正用レジストは、重力によって直下の基板11に滴下される。このため、放物軌道を描いて吐出される場合と異なり、吐出速度などの影響を受けないため、着弾位置がきわめて高精度となる。
そして、レーザ発振器1から、レーザ光31aをパルス発振する。レーザ光31aは、結合レンズ2でファイバ端面3aを通して光ファイバ3に光結合され、光量分布が均一な発散光としてファイバ端面3bから出射され、投影レンズ4によって集光されて、レーザ光31bとして空間変調素子6を覆う範囲に照射される。
結像レンズ7では、オン光32が略平行光とされ、ハーフミラー8、9を透過して凹面反射鏡10Bの開口部10cから対物光学系10に入射する。
そして、図3に示す光路を矢印と逆方向に進んで、凸反射面10a、凹反射面10bでそれぞれ反射され、凸面反射鏡10Aの側方を通過して、基板11上に結像される。
微小ミラーが配列された空間変調素子6の基準平面と基板11の表面とは、結像レンズ7と対物光学系10とによって共役の関係とされているので、空間変調素子6のオン光による画像が、所定の倍率で、基板11上に投影されることになる。
このとき、本実施形態では、除去範囲の画像データに合わせて、修正用レジストの塗布範囲における除去範囲に選択的にレーザ光を照射して除去させるので、通常は1回のレーザ光照射により、除去処理を終了することができる。
パターン欠陥が正しく修正された場合には、必要に応じて残存する修正用レジスト層に対して選択的なポストベークを行う。これにより、基板11上のレジストパターンの修正が完了する。
そして、このレジストパターンにより、エッチング処理等を行う。
図4は、本発明の実施形態の第1変形例の対物光学系の近傍の様子を模式的に示す断面図である。
吐出部26は、レンズ鏡筒20Aの側面を光軸50に沿って延ばされたストレート部26c、ストレート部26cからレンズ鏡筒20Aの基板11側の端部を径方向内側に横切る横断部26b、および横断部26bの先端から光軸51に沿って基板11側に向かって延ばされた吐出ノズル26aによって構成される略Z字状のガラス管などの管状部材である。ストレート部26cは、このような位置関係を保持するように、レンズ鏡筒20Aの側部に対して固定されており、ストレート部26cの基板11と反対側の端部は、上記実施形態の材料供給管16bと接続されている。
吐出機構は、特に図示しないが、上記実施形態の吐出機構16dと同様のものが、吐出部26の材料供給管16bとの接続部、または材料供給管16bの管路上に設けられている。
本変形例では、吐出ノズル26aと、横断部26bとによって、対物レンズ20Bを透過する光束が遮蔽されるが、吐出部26の管径をできるだけ細くし、横断部26cをレンズL1側にできるだけ近づけることで、光束が遮蔽されることによる光量低下を必要に応じて低減することができる。
図5は、本発明の実施形態の第2変形例の対物光学系の近傍の様子を模式的に示す断面図である。
対物光学系20の光軸52は、上記実施形態の欠陥修正装置100において、対物光学系10の光軸50に対応する位置に配置される。
吐出部27は、対物レンズ21Bの中心に設けられた貫通孔を光軸52に沿って貫通して、対物レンズ21Bに固定されたガラス管などの管状部材であり、最も基板11側のレンズL1の近傍の外部側に突出する先端に吐出ノズル27aが形成されている。
吐出機構は、特に図示しないが、上記実施形態の吐出機構16dと同様のものが、吐出部26の材料供給管16bとの接続部、または材料供給管16bの管路上に設けられている。
この場合、第1変形例に比べて、光量低下量は略同じであるが、遮蔽部が像面から十分離れた略平行光束の光路に設けられるため、観察画像に対する画質劣化の影響をより低減することができる。
また、レーザ光の光路上に可変スリットを配置して開口制限を行って照射範囲を調整し、この照射範囲を被検体に対して相対移動させる構成としてもよい。
また、スキャニングに要する時間が許容できる場合には、ガルバノミラーのような偏向器を用い、レーザの投射位置を可変する構成としてもよい。
例えば、上記実施形態の場合、吐出ノズルは、図3に示す凸面反射鏡10Aの裏面10dと光線Q1に囲まれた三角錐の領域内の場合、どの位置でも問題なく配置することができる。
また、観察光学系の視野範囲の直上の領域に配置することも着弾精度を高精度にする点では有効である。
図6は、本発明の実施形態の対物光学系の数値実施例の光路図である。ここで、図中の光線は、FAN光線(光束中の光線)を示している。
座標系は、光線追跡において、軸上主光線に沿う方向をZ軸方向とし、物体側からレンズ19に向かう方向をZ軸正方向とし、紙面をY−Z平面とし、紙面の表から裏へ向かう方向をX軸正方向とし、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をY軸とする。
本実施例に用いる非球面の形状は、このXYZ直交座標系を用いて、以下の定義式(a)で与えられる回転対称非球面である。なお、下記数値実施例のレンズデータは、逆光線追跡のデータとなっているので、図6の左側の−Zの方向が像側であり、右側の集光点が物体面の位置となる。
以下に示す構成パラメータにおいて、長さの単位は(mm)である。
また、データの記載されていない非球面に関する項は0である。
物体面 ∞ ∞
1 r1 = 13.77 d1 = 35.00 n1 = 1.7847 ν1 = 25.7
2 r2 = 8.88 d2 = 25.00
3 非球面[1] d3 = -5.73
4 非球面[2] (絞り) d4 = 21.66
像 面 ∞ d5 = 0.00
非球面[1]
c 2.95
k -2.0921
A 2.1388x10-3 B -3.2970x10-4
非球面[2]
c 10.78
k -6.5828x10-1
A 3.5722x10-5 B 1.7793x10-7
焦点距離 f =2.7627mm
NA=0.33
ミラー面(凸面鏡)から試料面までの距離 15.9mm
倍率 65倍(結像レンズの焦点距離 180mm)
7、12 結像レンズ
9 ハーフミラー(光路分岐素子)
10、20、21 対物光学系
10A 凸面反射鏡
10B 凹面反射鏡
10a 凸反射面
10b 凹反射面
10c 開口部
11 基板(被検体)
13 撮像素子
14 照明ランプ
16、26、27 吐出部(修正材料吐出部)
16a、26a、27a 吐出ノズル
19 レンズ
20B、21B 対物レンズ
30 レーザ光源
31a、31b レーザ光
32 オン光
100 欠陥修正装置
Claims (5)
- 被検体の表面に形成されたパターンを拡大観察するための観察光学系と、
前記被検体の表面に形成されたパターンの欠陥を修正する修正材料を前記被検体の表面に吐出する吐出ノズルを有する修正材料吐出部と、
ビーム整形されたレーザ光を前記被検体の表面に照射するレーザ照射光学系とを備え、 前記観察光学系および前記レーザ照射光学系が、前記被検体側に共通の対物光学系を有し、
前記修正材料吐出部の前記吐出ノズルが、前記観察光学系で観察像を形成する光の光路の最外径の範囲内において、前記対物光学系の内部に固定して設けられ、
前記対物光学系の、前記被検体とは反対側の光路中に、被検体側から前記観察光学系に向かう光を反射する光路分岐素子が設けられ、
前記修正材料吐出部は、前記対物光学系の光軸上および前記光路分岐素子の中心部に貫通されるとともに前記対物光学系および前記光路分岐素子に固定され、前記光路分岐素子の支持部材を兼用していることを特徴とする欠陥修正装置。 - 前記被検体は水平に載置され、前記対物光学系の光軸は鉛直軸に沿って配置されたことを特徴とする請求項1に記載の欠陥修正装置。
- 前記吐出ノズルは、前記対物光学系の光軸近傍に設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載の欠陥修正装置。
- 前記対物光学系は、凸反射面と凹反射面とが前記被検体からこの順に同軸上に配置された反射光学系を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の欠陥修正装置。
- 前記レーザ光をビーム整形するため、前記レーザ光を空間変調する空間変調素子を、前記レーザ照射光学系の光路上に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の欠陥修正装置。
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