TWI355488B - - Google Patents

Description

1355488 且大型之光源，進而使得構成照明系統與受光系統之光學 元件之材料被限定於高價材料，並不理想。 【發明内容】 本發明之目的，在提供一種即使不進行照明光之短波 長化亦鲍確實因應重複間距之微細化的表面檢查裝置及 表面檢查方法。 °月求項1之發明，其具備：照明機構，係以直線偏光 照明形成於被檢測基板表面之重複圖帛；設定機構，係用 以將該直線偏光之振動面在該表面之方向與該重複圖案之 重複方向所夾角度設定成傾斜；以及抽出機構，係從該重 複圖案往正反射方^+, μ π產生之先中，抽出與該直線偏光之振 動面垂直之偏光成分。 ，項2之發明，係凊求項1之表面檢查裝置中，具 備根據該抽出機構所拙+ ^ 傅吓柚出之该偏先成分之光強度，來檢測 該重複圖案之缺陷的檢測機構。 、項3之發明，係請求項i之表面檢查裝置中，具 :其成像機構’係根據該抽出機構所抽出之光來將該被檢 像加以成I ;以及檢測機冑，係、根據被成像之 u衫像，來檢測該重複圖案之缺陷。 請求項 檢查裝置中 任意值。 4之發明’係請求項1至請求項3之任一表面 '•亥又疋機構可將該角度設定在3 〇〜6〇度間之 請求項5 檢查裝置中， 之發明’係請求項i至請求項3之任一表面 該設定機構係將該角度設定在45度。 1355488 清求項6之發明，係請求項1至請求項3之任一表面 檢查裝置中，其具備支持該被檢測基板、並在該表面内使 ••亥被檢測基板之該重複圖案之重複方向旋轉的基板支持機 構’該檢測機構’係根據該基板支持機構使該重複方向旋 轉1 80度則後之狀態，來檢測該重複圖案之缺陷。 明求項7之發明，係使用直線偏光，在被檢測基板表 面之-亥直線偏光之振動面方向，相對形成於該表面之重複 圖案之重複方向為傾斜的狀態下，使用直線偏光照明該重 複圖案；根據從該重複圖案往正反射方向產生之光中，與 該直線偏光之振動面垂直之偏光成分之光強度來檢測該 重複圖案之缺陷。 月求項8之發明，係使用直線偏光，在被檢測基板表 面之该直線偏光之振動面方向，相對形成於該表面之重複 圖案之重複方向為傾斜的狀態下使用直線偏光照明該重 複圖案；從該重複圖案往正反射方向產生之光中，抽出與 該直線偏光之振動面垂直的偏光成分；根據所抽出之光形 X被檢測基板之像，根據該像來檢測該重複圖案之缺陷。 請求項9之發明，係請求項7或請求項8之表面檢查 :法中’言亥直線偏光在該表面之該振動面方向，係相對該 複圖案之重複方向傾斜3〇〜6〇度間之任意角度。 請求項H)之發明，係請求項7或請求項^表面檢查 =’肖直線偏光在該表面之該振動面方向，係相對該 更複圖案之重複方向傾斜45度之角度。 請求項11之發明，係請求们或請求項8之表面檢查 1355488 方法中，該重複圖案缺陷之檢測，係在使該重複圖案之重 複方向在該表面内旋轉18〇度左右之狀態下進行。 根據本發明’即使不進行照明光之短波長化，亦能確 實因應重複間距之微細化。 【實施方式】 以下’使用圖式詳細說明本發明之實施形態。 (第1實施形態） 第1實施形態之表面檢查裝置10，如圖1所示，係由 支持被檢測基板之半導體晶圓2 〇的載台11、對準系統丨2、 照明系統13、受光系統14、以及影像處理裝置15所構成。 表面檢查裝置10,係在半導體電路元件之製程中，自動進 仃半導體晶圓20之表面檢查的裝置。半導體晶圓2〇，在進 行對最上層之光阻膜的曝光、顯影後，藉由未圖示之搬送 系統，由未圖示之晶圓g或是顯影裝置搬送，並吸附於 台1卜 ' 在半導體晶圓20之表面’如圖2所示，複數個晶片區 域21被配列在XY方向，在各個晶片區域2ι中形成有重複 圖案22。重複圖案22 ’如圖3所示，係複數個線部2a ^豆邊方向（X方向）以-定間距p配列之光阻圖案（例如西°己 線圖案)。相鄰線部2A彼此之間，為空間部2B '線部Μ 之配列方向（X方向）稱為「重複圖案22之重複方向」。 此處，設重複圖案22之線部2A之線寬A 間距？之1/2°當依設計值般形成重複圖案22時，„ 2A之線η與空間部2B之線寬W相等，線部2A與空間 1355488 部2B之體積比約為1 : 1。相對於此，若形成重複圖案22 時之曝光焦點偏離適當值時，雖然間距Ρ不會改變，但是 線部2Α之線寬DA將會與設計值不同，亦會與空間部2Β之 線寬DB不同’因此線部2A與空間部2B之體積比會偏離約 1 ： 1 〇 第1實施形態之表面檢查裝置10,利用上述重複圖案 22中線部2A與空間部2B體積比之變化，進行重複圖案22 之缺陷檢查。為簡化說明，將理想之體積比（設計值）設為j : 1。體積比之變化，起因於曝光焦點偏離適當值，而會出現 在半導體晶圓2 0之各照射區域。此外，亦可以將體積比說 成是截面形狀之面積比。 又，第1實施形態中，與對重複圖案22之照明光（後述） 波長相較，重複圖案22之間距P非常小β因此，不會從重 複圖案22產生繞射光，因此無法使用繞射光來進行重複圖 案22之缺陷檢查。第1實施形態之缺陷檢查之原理，以下， 將與表面檢查裝置1〇之構成（圖丨）一起說明。 表面檢查裝置10之載台1丨，係將半導體晶圓2〇裝載 於上面，例如以真空吸附方式加以固定保持。此外，栽台 11，能以上面十心之法線1Α為軸進行旋轉。藉由此旋轉= 構，可使半導體晶圓20之重複圖案22之重複方向（圖2、 圖3之X方向）在半導體晶„ 2〇之表面内旋轉。又，栽台 11 ’其上面為水平面，沒有傾斜裝置。因此，可以將半導 體晶圓20恆保持為水平狀態。 對準系統12，係在載台i!旋轉時，照明半導體晶圓 1355488 自光源31之光中’既定波長之亮線頻譜穿透。導光光纖33, 係傳送來自波長選擇濾波器32之光。偏光濾光鏡34，配置 在導光光纖33之射出端附近，其透過轴係設定在既定方 位’視透過轴將來自導光光纖33之光予以直線偏光。凹面 反射鏡35 ’係以球面之内側作為反射面的反射鏡，被配置 成剛側焦點與導光光纖3 3之射出端大致一致、後側焦點與 半導體晶圓20表面大致一致，將來自偏光濾光鏡34之光 導引至半導體晶圓20表面。照明系統1 3，係對半導體晶圓 2〇之遠心光學系統。 上述照明系統13中，來自光源31之光，透過波長選 擇濾波器32、導光光纖33、偏光濾光鏡34與凹面反射鏡 35，成為p偏光之直線偏光L1(圖5(a))，射入半導體晶圓 20之表面全體。在半導體晶圓20各點之直線偏光之入 射角度，彼此相同，相當於光軸01與法線A1之夾角0。 第1實施形態中，由於射入半導體晶圓2〇之直線偏光 L1為p偏光（圖5(a))，如圖4所示，當半導體晶圓2〇之重 複圖案22之重複方向（X方向）對於直線偏光L1之入射面 (3A)被設定為45度之角度時，半導體晶圓2〇表面之直線偏 光L1之振動面之方向（圖6之乂方向）與重複圖案22之重 複方向（X方向）所形成之角度’亦被設定為45度。 換言之，當直線偏光L1在半導體晶圓2〇表面之振動 面之方向（圖6之V方向）相對重複圖案22之重複方向（乂方 向）為傾斜45度之狀態時’會以從 1μ攸针方向橫切過重複圖案 22之狀態，射入重複圖案22。 1355488 此種直線偏光L1與重複圖案22之角度狀態，在半導 體晶圓20之表面全體為均一。此外，即使將45度換成丨35 度、225度、315度等任何角度，直線偏光li與重複圖案 22之角度狀態亦相同。此外，將圖6之振動面之方向（v方 向）與重複圖案（X方向）所形成之角度設為45度之原因，乃 疋因為將重複圖案22之缺陷檢查之感度設為最高。 接著’當使用上述直線偏光L1照明重複圖案22時， 會從重複圖案22產生正反方向之橢圓偏光l2(圖1、圖 5(b))。此時，橢圓偏光L2之行進方向與正反射方向一致。鲁 所謂正反射方向，係指包含在直線偏光Li之入射面（3 A) 内’相對載台1 1之法線1A傾斜角度Θ (與直線偏光L1之 入射角度0相同之角度）之方向。又，如前所述，由於重複 圖案22之間距p與照明波長相比非常的小，因此不會從重 複圖案22產生繞射光。 接著’簡單說明直線偏光L1因重複圖案22而橢圓化， 且從重複圖案22產生橢圓偏光L2之理由。當直線偏光L1 射入重複圖案22時，其振動面方向（圖6之V方向），即會 _ 为為如圖7所示之2個偏光方向vx、VY。其中之一的偏光 成分Vx，係與重複方向（χ方向）平行的成分。另一個偏光 成分vy，則係與重複方向（X方向）垂直的成分。2個偏光成 分Vx、Υγ ’會分別獨立的、受到不同之振幅變化與相位變 化。振幅變化與相位變化不同之原因，係因為重複圖案22 之異向性所引起之複反射率（亦即複數之振幅反射率）不同 所致稱為構造性雙折射（form birefringence、亦稱形體雙 12 1355488 折射）。其結果，2個偏光成分Vx、VY之反射光其振幅與相 位彼此不同，該等合成之反射光成為橢圓偏光L2(圖5(b)) » 又’起因於重複圖案22異向性之橢圓化程度，可認為 係在圖5(b)之橢圓偏光L2中，與圖5(a)之直線偏光L1之 振動面（第1實施形態中與入射面（3A)—致）垂直之偏光成分 L3(圖5(c))。此偏光成分L3之大小，係依存於重複圖案22 之材質與形狀、以及圖6之振動面之方向（V方向）與重複方 向（X方向）所失角度。因此’將V方向與X方向之夾角保 持在一定值（第1實施形態中為45度）時，即使重複圖案22 φ 之材質一定，但當重複圖案22之形狀變化時，橢圓化程度 (偏光成分L3之大小）即變化。 以下’說明重複圖案22之形狀與偏光成分L3大小的 關係。如圖3所示’重複圖案22，具有沿X方向交互排列 線部2A與空間部2B的凹凸形狀，當以適當的曝光焦點形 成如設計值時’線部2A之線寬Da與空間部2B之線寬db 相等’線部2A與空間部2B之體積比約為1 : 1。此種理想 形狀時’偏光成分L3之大小最大。相對於此，當曝光焦點 _ 偏離適當值時’線部2A之線寬Da與空間部2B之線寬db 不同’線部2A與空間部2B之體積比即與約1: 1產生偏差。 此時，偏光成分L3之大小小於理想情況。將偏光成分L3 之大小變化予以圖示時，即如圖8所示。圖8之橫軸，為 線部2A之線寬Da。 如前所述，使用直線偏光L1，在圖6之振動面之方向 (V方向）相對重複圖案22之重複方向（X方向）傾斜45度的 13 1355488 狀態下’照明重複圖案22時，產生於正反射方向之橢圓偏 光L2(圖1、圖5(b)) ’其橢圓化程度（圖5(c)之偏光成分L3 之大小）會對應重複圖案22之形狀（線部2A與空間部2B之 體積比）（圖8)。橢圓偏光L2之行進方向，包含在直線偏光 L 1之入射面（3 A)内’相對載台11之法線1 a傾斜角度0 (與 直線偏光L1之入射角度0相等）。 接著，說明受光系統14。受光系統14，如圖1所示， 係由凹面反射鏡36、成像透鏡37、偏光濾光鏡38與攝影 元件3 9所構成之偏心光學系統。 凹面反射鏡36，係與上述照明系統13之凹面反射鏡 35相同之反射鏡，配置成其光軸〇2通過載台11之中心、 且相對載台11之法線1A傾斜角度0。因此，來自重複圖 案22之橢圓偏光L2，會沿著凹面反射鏡36之光軸02行 進。凹面反射鏡36，反射橢圓偏光L2將其導向成像透鏡 37 ’與成像透鏡37共同將其集光至攝影元件39之攝影面。 惟’在成像透鏡37與凹面反射鏡36之間，配置有偏 光據光鏡3 8。偏光濾光鏡3 8之透過軸之方位，係設定成對 上述照明系統13之偏光濾光鏡34之透過軸成正交（Cr〇ss Nicol(正父尼科耳）之狀態）。因此，藉由偏光濾光鏡38，可 僅抽出與橢圓偏光L2之圖5(c)之偏光成分L3相當之偏光 成分L4(圖1 )，將其導引至攝影元件39。其結果，在攝影 疋件39之攝影面，形成以偏光成分l4產生之半導體晶圓 2〇之反射像。 攝影元件39，例如係CCD攝影元件等，用來將形成於 攝衫面之半導體晶圓20之反射像予以光電轉換，將影像訊 唬輪出至影像處理裝置15β半導體晶圓2〇之反射像之明 暗，約略與偏光成分L4之光強度（圖5(c)之偏光成分之 -大小）成比例，並視重複圖案22之形狀（線部2A與空間部 B之體積比）變化（參考圖8)。半導體晶圓2〇之反射像為最 二時’係重複圖案22為理想形狀時（體積比為1 :丨）。又， 半導體晶圓20之反射像之明暗，係顯現於每一照射區域。 影像處理裝置15，根據攝影元件39輪出之影像訊號， 擷取半導體晶圓之反射影像。此外，影像處理裝置1 5，為 籲 T行比較，預先儲存有良品晶圓之反射影像。所謂的良品 晶圓，係重複圖案22以理想形狀（體積比為丨：丨）形成於表 面全體者。良品晶圓之反射影像之亮度資訊，可認為是顯 示最南的亮度值。 曰因此，影像處理裝置15，當擷取被檢測基板之半導體 2圓20之反射影像時，即將該亮度資訊與良品晶圓之反射 影像之亮度資訊加以比較。接著’根據半導體晶圓2〇之反 射影像之暗處之亮度值的降低量卜圖8之降低量△)，檢測籲 出重複圖案22之缺陷（線部2Α與空間部2Β 化)。例如，若亮度值之降低量較預先決定之闕值?容許值） 大時即判定為「缺陷」，小於闕值時即可判斷為「正常」。 又，影像處理裝置15中，如前所述，除了可預先記」憶 良品晶圓之反射影像外，亦可預先記憶晶圓之照射區域之 排列資料與亮度值之闕值。 此時，由於可根據照射區域之排列資料，知道所擷取 15 1355488 之晶圓反射影像中各照射區域之位置，因此可以求得 ^ *、、、 射區域之亮度值。接著’藉由比較該亮度值與所儲存之闕 值，來檢測出圖案之缺陷。將亮度小於闕值之照射區域判 -斷為缺陷即可。 如前所述，根據第1實施形態之表面檢查裝置1〇，由 於係使用直線偏光L1，在圖6之振動面之方向（v方向）相 對重複圖案22之重複方向（X方向）為傾斜之狀態，照明重 複圖案22’且根據產生於正反射方向之摘圓偏光[2中、偏 光成分L4之光強度（圖5(c)之偏光成分L3之大小），來檢測 鲁 出重複圖案22之缺陷，因此即使與照明波長相較重複圖案 22之間距p相當小時，亦可以確實地進行缺陷檢查。也就 是說’即使不進行照明光之直線偏光L1的短波長化，亦能 確實因應重複間距之微細化。 再者’第1實施形態之表面檢查裝置1〇，藉由將圖6 之振動方向（V方向）與重複方向（X方向）所成之夾角設為45 度’可確實掌握半導體晶圓20之反射影像亮度之降低量（〇c 圖8之降低量△)，因此能以高感度進行重複圖案22之缺陷 鲁 檢查。 又’第1實施形態之表面檢查裝置1〇，並不侷限於重 複圖案22之間距P遠小於照明波長的情形，即使在重複圖 案22之間距p與照明波長同程度、或者是較照明波長大的 情形時’亦同樣地可以進行重複圖案22之缺陷檢查。也就 疋s兒’不受限於重複圖案22之間距P，可確實的進行缺陷 檢查。此係由於因重複圖案22所造成之直線偏光li的備 16 1355488 間部2B之體積 P之故。 圓化，係依存於重複圖案22之線部2a與空 比而產生’並不依存於重複圖案22之間距 此外，帛1實施形態之表面檢查裝置1〇，若重複圖案 22之線部2A與空間㈣之體積比相同的話，反射影像亮 度之降低值（CC圖8之降低量△)會相等。因此，不受限於重 複圖案22之間距P’只要體積比之變化量相同的話，即能 以相同感度進行該檢測。例如，如圖9(a)、所示之重複 圖案22’間距p不同，但線部2A與空間部2b之體積比相

同時，能以相同之感度進行缺陷檢查。又，由圖9(a)、 之比較可知，間距P越小，越能確實地檢查出微細的形狀 變化（偏離線部2A之線寬仏設計值的偏離量5 又’第1實施形態之表面檢查裝置1 〇，即使重複圖案 22之間距P不同，亦能在將半導體晶圓2〇保持於水平狀態 下（不進行習知之載台的傾斜調整）進行檢查，因此能確實縮 短至實際開始（即擷取半導體晶圓2〇之反射影像）進行缺陷 檢查的準備時間，提昇作業效率。

再者’第1實施形態之表面檢查裝置1〇，由於其載台 11不具備傾斜機構’因此能簡化裝置構成。此外，可使用 低價的放電光源來作為照明系統1 3之光源3丨，表面檢查裝 置1 〇之整體構成既便宜又簡單。 又’第1實施形態之表面檢查裝置10，即使在半導體 晶圓20表面形成有複數種類之重複圖案，且間距p與重複 方向（X方向）相異之重複圖案混在的情形下，亦能一次擷取 半導體晶圓20表面全體之反射影像，僅調查各個地方亮度 17 1355488 值之降低量，即能簡單地進行所有重複圖案之缺陷檢查。 也就是說，重複方向之重複圖案，如圖10所示，係〇度方 向之重複圖案25與90度方向之重複圖案26»此等重複圖 案25，26，重複方向（X方向）彼此差90度。然而，各個重 複方向（X方向）與直線偏光L1之振動面方向（V方向）之夾 角，皆為45度。 進一步的’第1實施形態之表面檢查裝置10，由於係 對半導體晶圓20之表面斜向射入直線偏光Ll(參考圖1)， 因此亦可獲得與重複圖案22之線部2A邊緣形狀之非對稱 · 性（例如邊緣形狀變形的方向性）相關的缺陷資訊。為此，可 以藉由載台11使半導體晶圓20之重複圖案22之重複方向 (X方向）旋轉180度’擷取其前後狀態之半導體晶圓2〇之 反射影像，來調查相同處之亮度差。 圖11中’顯示邊緣形狀為非對稱之重複圖案22與直 線偏光L1之入射方向的關係。例如，圖u(a)為旋轉18〇 刖之狀態，由線部2A之邊緣E]、E2之中邊緣變形（E丨）侧， 射入照明光。圖11(b)為180度旋轉後之狀態，由兩個邊緣 _ E!、E2之中邊緣未變形（E2)側’射入照明光。在各狀態下操 取之反射影像之亮度值’成為反映位於入射方向之邊緣 E,、E2形狀，此例中，圖！ i(a)之反射影像之亮度值變大。 因此，藉由調查180度旋轉前後之反射影像之亮度差，可 以了解線部2A之邊緣形狀之非對稱性。亦可將丨8〇度旋轉 前後之反射影像加以合成以進行缺陷檢查。 又，如第1實施形態般，在對半導體晶圓2〇表面斜向 18 1355488 案22之重複方向（X方向）設定成相對直線偏光L1之入射面 為45度以外之角度，將半導體晶圓20表面之直線偏光L1 之振動面方向與重複圖案22之重複方向（X方向）所夾之角 度，設定為45度。 (第2實施形態） 此處，取代第1實施形態之表面檢查裝置10(圖丨）之照 明系統13與受光系統14，說明具備如圖12(a)所示之照明 系統（41〜46)與受光系統（45〜49)的表面檢查裝置40»圖 12(a)中，省略與第1實施形態相同之載台η、對準系統12 與影像處理裝置15之圖示。表面檢查裝置40，亦是在半導 體電路元件之製程中，自動進行半導體晶圓20之表面檢查 的裝置。 以下’說明第2實施形態之表面檢查裝置40之照明系 統（41〜46)與受光系統（45〜49)。照明系統（41〜46)，係由 光源4卜波長選擇濾波器42、中繼透鏡43、孔徑光闌44、 偏光分束器45與透鏡46所構成。其中，偏光分束器45與 透鏡46亦具有部份受光系統（45〜49)之功能。受光系統（45 〜49)除偏光分束器45與透鏡46外’亦具有孔徑光闌47、 成像透鏡48與攝影元件49。透鏡46之光軸〇3，與載台11 之法線1 Α (參考圖1) —致。 表面檢查裝置40,取代圖1之表面檢查裝置1〇之凹面 反射鏡35，36 ’設有兼具此等功能之透鏡46，且取代表面 檢查裝置10之偏光濾光鏡34, 38 ’設有兼具此等功能之偏 光分束器45。如此一來，由於照明系統（41〜46)與受光系 1355488 接著’使用上述直線偏光L1照射重複圖案22時，會 從半導體晶圓20之重複圖案22產生往正反射方向（光軸〇3 之方向）之橢圓偏光L2。橢圓化之理由雖與第1實施形態相 同，但在垂直入射時，與重複方向（X方向）平行之偏光成分 Vx和垂直之偏光成分νγ(圖7) ’其相位變化相等。也就是 說，偏光成分VX、VY分別獨立地接受不同之振幅變化。因 此’偏光成分VX、VY之反射光其振幅互異，此等合成所產 生之反射光成為擴圓偏光L2。又，垂直入射時之構造性雙 折射’則對應因重複圖案22之異向性所產生之振幅反射率 籲 不同。 來自重複圖案22之橢圓偏光L2’再次被透鏡46集光， 透過偏光分束器45、孔徑光闌47與成像透鏡48後，集光 至攝衫元件49之攝影面。偏光分束器45，從橢圓偏光L2 中’僅抽出與直線偏光L1之振動面垂直（與紙面平行）的偏 光成分L4，將其導至攝影元件49«在攝影元件49之攝影 面’形成偏光成分L4所造成之半導體晶圓20的反射像。 此反射像之明暗’大致與偏光成分L4之光強度成比例。 _ 偏光成分L4之光強度，會隨著重複圖案22之形狀（線 部2A與空間部2B之體積比）而變化（參考圖8)β惟直線偏 光L1之振動面方向（V方向）與重複方向（χ方向）所夾角度被 保持在固定值（第2實施形態中為45度），重複圖案22之材 質亦一定。當重複圖案22為理想形狀（體積比為1 : 1)時， 偏光成分L4之光強度為最大。 接著’說明垂直入射時之構造性雙折射（因重複圖案22 22 1355488 之異向性所引起之振幅反射率之差），並說明重複圖案22 之形狀與偏光成分L4之光強度之關係。為了此說明，將重 複圖案22予以模式化。也就是說，假設厚度q、介電率£ ι 之物質1與厚度h、介電率ε2之物質2所形成之層，以和 照明波長相較充分短的重複週期，在平面上排列有複數個。 如圖13(a)所示，當照射振動面與層之重複方向平行之 直線偏光L5時，即施加橫切過層之電場，並根據電場產生 小的極化。也就是說，各層對電場串列地產生極化。此時 外觀上之介電率£)(，可以次式來加以表示。又，垂直入 籲 射之情形時，介電率ε χ之物質之振幅反射率Γχ，可以次式 (2)來加以表示。 [式1] …⑴ £χ — G 丨 丨 g， tx€2 + ΐ2ελ …(2)

又，如圖13(b)所示，當照射振動面與層之重複方向垂 直之直線偏光L6時，即沿著層之長邊方向施加電場，並根 據此電場產生極化。由電場來看，各層之極化並列排列。 此時外觀上之介電率ε γ，為層之厚度…+⑴之加權平均 值，可以次式（3)來加以表示。又，垂直入射之情形時，介 電率εΥ之物質中之振幅反射率rY，可以次式（4)來加以表 示。 [式2] ^ = (1ε± + (2ε2 … ί,+ί2 23 1355488 .(4)

V^+IO 门二此，當垂直入射的直線偏光U、L6之振動面方向不 同時（圖13)，因為外觀上 甘，丄 規上之"電革ε X、ε y不同（式（1)、 (3)) ’其結果，振幅反射率 手χ Γγ亦不同（式（2)、（4)) 〇此等 振幅反射率& __, Χ γ) ’被認為是垂直入射時之構造性雙 折射。 丹# 又 接著，如圖Μ所示，考慮直線偏光之振動面相對層之 重複方向傾斜角度φ之狀況。假設射人層時直線偏光之振幅 為Ε。射入層之直線偏光，分成與層t重複彳向平行之成分 (振幅為EcW)，以及與.重複方向垂直之成分（振幅為 ηΦ)且刀別獨立地接受上述振幅反射率&、〜之振幅變 化。因此，與重複方向平行之成分之反射光振幅Εχ，以及 與重複方向垂直之反射光振幅Εγ，分別由下列式（5)、（6) 來表示。此外，為振幅Εχ、Εγ各成分之合成所形成之反射 光為擴圓偏光。

Ex=rxEcos(|) ...(5) EY=rYEsin(|) ...(6) 此橢圓偏光中’與入射光之振動面垂直之成分，為透 過圖12(a)中所示偏光分束器45、朝向攝影元件49之偏光 成分L4。偏光成分L4之振幅eL4，可使用式（5)、（6)之振 ^ Ex、Εγ，以下式（7)來加以表示。又，與入射光振動面平 行之成分之振幅Ec，以下式（8)表示。

Eu = Εχ Βΐηφ + Εγ cos^ = 0.5E(rx -rK)sin2^ ···(!)

Ec = Ex cos^ + EY sin φ = E{rx cos2 ^ + sin2 φ) …⑻ 丄355488 再者，具有式（7)之振幅Ε[4之偏光成分L<J之光強度 lL4 ’可以下式（9)來表示。由式（9)可知，偏光成分L4之光 強度Iu，係垂直入射時之構造性雙折射（振幅反射率之差 γυ))之相關成分、與對直線偏光之振動面之重複方向之傾 斜角度φ (圖14)相關成分的積。又，當振動面之傾斜角度小 疋時偏光成分L4之光強度iL4僅依存於與構造性雙折 射（振幅反射率之差（rx 一 Γγ))相關之成分。

Iu = (EL4)2 = 0.25E\rx - rr)2 sin2 2φ …⑼ —接著，進行式（9)中之構造性雙折射（振幅反射率之差（Γχ ―1»)之檢討。為進行此檢討，假設物質丨由光阻（介電率石 ι=2·43)構成、物質2由空氣（介電率^叫構成，層之厚度 (tI + t2)為 1 〇〇nm。 此時，物質1對應重複圖案22之線部2A、物質& 度對應線部2A之線寬Da(圖3)。物質2對應空間部Μ 物質2之厚度t2對應空間部2B之線寬¥此外，層之 度（ti+h)對應重複圖案22之間距p。

圖⑷中，顯示與層之重複方向平行之偏光成分夕卜 上之折射率與層之重複方向垂直之偏光成分外觀 之折射率〜士以及與物質1之厚度Μ線寬Da)之關係 此外，於㈣⑻中顯示平行之偏光成分之振幅反射率& 垂直之偏先成分之振幅反射率Γγ與物質】之厚度， ^的關係。又’㈣15__造性雙折射（振幅反一 率之，ΓΥ))與物質1之厚“(線寬Da)之關係。 圖15(C)可知，當物質1之厚度^為50細時，也京 25 1355488 疋說，當物質1之厚度 性雙折射（振幅反射率之差—之厚度t2相等時，構造 外，由式（9)可知，當振動 Y))之邑對值為最大。此 田搌動面之傾斜角声 〜 形態為45度)，偏光成分“之光強度：：時(第2實施 Μ疋說，物質丨之厚度“與物質2之厚 、’為取大。進一步的，當 -2 15(㈣性雙折射之大小變化時，偏先厚=化 1“也會跟著變化（參考圖8)。 偏先成刀L4之光強度 之旦’第2實施形態之表面檢查裝置40，藉由未圖示 丰^&理裝置15 ’根據來自攝影元件49之影像訊號操取 +導體晶圓20之反射影像’並將其亮度資訊光成分μ 較闕值小Βή 之光強度W與良品晶圓之反射影像之亮度資訊加以比 較。並根據半導體晶3] 2G之反射影像之暗處之亮度將低值 k圖8之降低量△)，檢測出重複圖案22之缺陷（線部2A 與空間部2B之體積比之變化）。例如，當亮度值之降低量 較預先決定之闕值大時即可判斷為「缺陷」 · 一 可判斷為「正常」。 如上述般，根據第2實施形態之表面檢查裝置4〇，由 於係使用直線偏光L1，在圖12之振動面之方向（v方向）相 對重複圖案22之重複方向（X方向）為傾斜之狀態下，照明 重複圖案22，且根據往正反射方向產生之橢圓偏光L2中、 偏光成分L4之光強度IL4，來檢測重複圖案22之缺陷，因 此即使與照明波長相較重複圖案22之間距P相當小，亦能 確實地進行缺陷檢查。也就是說，即使不進行作為照明光 26 1355488 之直線偏光L1的短波長化，亦能確實因應重複間距之微細 化。 進步的’第2實施形態之表面檢查裝置4〇，可藉由 將圓12之振動面之方向（v方向）與重複方向（χ方向）所夾之 角度設為45度，而能以高感度進行重複圖案22之缺陷檢 查。關於此點，由上述式（9)可清楚得知。此處，在圖（16) 中顯示式（9)中光強度lL4(0C反射影像之亮度值）與直線偏光 振動面之傾斜角度φ (圖14)之關係。構造性雙折射（Γχ 一 γυ)，係設定為良品圖案時之固定值。由圖16可知，偏光成 分L4之光強度Ιμ，在傾斜角度φ為45度時最大 (=〇.25£>, 。因此，可以大大地掌握半導體晶圓2〇之反 射影像亮度之降低量（OC圖8之降低量△)，以高感度進行重 硬圖案22之缺陷檢查。又，圖16之縱轴，係將傾斜角度小 為45度時之光強度iL4(最大值）設為1〇〇0/。。 接著，考察傾斜角度φ之容許誤差。為了確實檢測出重 複圖案22之線部2A之線寬變化10%，傾斜角度ψ之誤差△ Φ必須滿足下式（10)。式（10)，係線寬變化1〇%引起之光強 度之變化量（^(〜-〜)2，反射影像亮度值之降低量），大於因 傾斜角度之誤差Δφ引起光強度之變化量（如22△幻的條 件。例如，假設重複圖案22之電阻之介電率為2 43 '間距 P為lOOnm時，為檢測出線部2A之線寬變化1〇%(亦即 5nm)，將傾斜角度之誤差抑制在337度以下即可。 [式3] ^Hzrr)2 > l-c〇s(4A^) (〜-，r)2 _ 2 (〇) 1355488 此外’第2實施形態之表面檢查裝置4〇,與上述第1 實轭形態相同的，能發揮下列[1]、[2]、[3]之效果》[1]不受 限於重複圖案22之間距p，可以確實地進行缺陷檢查。[2] 例如圖9(a)、（b)所示之重複圖案22般，當間距p不同、線 部2A與空間部2B之體積比相同之情形時，亦能以相同感 度來進行缺陷檢查[3]間距p越小，越能確實地檢測出微 細的形狀變化（線部2A之線寬Da偏離設計值之偏離量 )關於這些點，從將式（2)、（4)帶入上述式（9)所得之式 中’亦可清楚得知。 再者上述第2實施形態之表面檢查裝置4〇，與上述 第1貫鈿形癌同樣的，亦能發揮下述[4]〜[6]之效果。[4] 月t*確貫縮短至實際開始進行缺陷檢查（亦即擷取半導體晶圓 20之反射影像）之準備時間，提昇作業效率。[5]由於載台 11不具備傾斜機構、光源41為低價的放電光源，因此可簡 化裝置構成。[6]即使間距p與重複方向（χ方向）不同之重複 圖案混在之情形，亦能一次地簡單進行所有重複圖案之缺 陷檢查。 (第3實施形態） 。第1實施形態中，係使用受光系統14，藉由將來自晶 圓20之反射光成像在攝影元件39之攝影面來取得影像訊 號，進行缺陷檢查，但本實施形態中，則係由觀察者以眼 睛觀察來自晶圓20之反射光，據以進行目視檢查。 圖17，係顯示第3實施形態之表面檢查裝置1()a之構 成的圖。圖17中，與圖㈠目同符號之元件，為與圖i相同 28 !355488 亮度值亦會有變大的情形。 又，上述實施形態中，係以半導體晶圓20作為被檢測 基板，但本發明並不限定於此。在液晶顯示元件之製程中， 進行液晶基板（被檢測基板）之缺陷檢查時亦可以適用本發 明。此外，並不限定使用表面檢查裝置之影像處理裝置b 來進行缺陷檢測處理，使用連接於表面檢查裝置之外部電 腦時’亦可以得到相同效果。 又，上述實施形態中，雖係使用CCD等之2維感測器 來作為攝影元件，但亦可以使用丨維感測器。此時，使i 維感測器（攝影元件）與裝載作為被檢測基板之半導體晶圓 (或液晶基板）的載台相對移動，使丨維感測器掃描半導體晶 圓（或液晶基板）之表面全體，來擷取半導體基板（或液晶基 板）全面之影像即可。 【圖式簡單說明】 第1圖’係顯示第1實施形態之表面檢查裝置1 〇之全 體構成的圖。 第2圖’係半導體晶圓2〇之表面的外觀圖。 第3圖’係用以說明重複圖案22之凹凸構造的立體圖。 第4圖’係用以說明直線偏光L1之入射面（3A)與重複 圖案22之重複方向（X方向）之傾斜狀態的圖。 第5圖（a)〜(c) ’係用以說明直線偏光[I與橢圓偏光L2 振動方向的圖。 第6圖，係用以說明直線偏光^!之振動面方向（v方向） 與4複圖案22之重複方向（X方向）之傾斜狀態的圖。 31 丄355488 第7圖’係用以說明分成與重複方向（χ方向）平行之偏 p成+Vx與垂直之偏光成分VY的圖。 第8圖’係用以說明偏光成分L3之大小與重複圖案22 之線部2A之線寬DA之關係的圖。 第9圖（a)、（b) ’係顯示間隔p相異、但線部2A與空 ΘΒ * B 之體積比相同之重複圖案22例的圖。 第10圖，係用以說明重複方向相異之重複圖案25，26 的圖。 第11圖（a)、（b) ’係顯示邊緣形狀為非對稱之重複圖案 與直線偏光L1之入射方向之關係的圖。 第12圖（a)、（b) ’係顯示第2實施形態之表面檢查裝置 40之全體構成的圖。 第1 3圖（a)、（b) ’係用以說明在解釋垂直入射之構造性 又折射時之直線偏光L5之振動面、與層之重複方向的圖。 第14圖’係用以說明在解釋垂直入射之構造性雙折射 時之直線偏光L6之振動面、與層之重複方向的圖。 第1 5圖，係顯示在解釋垂直入射之構造性雙折射時之 折射率（a)、振幅反射率（b)、振幅反射率之差（c)、與物質J 之厚度t,之關係的圖》 第16圖，係顯示偏光成分L4之光強度iL4(〇c反射影像 之壳度值）與直線偏光之振動面之傾斜角度φ(圖14)之關係 的圖。 第17圖，係顯示第3實施形態之表面檢查裝置1〇3之 全體構成的圖。 32 1355488 【主要元件符號說明】 10,40 表面檢查裝置 11 載台 12 對準系統 13 照明系統 14 受光系統 15 影像處理裝置 20 半導體晶圓 21 晶片區域 22,25,26 重複圖案 31,41 光源 32,42 波長選擇濾波器 33 導光光纖 34,38,50 偏光濾光鏡 35,36 凹面反射鏡 37,48 成像透鏡 39,49 攝影元件 44,47 孔徑光闌 45 偏光分束器 46 透鏡

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Claims (1)

1355488 十、申請專利範圍： 100年5月ί|日修正替換頁 •—種表面檢查裝置，其特徵在於，具備： 照明機構，係以直線偏光照明形成於被檢測基板表面 之重複圖案； "又疋機構，係用以將該直線偏光之振動面在該表面之 方向與該重複圖案之重複方向所夹角度設定成q以外與 90度以外之角度； 抽出機構，係從該重複圖案往正反射方向產生之光 中抽出與4直線偏光之振動面垂直之偏光成分； 成像機構，係根據該抽出機構所抽出之光來將該被檢 查基板之影像加以成像；以及 檢測機構’係根據被成像之該影像，來檢測該重複圖 案之缺陷。 如甲凊專利範圍第1項之表面檢 測 • 衣囬揿笪装置，具具備杉 機構，用以根據該抽出機構所抽出之該偏光成分之光発 度來檢測該重複圖案之缺陷。 如申明專利辄圍第1項之表面檢查裝置，其進-步 具有檢測重複圖案之方向之方向檢測機構； ㈣測機構之檢測結果，該設定機構將該直 線偏光之振動面在該表面 之方向與該重複圖案之重複方向 所夾角度設定成傾斜。 4 ·如申請專利範圍第 祀固弟1項之表面檢查裝置，其中，該 照明機構，係以直後偏# 且深悔九—次照明大於重複圖案之至少— 個圖案之範圍。 34 1355488 100年5月q日修正替換頁 5·如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其中，該 照明機構，係以直線偏光一次照明大於至少一個晶片區域 之範圍。 6·如申請專利範圍第1或2項之表面檢查裝置，其中， 該°又疋機構可將該角度設定在30〜60度間之任意值。 7如申請專利範圍第1或2項之表面檢查裝置，其中， 5亥设定機構係將該角度設定在4 5度。 8·如申請專利範圍第1或2項之表面檢查裝置，其具 備支持該被檢測基板、並在該表面内使該被檢測基板之該 重複圖案之重複方向旋轉的基板支持機構； °亥檢測機構’係根據該基板支持機構使該重複方向旋 轉1 8〇度前後之狀態，來檢測該重複圖案之缺陷。 9· 一種表面檢查方法，其特徵在於： 使用直線偏光，在被檢測基板表面之該直線偏光之振 動面方向，相對形成於該表面之重複圖案之重複方向為傾 斜的狀態下，使用直線偏光照明該重複圖案； 根據從該重複圖案往正反射方向產生之光中，與該直 線偏光之振動面垂直之偏光成分之光強度，來檢測該重複 圖案之缺陷。 10· 一種表面檢查方法，其特徵在於： 使用直線偏光，在被檢測基板表面之該直線偏光之振 動面方向，相對形成於該表面之重複圖案之重複方向為傾 斜的狀態下，使用直線偏光照明該重複圖案； 從該重複圖案往正反射方向產生之光中，抽出與該直 35 1355488 100年5月ί|日修正替換頁 線偏光之振動面垂直的偏光成分； 根據所抽出之光形成該被檢測基板之像，根據該像來 檢測該重複圖案之缺陷。 11. 如申請專利範圍第9或10項之表面檢查方法，其 中，檢測重複圖案之方向，根據重複圖案方向之檢測結果， 將該直線偏光之振動面在該表面之方向與該重複圖案之重 複方向所夾角度設定成傾斜。 12. 如申請專利範圍第9或1〇項之表面檢查方法，其 係以直線偏光一次照明大於重複圖案之至少一個圖案之範 圍。 、 / 13 ·如申請專利範圍第9或10項之表面檢查方法，其 係以直線偏光一次照明大於至少一個晶片區域之範圍。 14 ·如申請專利範圍第9或10項之表面檢查方法，其 中，該直線偏光在該表面之該振動面方向係相對福 圖案之重複方向傾斜30〜60度間之任意角度。Α 15·如申請專利範圍第9或1〇項之表面檢查方法 中’該直線偏光在該表面之蜂好叙；士二 、 圖宏夕㈣η 衣面之隸動面方向’係相對該重複 圖案之重複方向傾斜45度之角度。 16·如申請專利範圍第項之表面 中’該重複圖案缺陷之檢測，係在使該重複圖案之重j 向在該表面内旋轉18〇度左右之狀態下進行。 複方 十一、圖式： 36 1355488 100年5月（）日修正替換頁 如次頁 37 1355488

1355488

1355488

(a) (b) 直線偏光L1 橢圓扁光L2 入射面… (3A)： I I '^振動方向 進行方向 (ΟΊ) (〇)

振動方向

V 1355488 第6圖

1355488 第7圖

1355488

偏光成分L3之大小

設計値 線部2A與空間部2B之體積比1 : 1

1355488 第JLG圖

1355488 第11圖 (a) (b)

E2 Ei

1355488 第12圖

1355488 第13圖

第14圖

Ecos0 1355488 第15圖

物質1之厚度tl (線寬DA)

(b) 振幅反射率

物質1之厚度tl (線寬DA )

(c) tl=t2 Ο 20 40 ^ 60 80 100 振幅反射率之差 (rx — ry)

物質1之厚度tl (線寬DA ) 1355488 0 第16圖 (%) 偏光成分L4之光強度IL4 α反射畫像之亮度{直

傾斜角度^

1355488 ψ 第17圖