TWI498548B - Pattern inspection apparatus - Google Patents

Description

圖案檢查裝置

本說明書所記載之實施形態，係關於光學性檢查被檢查試料的圖案之缺陷的圖案檢查裝置。

於圖案檢查裝置中，對於檢查如光罩等，形成細微圖案之被檢查試料的圖案缺陷，需要檢查光的充分光量。因此，使用以同軸落射照明的方式，組合1/4波長板與偏光分光器(PBS)，來提升光量的效率之手法。

亦即，以PBS反射來自光源側的S偏光光線，並利用1/4波長板使其成為圓偏光，並照射至遮罩表面。然後，使在遮罩表面的反射光，以1/4波長板成為P偏光並射入至PBS，利用感測器來檢測透射PBS的光線。

但是，在該手法中，在形成於光罩上的圖案聚有比檢查光的波長還短的週期構造之狀況中，因為因應射入之光線的電場方向而折射率不同之構造性複折射的影響，來自遮罩表面之反射光的偏光狀態會產生變化。因此，無法使來自遮罩表面的反射光有效率地透射PBS。所以，無法避免因圖案檢查的光量降低，導致檢查精度的降低。

本發明的實施形態，係提供即使是被檢查試料的圖案具有比檢查光的波長還小的週期構造之狀況，也可防止構造性複折射的影響所致之光量降低，可提升檢查精度的圖案檢查裝置。

本實施形態的圖案檢查裝置，係使用對被檢查試料照射光線所得之圖案畫像，來檢查圖案缺陷的圖案檢查裝置，該圖案檢查裝置係具備：光源，係用以對於前述被檢查試料，照射所定波長的檢查光；偏光分光器，係使來自前述光源的光線反射或透射，並導引至前述被檢查試料上；攝像元件，係對被前述被檢查試料反射，透射前述偏光分光器或被前述偏光分光器反射之光線進行受光；光學系，係在前述被檢查試料與前述偏光分光器之間，形成前述被檢查試料的傅立葉轉換面；及偏光控制元件，係被設置於前述傅立葉轉換面。然後，前述偏光控制元件，係具有前述檢查光通過的第1區域，與面積比該區域大且前述反射光通過的第2區域，並在前述第1區域與前述第2區域中延遲量不同。

10‧‧‧光罩

11‧‧‧XYθ平臺

13‧‧‧雷射光源

14‧‧‧偏光分光器(PBS)

15‧‧‧光二極體陣列

20‧‧‧光學系

21‧‧‧物透鏡

22，23‧‧‧中繼透鏡

30，40‧‧‧偏光控制元件

31，41‧‧‧第1區域

32，42‧‧‧第2區域

50‧‧‧部分反射鏡

51‧‧‧全反射鏡

52‧‧‧透明玻璃

70‧‧‧控制計算機

71‧‧‧平臺控制電路

72‧‧‧XYθ電動機

73‧‧‧資料記憶體

74‧‧‧比較電路

75‧‧‧參照資料產生電路

76‧‧‧感測器電路

82‧‧‧檢查條帶

圖1係揭示關於第1實施形態的圖案檢查裝置之基本構造的圖。

圖2係用以說明光罩之檢查條帶的模式圖。

圖3係揭示關於第1實施形態的圖案檢查裝置之光學構造的圖。

圖4係揭示圖3的圖案檢查裝置所用之偏光控制元件的構造的俯視圖。

圖5係揭示關於第2實施形態的圖案檢查裝置之光學構造的圖。

圖6係揭示圖5的圖案檢查裝置所用之偏光控制元件的構造的俯視圖。

圖7係揭示關於第3實施形態的圖案檢查裝置之光學構造的圖。

圖8係揭示圖7的圖案檢查裝置所用之部分反射構造體的構造的俯視圖。

以下，參照圖面來說明實施形態的圖案檢查裝置。

(第1實施形態)

圖1係揭示關於第1實施形態之光罩的圖案檢查裝置之基本構造的圖。此實施形態係比較大規模LSI的製作所用之光罩的設計資料與測定資料，來進行圖案的檢查之圖案檢查裝置的構造例。

在該裝置中，形成於光罩10的圖案之被檢查試料81如圖2所示，虛擬地被分割為寬度W之短條狀的檢查條帶82。然後，以連續掃描該被分割之檢查條帶82之方 式，於圖1所示之XYθ平臺11搭載前述遮罩10，一邊使其中1軸連續移動一邊執行檢查。前述條帶檢查結束時，為了觀察鄰接的條帶，在其他1軸的平臺進行位移移動。

光罩10係被載置於XYθ平臺11上。然後，該平臺11係在主機電腦70的控制下，可藉由平臺控制電路71與XYθ電動機72進行移動。

在形成於光罩10的圖案，藉由DUV(紫外光)雷射等的光源13來照射光線。被光罩10反射的光線係透過光學系20，射入至光二極體陣列(攝像感測器)15。於光二極體陣列15上，前述圖2所示之虛擬分割之圖案的短條狀區域的一部分被放大，成像作為光學像。成像於光二極體陣列15上的圖案之像，係藉由光二極體陣列15進行光電轉換，進而藉由感測器電路76進行A/D轉換。然後，從該感測器電路76輸出之測定畫像資料被送至比較電路74。

另一方面，光罩10的圖案形成時所用的設計資料，係從磁碟或半導體記憶體等的資料記憶體73藉由控制計算機70，被參照資料產生電路75讀出。在參照資料產生電路75中，被讀出的設計資料被轉換成2值或多值的設計畫像資料。

在比較電路74中，遵從適當的規則來比較測定畫像資料與設計畫像資料，在不一致時則判定為有缺陷。亦即，利用晶粒至資料庫(die to database)方式，來檢測出光罩10的圖案缺陷。

圖3係揭示關於第1實施形態的圖案檢查裝置之光學構造的圖。該構造係使用圓偏光光線來進行檢查的範例，於物透鏡的光瞳或光瞳共軛位置使用分割形的波長板者。

以對向於作為被檢查試料的光罩10的表面之方式，設置具有物透鏡21及中繼透鏡22、23的光學系20。

用以照明光罩10的光線，係從雷射光源13射出，對於偏光分光器的反射面被調整為S偏光。該第1直線偏光光線(S偏光)係被偏光分光器(PBS)14反射，藉由光學系20，傾斜照射至光罩10的表面。在光罩10的表面反射的光線，係藉由光學系20取出，透射PBS14而照射至光二極體陣列15。

在此，光學系20係在光罩10與PBS14之間，形成對於光罩10的表面之光學系的焦點面的傅立葉轉換面者。於傅立葉轉換面，設置有偏光控制元件30。

具體來說，在接近PBS14之處設置中繼透鏡23，在接近物透鏡21之處設置中繼透鏡22。使物透鏡21的光瞳位置相當於中繼透鏡22的焦點位置，使中繼透鏡22之與物透鏡側相反的焦點位置和中繼透鏡23的焦點位置一致。然後，藉由在中繼透鏡23之與中繼透鏡22的方向相反的焦點位置，設置偏光控制元件30，將光罩面的傅立葉面形成於偏光控制元件30的位置。

偏光控制元件30係為圓板體，對合光學系20的光軸來配置。偏光控制元件30係如圖4所示，具有在從光學系20的光軸偏離的位置且照明光通過之圓形的第1區域 31，與其以外的第2區域32。

第1區域31係1/4波長板，其以外的第2區域32係具有與1/4波長不同之延遲(retardation)的複折射元件。更具體來說，第2區域32係排除來自光罩10的反射光之複折射的影響，利用PBS14使反射光成為容易通過的P偏光者。作為複折射元件，例如使用水晶，可藉由控制基板的厚度，獲得所希望的延遲量。進而，設置1/4波長板與1/2波長板雙方，調整個別角度，對任意方向賦予任意延遲的構造亦可。

亦即，偏光控制元件30之第1區域31的延遲量為90度，第2區域32的延遲量為從90度偏離在光罩10的複折射所致之偏光狀態的變化分量之量。又，於偏光控制元件30中，成為1/4波長板的第1區域31僅為一小部分，其以外之大部分的第2區域32為與1/4波長板不同的複折射元件。

來自光源13的照明光為微小點光，故即使是面積較小的第1區域31，也可以充分大的光量來通過。另一方面，來自光罩10的反射光基本來說，在偏離照明光之通過區域的位置(圖4中虛線內)，但是，反射光不僅有0次繞射光(正反射光)，也存在有多次數的繞射光，故擴散成比照明光的通過區域更大的範圍。所以，藉由將照明光的通過區域以外全部(第2區域32)，設為任意波長板(從1/4偏離在光罩10的複折射所致之偏光狀態的變化分量之量)，可有效率地使朝向感測器側的反射光成為P偏光。

因照明光的通過區域設置有1/4波長板，照明光會成為圓偏光，從傾斜方向照射至光罩10。來自光罩10的反射光，係藉由光學系20取出，但是，在傅立葉轉換面中位置偏離。然後，藉由通過偏光控制元件30的第2區域32而成為P偏光，透射PBS14而被光二極體陣列15檢測出。此時，來自光罩10的反射光所通過之第2區域32與檢查光所通過之第1區域的波長板並不相同，抵消光罩10的表面之構造性複折射的影響而成為P偏光。因此，通過PBS14的光線會成為充分大的光量。

如此，依據本實施形態，於光罩10的傅立葉轉換面配置偏光控制元件30，使來自光罩10的反射光通過與射入側的相位差板不同的相位差板，故可有效率地使來自光罩10的反射光成為P偏光。因此，通過PBS14的光量變大，在感測器側的受光光量也變大。

所以，即使是檢查對象圖案具有低於波長的週期構造之狀況，也可防止構造性複折射的影響所致之光量降低，可謀求檢查精度的提升。又，因於光罩10的傅立葉轉換面配置偏光控制元件30，即使是面積較小的第1區域31，也可將檢查光以充分的光量來導引至遮罩側。進而，可透過面積較大的第2區域32，取出來自光罩10的反射光。因此，可進行光利用效率高的圖案缺陷檢查。

(第2實施形態)

圖5係揭示關於第2實施形態的圖案檢查裝置之光學 構造的圖。再者，於與圖3相同部分附加相同符號，省略其詳細說明。

本實施形態與之前說明的第1實施形態不同之處，係不是圓偏光，而是使用直線偏光來進行檢查。

在本實施形態中，如圖6所示，配置於光罩10之傅立葉轉換面的偏光控制元件40是照明光的通過區域(第1區域)41為透明(普通玻璃)。其以外的第2區域42係將從光源側射入至PBS14之光線的方向設為X軸，將被PBS14反射而朝向光罩的方向設為Z軸，與X軸與Z軸雙方正交的方向設為Y軸時，對於X軸，結晶軸方向成45°的1/2波長板。亦即，偏光控制元件40之第1區域41的延遲量為0度，第2區域42的延遲量為180度。

來自光源13的照明光為直線偏光光線(S偏光)，被PBS14反射，藉由光學系20，傾斜照射至光罩10的表面。在光罩10的表面反射的光線藉由光學系20被取出，回到傅立葉轉換面。因於傅立葉轉換面的大部分(第2區域42)配置1/2波長板，反射光成為P偏光，通過PBS14而被光二極體陣列15檢測出。因此，可謀求反射光的檢測效率提升。

如此，依據本實施形態，因位於光罩10的傅立葉轉換面配置偏光控制元件40，即使是面積較小的第1區域41，也可將檢查光以充分的光量來導引至遮罩側。進而，可透過面積比第1區域41大的第2區域42，取出來自光罩10的反射光。所以，可獲得與之前的第1實施形態相 同的效果。又，也可實現先前不可能之在直線偏光照明的反射光檢測效率的提升。

進而，偏光控制元件40係與前述說明相反，第1區域41為結晶軸方向是45°的1/2波長板，第2區域42為普通玻璃亦可。此時也可提升PBS14的透射效率。

(第3實施形態)

圖7係揭示關於第3實施形態的圖案檢查裝置之光學構造的圖。再者，於與圖3相同部分附加相同符號，省略其詳細說明。

本實施形態與之前說明之第1實施形態不同之處，係不使用PBS來取出來自光罩的反射光。

於光罩10傅立葉轉換面，設置有部分反射鏡50。亦即，於物透鏡21的光瞳或光瞳共軛位置，設置部分反射鏡片50。該部分反射鏡片50係如圖8所示，於透明玻璃52的一部分設置全反射鏡51，對於照明光的射入方向及光罩10的表面，以45°的角度設置。然後，僅來自光源13的照明光射入之區域成為全反射鏡51。

再者，因為部分反射鏡50的大部分(除全反射鏡51之外的區域)是透明，不一定需要使用透明玻璃52。例如，於傅立葉轉換面僅設置微小的全反射鏡51亦可。

來自光源13的照明光作為圓偏光亦可，作為直線偏光亦可。照明光被全反射鏡51反射，藉由光學系20而傾斜射入至光罩10的表面。來自光罩10之表面的反射光係 藉由光學系20取出，在傅立葉轉換面中，與全反射鏡51的設置位置偏離。然後，透射部分反射鏡50的光線會被光二極體陣列15檢測出。

如此，在本實施形態中，藉由於傅立葉轉換面設置部分反射鏡50，可不使用PBS等的高價的光學零件來進行檢查。然後，在照明光是使用圓偏光時，即使是檢查對象圖案具有低於波長的週期構造之狀況，也可防止構造性複折射的影響所致之光量降低，可謀求檢查精度的提升。又，在照明光是使用直線偏光時，也可實現先前不可能之在直線偏光照明的反射光檢測效率的提升。

(變形例)

再者，本發明係不限於上述之各實施形態者。

在第1及第2實施形態中，將照明光以PBS反射而導引至遮罩側，使來自光罩的反射光以PBS透射而導引至感測器側。與此相反地，使照明光以PBS透射而導引至遮罩側，使來自光罩的反射光以PBS反射來導引至感測器側亦可。例如，作為從光源側射入至PBS的照明光，使P偏光、來自光罩的反射光射入至PBS之前成為S偏光即可。

在第3實施形態中，作為部分反射鏡的構造，將照明光通過之較小的第1區域設為反射鏡，其以外的第2區域設為透明。與此相反，將照明光通過之較小的第1區域設為透明，將其以外的第2區域設為反射鏡亦可。此時，使 照明光通過第1區域，利用感測器來檢測出在第2區域之反射鏡的反射光。

又，在實施形態中，作為被檢查試料，已說明光罩的範例，但是，並不限定於此，也可適用於NIL(Nano Imprint lithography)用的遮罩。進而，也可適用於半導體晶圓或液晶基板的圖案缺陷檢查。又，在實施形態中，於從透鏡的光軸偏離的位置設置第1區域，但是，不一定限定於此，也可將第1區域設置於光軸中心。

已說明本發明的幾個實施形態，但是，該等實施形態係作為範例而提示者，並無意圖限定發明的範圍。該等新穎的實施形態係可利用其他各種形態來實施，在不脫出發明之要旨的範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形係包含於變形的範圍及要旨，並且包含於申請專利範圍所記載之發明與其均等的範圍。

10‧‧‧光罩

11‧‧‧XYθ平臺

13‧‧‧雷射光源

14‧‧‧偏光分光器

15‧‧‧光二極體陣列

20‧‧‧光學系

70‧‧‧控制計算機

71‧‧‧平臺控制電路

72‧‧‧XYθ電動機

73‧‧‧資料記憶體

74‧‧‧比較電路

75‧‧‧參照資料產生電路

76‧‧‧感測器電路

Claims (13)

1. 一種圖案檢查裝置，係使用對被檢查試料照射光線所得之圖案畫像，來檢查圖案缺陷的圖案檢查裝置，其特徵為具有：光源，係用以對於前述被檢查試料，照射所定波長的檢查光；偏光分光器，係使來自前述光源的光線反射或透射，並導引至前述被檢查試料上；攝像元件，係對被前述被檢查試料反射，透射前述偏光分光器或被前述偏光分光器反射之光線進行受光；光學系，係在前述被檢查試料與前述偏光分光器之間，形成前述被檢查試料的傅立葉轉換面；及偏光控制元件，係具有前述檢查光通過的第1區域，與面積比該區域大且來自前述被檢查試料之反射光通過的第2區域，並被設置於前述傅立葉轉換面，在前述第1區域與前述第2區域中延遲量不同。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述偏光控制元件，係前述第1區域的延遲量為90度，前述第2區域的延遲量為從90度偏離在前述被檢查試料的複折射所致之偏光狀態的變化之量。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述偏光控制元件，係前述第1區域的延遲量為0 度，前述第2區域的延遲量為180度。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述偏光控制元件，係前述第1區域的延遲量為180度，前述第2區域的延遲量為0度。
5. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述第1區域，係以通過該區域的光線以不是垂直的角度射入至前述被檢查試料面之方式配置。
6. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，更具有：比較電路，係比較以前述攝像元件所得之測定畫像資料，與根據前述被檢查試料的圖案形成時所使用之設計資料所得之設計畫像資料，在該等不一致時則判定為有缺陷。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述光學系，係以對向於前述被檢查試料之表面的物透鏡，與配置在前述物透鏡之與前述被檢查試料相反側的中繼透鏡所構成。
8. 如申請專利範圍第1項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述偏光控制元件，係形成為圓板狀；前述第1區域，係從前述光學系的光軸偏離之位置的圓形區域；前述 第2區域，係其以外的區域。
9. 一種圖案檢查裝置，係使用對被檢查試料照射光線所得之圖案畫像，來檢查圖案缺陷的圖案檢查裝置，其特徵為具有：光源，係用以對於前述被檢查試料，照射所定波長的檢查光；光學系，係對向於前述被檢查試料來設置，於照明光側形成前述被檢查試料的傅立葉轉換面；部分反射構造體，係具有使來自前述光源的光線反射或通過並導引至前述被檢查試料的第1區域，與面積比該區域大且使來自前述被檢查試料的反射光透射或反射的第2區域，並被配置於前述傅立葉轉換面；及攝像元件，係對透過前述第2區域所得之來自前述被檢查試料的反射光進行受光。
10. 如申請專利範圍第9項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述第1區域，係以反射或通過該區域的光線以不是垂直的角度射入至前述被檢查試料面之方式配置。
11. 如申請專利範圍第9項所記載之圖案檢查裝置，其中，更具有：比較電路，係比較以前述攝像元件所得之測定畫像資料，與根據前述被檢查試料的圖案形成時所使用之設計資料所得之設計畫像資料，在該等不一致時則判定為有缺陷。
12. 如申請專利範圍第9項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述光學系，係以對向於前述被檢查試料之表面的物透鏡，與配置在前述物透鏡之與前述被檢查試料相反側的中繼透鏡所構成。
13. 如申請專利範圍第9項所記載之圖案檢查裝置，其中，前述部分反射構造體，係形成為圓板狀；前述第1區域，係從前述光學系的光軸偏離之位置的圓形區域；前述第2區域，係其以外的區域。