CN109752390A - 用于检测光掩模和裸片中的缺陷的检查设备及检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于检测光掩模和裸片中的缺陷的检查设备及检查方法，该缺陷检查设备包括被配置为从设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像的参考图像产生器。图像检查器被配置为获得光掩模的第一检查区域的第一检查图像和光掩模的第二检查区域的第二检查图像。操作处理器被配置为通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移，并且通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。
Description
本申请要求于2017年11月3日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0146122号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明构思涉及缺陷检测，更具体地，涉及一种用于检测光掩模和裸片中的缺陷的检查设备。
背景技术
设计规则检查是这样的过程：使用自动硬件以通过该过程验证光掩模或集成电路的物理布局是否满足被称为“设计规则”的各种约束。随着微芯片变得更加高度集成且其上的电路特征的尺寸持续缩小，设计规则指定了更严格的约束。另外，随着微芯片变得更加高度集成，用于使半导体装置图案化的光掩模图案的尺寸也已减小。这样，随着掩模图案的尺寸减小，执行设计规则检查所需的时间已增加。
发明内容
一种缺陷检查设备包括被配置为从设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像的参考图像产生器。图像检查器被配置为获得光掩模的第一检查区域的第一检查图像和光掩模的第二检查区域的第二检查图像。操作处理器被配置为通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移，并且通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。
一种检查在检查对象中的缺陷的方法包括从与检查对象有关的设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像。获得检查对象的第一检查图像和第二检查图像。通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移。通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。使用第一坐标偏移和第二坐标偏移以裸片对裸片(D2D)的方式将第一检查图像与第二检查图像进行比较。基于第一检查图像和第二检查图像的比较来确定第二检查图像中是否存在缺陷。
一种检查光掩模的缺陷的方法包括从光掩模的设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像。通过将光指向到光掩模上来获得光掩模的第一检查区域的第一检查图像。通过将光指向到光掩模上来获得光掩模的第二检查区域的第二检查图像。通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移。通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。第一参考图像和第二参考图像均包括比第一检查图像和第二检查图像的像素小的像素。
附图说明
当结合附图考虑时，随着本公开通过参照下面的详细描述变得被更好理解，对本公开的更完全的理解以及本公开的许多附随方面将容易获得，其中：
图1是示出根据本公开的示例性实施例的缺陷检查设备的示意图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的检查缺陷的方法的流程图；
图3是示出根据本公开的示例性实施例的通过缺陷检查设备来检查的光掩模的检查区域的图；
图4A、图4B、图5A和图5B是示出根据本公开的示例性实施例的检查缺陷的方法的操作的图；以及
图6是示出本公开的示例性实施例的效果的曲线图。
具体实施方式
为了清楚起见，在描述本公开的在附图中示出的示例性实施例时，采用特定术语。然而，本公开不意图局限于如此选择的特定术语，并且将理解的是每个特定元件包括以相似方式操作的所有技术等同物。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的缺陷检查设备的示意图。
参照图1，缺陷检查设备可以包括存储装置205、参考图像产生器210、检查图像产生器215、检查图像处理器220、操作处理器230和显示装置240。检查图像产生器215和检查图像处理器220可以构成图像检查器217。
检查图像产生器215可以包括诸如极紫外(EUV)、深紫外(DUV)或i线光源的光源102，并且可以包括将来自光源102的光分为透射光路100A和反射光路100B的分光器160、包括适合于从光源102发射的光的波长的滤光器的滤光器104以及用于调节从光源102发射的光的数值孔径(NA)和相干性的照明光阑106。照明光阑106和滤光器104两者可以设置在光源102与分光器160之间。
此外，ON/OFF快门170A和170B可以被构造为阻挡在透射光路100A和反射光路100B上传输的光或者使在透射光路100A和反射光路100B上传输的光通过。ON/OFF快门170A和170B可以分别设置在透射光路100A和反射光路100B上。因此，根据ON/OFF快门170A和170B的ON/OFF状态，在透射光路100A和反射光路100B上传输的光可被阻挡或可以行进。因此，可以使用透射光或反射光来选择性地获取图像。例如，透射光可被用于检查光掩模，而反射光可被用于检查集成电路，反之亦然。
聚光透镜110被构造为会聚已被反射器161反射并且已穿过下光阑108的光，使得所述光可传输到光掩模150的第一表面。聚光透镜110可以设置在透射光路100A上。光掩模150的第一表面是其上未设置掩模图案的表面。沿着反射光路100B传输的光可以在被反射器163和(半)反射器162反射之后指向光掩模150的第二表面。第二表面指光掩模150的其上设置有掩模图案的表面。第一表面和第二表面是光掩模150的相对侧。沿着反射光路100B指向光掩模150的第二表面的反射光和沿着透射光路100A透射穿过光掩模150的透射光可以通过物镜112、放大投影透镜116和上光阑120来传输到光学传感器130。因此，透射光沿着透射光路100A行进以穿过光掩模150并且入射在光学传感器130上，反射光沿着反射光路100B行进以被光掩模150的表面反射并且入射在光学传感器130上。光学传感器130可以设置为具有多个像素(例如，1024×2048个像素)的时间延迟积分(TDI)传感器。光掩模150可以安装在工作台上，光学传感器130可以在工作台移动的同时扫描光掩模150的检查区域。
检查图像处理器220可以将被光学传感器130接收的光转换为电信号以形成检查区域的检查图像(包括第一检查区域的第一检查图像、第二检查区域的第二检查图像等)。检查图像的图像信息可以传输到操作处理器230。
参考图像产生器210可以读取存储在存储装置205中的设计布局数据以产生在基于仿真的检查过程中使用的参考图像(包括第一参考图像、第二参考图像等)。参考图像的图像信息可以传输到操作处理器230。参考图像可以包括比检查图像的像素小的像素。
操作处理器230可以通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移，并且可以通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。操作处理器230可以使用第一坐标偏移和第二坐标偏移来计算第一检查图像与第二检查图像之间的对齐偏移。操作处理器230可以将第一检查图像和第二检查图像对齐以偏移达从第一坐标偏移和第二坐标偏移提取的对齐偏移，然后可以以裸片对裸片的方式将第一检查图像与第二检查图像进行比较。操作处理器230可以从第一检查图像的灰度级数据和第二检查图像的灰度级数据中提取灰度级差值，并且将灰度级差值与预定的阈值进行比较，从而确定第二检查区域中是否存在缺陷。例如，如果灰度级差值大于预定的阈值，那么可以确定存在缺陷。操作处理器230可以包括至少一个微处理器以对上述图像进行比较并检测缺陷。操作处理器230还可以包括数据存储装置以存储图像、上述偏移值、缺陷检查结果等。
显示装置240可以显示通过参考图像产生器210和检查图像产生器215形成的图像或者在操作处理器230中获得的信息。将要被缺陷检查设备检查的检查对象不限于光掩模。检查对象可以是诸如具有形成在其上的电路图案的晶片的集成电路。在这种情况下，缺陷检查设备可以使用通过反射光获得的检查图像。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的检查缺陷的方法的流程图。在此方法中，本发明的示例性实施例首先执行每个裸片图像与参考图像的比较从而可以计算偏移值，而不是执行直接的裸片对裸片的图像比较。然后，在执行图像比较的步骤中，使用偏移值以确保比较图像很好地对齐。这种方案与现有技术的方案相比具有明显的优势，在不使用偏移值的情况下，在裸片对裸片的图像比较期间，图像会轻微地不对齐，并且这种轻微的不对齐会改变灰度级值的比较并导致将良好的裸片和掩模作为有缺陷的而抛弃。因此，由于将较少的良好的裸片和掩模作为有缺陷的而抛弃，所以本发明的示例性实施例具有较高的制造良率的优势。
参照图2，检查缺陷的方法可以包括：在步骤S1中从设计布局数据产生参考图像(包括第一参考图像、第二参考图像等)；在步骤S2中从检查对象获得检查图像(包括第一检查图像、第二检查图像等)；在步骤S3中通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移并且通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移；在步骤S4中使用第一坐标偏移和第二坐标偏移以裸片对裸片的方式将第一检查图像与第二检查图像进行比较；在步骤S5中确定第二检查图像中是否存在缺陷。另外，检查缺陷的方法还可以包括在步骤S6中确定检查区域是否剩余以待检查。在检查区域剩余以待检查的情况下，可以从步骤S2中的获得检查图像再次执行操作，但是这次，使用下一个检查区域。
在步骤S1中产生参考图像的步骤可以包括在读取设计布局数据之后使用仿真过程产生与单个裸片对应的第一参考裸片图像，并且可以包括通过将与第一参考裸片图像相同的图像以预定的节距(从设计布局数据提取的裸片之间的节距)对齐来产生第二参考裸片图像。可以将第一参考图像设置为在其中第一参考裸片图像被划分为预定的单元(例如，将随后描述的区块(patch)单元)的图像。以与上述情况相同的方式，可以将第二参考图像设置为在其中第二参考裸片图像被划分为预定的单元(例如，将随后描述的区块单元)的图像。第一参考图像和第二参考图像分别与第一参考裸片图像和第二参考裸片图像中的相同区域对应，而仅在坐标方面不同。第一参考图像和第二参考图像可以包括比第一检查图像和第二检查图像的像素小的像素。例如，第一参考图像和第二参考图像可以均包括几纳米或更小(例如，1nm)的像素，而第一检查图像和第二检查图像可以均包括几十纳米(例如，72nm)的像素。
在步骤S2中的获得检查图像(包括第一检查图像、第二检查图像等)的步骤可以包括：在检查图像产生器215中安装包括第一裸片和邻近于第一裸片设置的第二裸片的光掩模；对齐光掩模；将光指向到光掩模上(例如，将光指向到第一裸片上；以及将光指向到第二裸片上)。例如，可以将第一裸片设定为没有缺陷的标准裸片，可以将第一检查图像设定为没有缺陷的标准图像。
根据本发明的示例性实施例，以上步骤可以在操作处理器230的控制下自动化。操作处理器230可以实施执行以上步骤的算法。例如，如图2中所示和上面详细描述的，用于检查缺陷的算法可以包括：产生参考图像、获得检查图像的步骤、提取偏移值的步骤、提取灰度级差值的步骤、确定所述差值是否在阈值内的步骤以及确定检查对象是否有缺陷的步骤。
参照图3，将更详细地描述获得检查图像(包括第一检查图像、第二检查图像等)的步骤。光掩模MK可包括多个裸片图案。裸片是集成电路，也称为微芯片或简称为芯片。光掩模的裸片图案中的每个可以占据光掩模上的矩形区域，并因此光掩模可以包括多个这样的矩形区域。上面描述的光掩模的矩形区域可被称为“刈行(swath)”。裸片可以包括多个刈行S_1至S_N。此外，多个检查单元可以限定在每个刈行中。检查单元可被称为“区块(patch)”。刈行可以包括多个区块P_1至P_M。各个刈行S_1至S_N可以具有在X方向(或Y方向)上较长的矩形形状并且可以在Y方向(或X方向)上基本对齐。各个区块P_1至P_M的尺寸可以对应于TDI传感器的尺寸。各个区块P_1至P_M的检查图像可以包括多个像素PX。
可以通过检查图像产生器215捕获光掩模MK的检查图像。可以在每个刈行中捕获光掩模MK的检查图像。当捕获了每个裸片的检查图像时，可以控制在其上安装有光掩模MK的工作台的操作，使得可以连续地且相继地扫描各个刈行S_1至S_N。当工作台在X方向或Y方向上移动时，可以顺序地捕获第一刈行S_1、第二刈行S_2、……和第N刈行S_N。可以使用相同的过程来捕获光掩模MK的全部裸片的检查图像。
检查图像处理器220可以处理已被捕获的检查图像，并且可以将检查图像的图像信息传输到操作处理器230。
操作处理器230可以负责在步骤S3中通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移并通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。操作处理器230还可以负责在步骤S4中使用第一坐标偏移和第二坐标偏移以裸片对裸片的方式将第一检查图像与第二检查图像进行比较。可以将第一检查图像和第二检查图像设置为被划分为区块单元的图像。被划分为区块单元的图像可被称为区块检查图像。例如，可以将第一检查图像设置为从第一裸片的区域获得的第一区块检查图像，而可以将第二检查图像设置为从第二裸片的区域获得的第二区块检查图像。还可以将第一参考图像和第二参考图像设置为被划分为通过仿真产生的参考图像中的区块单元的图像。
参照图4A和图4B，以下将更详细地描述在步骤S3中通过将第一检查图像与第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移的步骤以及通过将第二检查图像与第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移的步骤。
参照图4A，通过将第一检查图像A1与第一参考图像B1进行比较来提取第一坐标偏移Δ(X1,Y1)的步骤可以包括将第一检查图像A1和第一参考图像B1对齐以允许灰度级差值为最小。还可以确定设置在第一检查图像A1的左下角处的第一顶点(未知坐标1)与设置在第一参考图像B1的左下角处的具有参考坐标(X1,Y1)的第一参考顶点之间的在X方向和Y方向上的距离。
参照图4B，通过将第二检查图像A2与第二参考图像B2进行比较来提取第二坐标偏移Δ(X2,Y2)的步骤可以包括将第二检查图像A2与第二参考图像B2对齐以允许灰度级差值为最小。还可以确定设置在第二检查图像A2的左下角处的第二顶点(未知坐标2)与设置在第二参考图像B2的左下角处的具有参考坐标(X2,Y2)的第二参考顶点之间的在X方向和Y方向上的距离。
第一坐标偏移和第二坐标偏移可以彼此不同。
参照图5A和图5B，以下将更详细地描述在步骤S4中使用第一坐标偏移和第二坐标偏移以裸片对裸片的方式将第一检查图像与第二检查图像进行比较。
参照图5A，根据本公开的示例性实施例，操作处理器230可以使用第一坐标偏移Δ(X1,Y1)和第二坐标偏移Δ(X2,Y2)来计算第一检查图像A1与第二检查图像A2之间的对齐偏移。操作处理器230可以将第一检查图像A1和第二检查图像A2对齐以偏移达从第一坐标偏移Δ(X1,Y1)和第二坐标偏移Δ(X2,Y2)提取的对齐偏移。由于对齐偏移可以小于参考图像的像素尺寸，所以可以将对齐误差减小到例如几纳米或更小。
在对齐了第一检查图像和第二检查图像之后，可以从第一检查图像的灰度级数据和第二检查图像的灰度级数据中提取灰度级差值。根据本公开的示例性实施例，也可以减小已提取的灰度级差值的分散。
参照图5B，在对比示例中，因为会直接对齐第一检查图像和第二检查图像，因此会发生与检查图像的像素尺寸相似或更小(例如，几十纳米或更小)的对齐误差。
在直接对齐第一检查图像和第二检查图像的情况下，如在对比示例中，当减小检查图像的像素尺寸时，对齐误差在一定程度上会减小。然而，会增加获得图像所需的时间以及检查图像的操作时间，从而使检查设备的吞吐量劣化。以这种方式，本发明的示例性实施例与对比示例相比在执行检查所需的时间方面具有优势。
然而，根据本公开的示例性实施例，可以显著改善对齐误差而不劣化检查设备的吞吐量，从而提供更高效率和更高质量的优点。
在步骤S5中确定第二检查图像中是否存在缺陷的步骤中，可以将灰度级差值与预定的阈值进行比较，从而确定第二检查区域中是否存在缺陷。
图6是示出本公开的示例性实施例的效果的曲线图。
图6中示出的结果示出了使用对比示例的检查方法和根据本发明的示例性实施例的检查方法两者来检查同一缺陷。参照图6，可以确认的是，在本公开的示例性实施例的情况(如虚线所示)下，与对比示例(如实线所示)相比，检测信号的分散程度(例如，灰度级差值)明显较小。在对比示例的情况下，1σ(标准差)为约5.0，而在本公开的示例性实施例的情况下，1σ为约2.0。通过减小作为导致检测信号分散的因素的对齐误差来改善检测信号的分散。改善了检查设备的可重复性和再现性。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，可以提供具有改善的可重复性和再现性的一种检查缺陷的方法以及一种缺陷检查设备。
虽然以上已示出并描述了本公开的示例性实施例，但是对于本领域的技术人员将明显的是，在不脱离本发明构思的范围的情况下，可做出修改和变化。
Claims (20)
1.一种缺陷检查设备，所述缺陷检查设备包括：
参考图像产生器，被配置为从设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像；
图像检查器，被配置为获得光掩模的第一检查区域的第一检查图像和所述光掩模的第二检查区域的第二检查图像；以及
操作处理器，被配置为通过将所述第一检查图像与所述第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移，并且通过将所述第二检查图像与所述第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移。
2.如权利要求1所述的缺陷检查设备，其中，所述第一参考图像和所述第二参考图像均包括比所述第一检查图像和所述第二检查图像的像素小的像素。
3.如权利要求1所述的缺陷检查设备，其中，所述操作处理器还被配置为将所述第一检查图像和所述第二检查图像对齐以偏移达从所述第一坐标偏移和所述第二坐标偏移提取的对齐偏移，然后以裸片对裸片的方式将所述第一检查图像与所述第二检查图像进行比较。
4.如权利要求1所述的缺陷检查设备，其中，所述操作处理器还被配置为从所述第一检查图像的灰度级数据和所述第二检查图像的灰度级数据中提取灰度级差值，并且通过将所述灰度级差值与预定的阈值进行比较来确定所述第二检查区域中是否存在缺陷。
5.如权利要求1所述的缺陷检查设备，其中，所述图像检查器包括：
分光器，将从光源发射的光分为透射路径和反射路径；以及
光学传感器，被配置为接收已穿过所述光掩模的光和已被所述光掩模反射的光。
6.一种检查在检查对象中的缺陷的方法，所述方法包括：
从与所述检查对象有关的设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像；
获得所述检查对象的第一检查图像和第二检查图像；
通过将所述第一检查图像与所述第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移；
通过将所述第二检查图像与所述第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移；
使用所述第一坐标偏移和所述第二坐标偏移以裸片对裸片的方式将所述第一检查图像与所述第二检查图像进行比较；以及
基于所述第一检查图像和所述第二检查图像的比较来确定在所述第二检查图像中是否存在缺陷。
7.如权利要求6所述的方法，其中，将所述第一检查图像与所述第二检查图像进行比较的步骤包括：
使用从所述第一坐标偏移和所述第二坐标偏移提取的对齐偏移来对齐所述第一检查图像和所述第二检查图像；以及
从所述第一检查图像的灰度级数据和所述第二检查图像的灰度级数据中提取灰度级差值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，确定是否存在缺陷的步骤包括将所述灰度级差值与预定的阈值进行比较。
9.如权利要求6所述的方法，其中，获得所述第一检查图像和所述第二检查图像的步骤包括：
安装包括第一裸片和邻近于第一裸片设置的第二裸片的光掩模；
对齐所述光掩模；
将光指向到所述第一裸片上；以及
将光指向到所述第二裸片上。
10.如权利要求9所述的方法，其中，从所述第一裸片的区域获得所述第一检查图像，从所述第二裸片的区域获得所述第二检查图像。
11.如权利要求6所述的方法，其中，通过将所述第一检查图像与所述第一参考图像进行比较来提取所述第一坐标偏移的步骤包括：
对齐所述第一检查图像和所述第一参考图像，并且提取设置在所述第一检查图像的左下角处的第一顶点与设置在所述第一参考图像的左下角处的第一参考顶点之间的距离。
12.如权利要求6所述的方法，其中，通过将所述第二检查图像与所述第二参考图像进行比较来提取所述第二坐标偏移的步骤包括：
对齐所述第二检查图像和所述第二参考图像，并且提取设置在所述第二检查图像的左下角处的第二顶点与设置在所述第二参考图像的左下角处的第二参考顶点之间的距离。
13.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一参考图像和所述第二参考图像均包括比所述第一检查图像和所述第二检查图像的像素小的像素。
14.如权利要求6所述的方法，其中，产生所述第一参考图像和所述第二参考图像的步骤包括：通过对设计布局数据进行仿真来产生所述第一参考图像；以及通过以将与所述第一参考图像相同的图像以预定的节距对齐来产生所述第二参考图像。
15.一种检查光掩模的缺陷的方法，所述方法包括：
从所述光掩模的设计布局数据产生第一参考图像和第二参考图像；
通过将光指向到所述光掩模上来获得所述光掩模的第一检查区域的第一检查图像并且获得所述光掩模的第二检查区域的第二检查图像；
通过将所述第一检查图像与所述第一参考图像进行比较来提取第一坐标偏移；以及
通过将所述第二检查图像与所述第二参考图像进行比较来提取第二坐标偏移，
其中，所述第一参考图像和所述第二参考图像均包括比所述第一检查图像和所述第二检查图像的像素小的像素。
16.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
在将所述第一检查图像和所述第二检查图像对齐以偏移达从所述第一坐标偏移和所述第二坐标偏移提取的对齐偏移之后，以裸片对裸片的方式将所述第一检查图像与所述第二检查图像进行比较；以及
基于所述第一检查图像和所述第二检查图像的比较来确定所述第二检查区域中是否存在缺陷。
17.如权利要求16所述的方法，其中，以裸片对裸片的方式将所述第一检查图像与所述第二检查图像进行比较的步骤包括从所述第一检查图像的灰度级数据与所述第二检查图像的灰度级数据中提取灰度级差值。
18.如权利要求17所述的方法，其中，确定所述第二检查区域中是否存在缺陷的步骤包括将所述灰度级差值与预定的阈值进行比较。
19.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一检查区域是所述光掩模的第一裸片的区域，所述第二检查区域是所述光掩模的第二裸片的区域。
20.如权利要求15所述的方法，其中，产生所述第一参考图像和所述第二参考图像的步骤包括：
通过对设计布局数据进行仿真来产生所述第一参考图像；以及
通过将与所述第一参考图像相同的图像以预定的间隔对齐来产生所述第二参考图像。
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