CN112697794A - 一种掩模版检测装置、光刻设备及掩模版检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种掩模版检测装置、光刻设备及掩模版检测方法，装置包括：照明单元，用于对待检测掩模版提供暗场的偶极照明；成像单元，用于接收照明单元产生的光经待检测掩模版表面后形成的漫反射光；探测单元，用于采集待检测掩模版经成像单元所成的像；处理单元，与探测单元电连接，用于处理分析待检测掩模版所成像的图像数据；其中，偶极照明关于成像单元的主光轴对称，且照明单元和待检测掩模版可绕成像单元的主光轴相对旋转。本发明能够避免周期性的金属纹理的反射光发生相长干涉造成误检，以及避免相长干涉信号淹没缺陷信号造成漏检的现象，消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

Description

一种掩模版检测装置、光刻设备及掩模版检测方法

技术领域

本发明涉及掩模版检测技术领域，尤其涉及一种掩模版检测装置、光刻设备及掩模版检测方法。

背景技术

在半导体集成电路或平板显示的制备工艺中，为提高产品良率，污染控制是一个至关重要的环节。在进行曝光前，掩模版都需要进行异物(包括外来颗粒、指纹、划痕、针孔等)检测。

掩模版的掩模层通常由金属层图案化形成，在对金属层加工过程中，会在金属层的表面形成具有方向性的，且具有周期性的金属纹理(条纹)。在掩模版检测检测时，周期性的金属纹理的反射光容易被探测到从而造成误检，以及金属纹理形成的信号淹没缺陷信号，导致漏检。

发明内容

本发明实施例提供了一种掩模版检测装置、光刻设备及掩模版检测方法，能够避免周期性的金属纹理的反射光发生相长干涉造成误检，以及避免相长干涉信号淹没缺陷信号造成漏检的现象，消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

第一方面，本发明提供了一种掩模版检测装置，包括：

照明单元，用于对待检测掩模版提供暗场的偶极照明；

成像单元，用于接收所述照明单元产生的光经所述待检测掩模版表面后形成的漫反射光；

探测单元，设置于所述成像单元的像面，用于采集所述待检测掩模版经所述成像单元所成的像；

处理单元，与所述探测单元电连接，用于处理分析所述待检测掩模版所成像的图像数据；

其中，所述偶极照明关于所述成像单元的主光轴对称，且所述照明单元和所述待检测掩模版可绕所述成像单元的主光轴相对旋转。

可选的，所述照明单元包括第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源关于所述成像单元的主光轴对称设置。

可选的，掩模版检测装置还包括第一旋转单元，与所述照明单元连接，用于驱动所述照明单元绕所述成像单元的主光轴旋转。

可选的，掩模版检测装置还包括第二旋转单元，用于驱动所述待检测掩模版绕所述成像单元的主光轴旋转。

可选的，掩模版检测装置还包括承载台，用于承载待检测掩模版，所述第二旋转单元用于驱动所述承载台旋转。

可选的，所述照明单元包括环形光源和位于所述环形光源内侧的遮光部，所述遮光部上设置有关于所述成像单元的主光轴对称的两个通孔，所述遮光部可绕所述成像单元的主光轴旋转。

可选的，所述照明单元产生的光在所述待检测掩模版上形成线性照明视场。

可选的，所述探测单元包括TDI线阵相机。

第二方面，本发明提供了一种光刻设备，包括如本发明第一方面所述的掩模版检测装置。

第三方面，本发明提供了一种掩模版检测方法，包括：

获取待检测掩模版的表面图像；

根据所述表面图像计算所述待检测掩模版表面的纹理方向；

调整对所述待检测掩模版提供的暗场的偶极照明的照明方向，以使所述偶极照明的光在平行于所述待检测掩模版表面上的分量的方向与所述纹理方向一致；

获取所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像，其中，所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像由所述偶极照明的光经所述待检测掩模版表面后的漫反射光形成；

对所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像进行缺陷检测。

可选的，所述根据所述表面图像计算所述待检测掩模版表面的纹理方向，包括：

沿第一方向对所述表面图像进行傅里叶分析，得到第一方向的纹理空间频率vx；

沿第二方向对所述表面图像进行傅里叶分析，得到第二方向的纹理空间频率vy，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直；

根据vx和vy计算所述纹理方向，其中所述纹理方向满足以下公式：

θ＝arctan(vy/vx)+π/2；

其中，θ为由所述第一方向到所述纹理方向的夹角。

可选的，所述获取所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像，包括：

利用成像单元接收所述偶极照明的光经所述待检测掩模版表面后形成的漫反射光；

通过探测单元采集所述待检测掩模版经所述成像单元所成的像。

本发明实施例提供的掩模版检测装置，照明单元提供暗场的偶极照明，偶极照明关于成像单元的主光轴对称，且照明单元和待检测掩模版可绕成像单元的主光轴相对旋转，在检测时，可以调整照明单元和/或待检测掩模版，使得偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向(即偶极取向)与金属纹理的方向平行，避免周期性的金属纹理的反射光发生相长干涉造成误检，以及避免相长干涉信号淹没缺陷信号造成漏检的现象，消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例一提供的一种掩模版检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中采用暗场的偶极照明检测的示意图；

图3为现有技术检测到的检测图像的示意图；

图4为采用本发明实施例提供的掩模版检测装置检测到的检测图像的示意图；

图5为本发明实施例一提供的又一种掩模版检测装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的另一种掩模版检测装置的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的一种物体表面异物检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本发明实施例一提供了一种掩模版检测装置，该装置可用于半导体集成电路或平板显示的制备工艺中，掩模版在进行曝光前的异物检测。图1为本发明实施例一提供的一种掩模版检测装置的结构示意图，如图1所示，该掩模版检测装置包括照明单元110、成像单元120、探测单元130和处理单元140。

其中，照明单元110用于对待检测掩模版200提供暗场的偶极照明。成像单元120用于接收照明单元110产生的光经待检测掩模版200表面后形成的漫反射光。探测单元130设置于成像单元120的像面，用于采集待检测掩模版200经成像单元120所成的像。处理单元140与探测单元130电连接，用于处理分析待检测掩模版200所成像的图像数据。

示例性的，照明单元110从两个方向发出入射光，以较大的入射角照射到待检测掩模版200上，入射光包括第一入射光101和第二入射光102，第一入射光101和第二入射光102均为平行光束，二者的入射角相同，且二者关于成像单元120的主光轴对称，如此，形成偶极照明。

由于入射光的入射角较大，入射光照射到待检测掩模版200上后，被待检测掩模版200镜面反射产生的反射光无法被成像单元120接收到。当待检测掩模版200表面存在缺陷时，例如异物颗粒、针孔等，缺陷对入射光漫反射产生的漫反射光103可以被成像单元120接收到，因此，探测单元130上形成的图像中除了缺陷，其余部分都是黑暗的，此为暗场照明。

在本发明实施例中，偶极照明关于成像单元120的主光轴对称，即第一入射光101和第二入射光102关于成像单元120的主光轴对称，且照明单元110和待检测掩模版200可绕成像单元120的主光轴相对旋转。

具体的，可以预先确定入射光和待检测掩模版200上金属纹理相对于基准坐标系的方向，然后调整照明单元110和/或待检测掩模版200，使得偶极照明的光在平行于待检测掩模版200表面上的分量的方向(即偶极取向)与金属纹理的方向平行。

发明人经研究发现，在掩模版检测检测时，周期性的金属纹理的反射光容易被探测到从而造成误检，以及金属纹理形成的信号淹没缺陷信号，导致漏检。这是因为周期性的金属纹理的反射光相互作用，发生相长干涉，使得信号加强，进而造成误检，以及相长干涉信号淹没缺陷信号，造成漏检的现象。

图2为本发明实施例一中采用暗场的偶极照明检测的示意图，如图2所示，偶极照明是离轴照明的一种，偶极照明的分辨率和待测掩模版200上的金属纹理的方向有关。具体的，当偶极照明的偶极取向(图2中X方向)与待检测掩模版200上金属纹理的方向一致时，在待检测掩模版200上垂直于金属纹理的方向(图2中Y方向)上，光源和主轴的距离是0，也就是说，在Y方向上，光源并没有实现离轴照明，对掩模版上Y方向的图形的分辨率不够，那么，沿Y方向变换的周期结构，即金属纹理就不能被探测单元130分辨出来，进而消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

图3为现有技术检测到的检测图像的示意图，图4为采用本发明实施例提供的掩模版检测装置检测到的检测图像的示意图，如图3和图4所示，现有技术检测到的检测图像，金属纹理A清晰可见，金属纹理容易被机器识别成缺陷，造成误检。如果后续采用图像处理手段去除掉，将会增加处理时间和成本。此外，过多的金属纹理可能覆盖缺陷的像B，使得原本存在的缺陷不能被机器识别到，造成漏检。采用本发明实施例提供的掩模版检测装置检测到的检测图像，消除了金属纹理，进而避免误检，以及避免金属纹理覆盖缺陷的像B造成漏检。

本发明实施例提供的掩模版检测装置，照明单元提供暗场的偶极照明，偶极照明关于成像单元的主光轴对称，且照明单元和待检测掩模版可绕成像单元的主光轴相对旋转，在检测时，可以调整照明单元和/或待检测掩模版，使得偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向(即偶极取向)与金属纹理的方向平行，避免周期性的金属纹理的反射光发生相长干涉造成误检，以及避免相长干涉信号淹没缺陷信号造成漏检的现象，消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

示例性的，如图1所示，照明单元110包括第一光源111和第二光源112，第一光源111和第二光源112关于成像单元120的主光轴对称设置。第一光源111和第二光源112分别从两个方向发出第一入射光101和第二入射光102，第一入射光101和第二入射光102均为平行光束，二者的入射角相同，且二者关于成像单元120的主光轴对称。

可选的，在本发明实施例中，成像单元120为成像物镜，成像物镜可以包括多个光学镜片。第一入射光101和第二入射光102的入射角为α，要形成暗场照明，则入射角α需要满足如下关系：

其中，r为成像物镜的半径，d为成像物镜靠近待检测掩模版的端面到待检测掩模版的距离。

示例性的，在本发明的一个实施例中，如图1所示，掩模版检测装置还包括第一旋转单元150，第一旋转单元150与照明单元110连接，用于驱动照明单元110绕成像单元120的主光轴旋转。

图5为本发明实施例一提供的又一种掩模版检测装置的结构示意图，示例性的，如图5所示，在该实施例中，掩模版检测装置还包括承载台160，用于承载待检测掩模版200。掩模版检测装置还包括第二旋转单元170，第二旋转单元170与承载台160连接，用于驱动承载台160旋转，以使待检测掩模版200绕成像单元120的主光轴旋转。

在上述实施例中，第一旋转单元150和第二旋转单元170可以是伺服电机，伺服电机能够精确控制旋转速度和位置，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

需要说明的是，上述实施例中，以第一旋转单元150驱动照明单元110，或第二旋转单元170驱动承载台160，以驱动照明单元110和待检测掩模版200绕成像单元的主光轴相对旋转为例，对本发明进行说明。本领域技术人员应当理解，本发明实施例不限于上述实施例，只要能够实现照明单元110和待检测掩模版200绕成像单元的主光轴相对旋转即可，本发明在此不做限定。

图6为本发明实施例一提供的另一种掩模版检测装置的结构示意图，示例性的，如图6所示，在该实施例中，照明单元110包括环形光源113和位于环形光源113内侧的遮光部114，遮光部114上设置有关于成像单元120的主光轴对称的两个通孔，进而环形光源113发出的光经遮光部114上的两个通孔，以较大的入射角照射到待检测掩模版200上，形成第一入射光101和第二入射光102，第一入射光101和第二入射光102均为平行光束，二者的入射角相同，且二者关于成像单元120的主光轴对称，形成暗场的偶极照明。遮光部114可绕成像单元120的主光轴旋转，进而可以通过旋转遮光部114，使得偶极照明的光在平行于待检测掩模版200表面上的分量的方向(即偶极取向)与金属纹理的方向平行。

可选的，在上述实施例中，照明单元110可以包括激光光源或LED光源，示例性的，采用激光超窄线光斑照明，采用倾斜入射方式在待检测掩模版200的表面形成线性照明视场。探测单元130包括TDI(Time Delay Integration，时间延时积分)线阵相机。缺陷产生的散射光105经成像单元120汇聚，在TDI线阵相机的感光元件上成像，TDI线阵相机的感光元件将光信号转换为电信号，进而形成待检测掩模版200的图像。

TDI线阵相机具有线探测视场，示例性的，线探测视场包括m行和n列像元组成的阵列，m远大于n，因此可视为线探测视场。像元为感光元件，用于将光信号转换为电信号。

在通过调整，使得偶极照明的光在平行于待检测掩模版200表面上的分量的方向(即偶极取向)与金属纹理的方向平行之后，驱动承载台160沿偶极取向的方向平动，由于承载台160运动方向与线探测视场的排布方向垂直，在检测过程中，随着承载台160的运动，缺陷在线探测视场中的像的移动轨迹与像元的行方向平行，TDI线阵相机将像在移动过程中，多次对异物进行曝光，在每一列感光区域中产生感应电荷，并将多次产生的电荷进行累加积分，最终向计算机组件输出电信号，进而可以增强缺陷信号，进一步避免漏检。

本发明实施例还提供了一种光刻设备，包括如本发明上述实施例中任意所述的掩模版检测装置。

实施例二

本发明实施例还提供了一种掩模版检测方法，可以采用如本发明实施例一任意所述的掩模版检测装置进行检测，掩模版检测装置的结构如图1、图5或图6所示，图7为本发明实施例二提供的一种物体表面异物检测方法的流程图，如图7所示，该方法包括：

S10、获取待检测掩模版的表面图像。

示例性的，照明单元110发出的光照射到待检测掩模版200上，成像单元120接收来自待检测掩模版200的漫反射光，经汇聚后在探测单元130上形成待检测掩模版200的表面图像。由于此时偶极照明的光在平行于待检测掩模版200表面上的分量的方向与纹理方向不一致，得到的待检测掩模版200的表面图像会呈现具有方向性的，且具有周期性的纹理(金属纹理)。

S20、根据表面图像计算待检测掩模版表面的纹理方向。

示例性的，S20、根据表面图像计算待检测掩模版表面的纹理方向，可以包括如下步骤：

S21、沿第一方向对表面图像进行傅里叶分析，得到第一方向的纹理空间频率vx。

具体的，第一方向可以是基准坐标系的X轴方向，沿X方向对表面图像进行快速傅里叶分析，得到X方向纹理空间频率：vx＝fftX(P)，其中，P为表面图像，fftX(P)即为沿X方向对表面图像进行快速傅里叶分析。

S22、沿第二方向对表面图像进行傅里叶分析，得到第二方向的纹理空间频率vy。

其中，第二方向与第一方向垂直，具体的，第二方向可以是基准坐标系的Y轴方向，沿Y方向对表面图像进行快速傅里叶分析，得到Y方向纹理空间频率：vy＝fftY(P)，其中，P为表面图像，fftY(P)即为沿Y方向对表面图像进行快速傅里叶分析。

S23、根据vx和vy计算纹理方向。

其中纹理方向满足以下公式：

θ＝arctan(vy/vx)+π/2

其中，θ为由第一方向到纹理方向的夹角。

S30、调整对待检测掩模版提供的暗场的偶极照明的照明方向，以使偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向与纹理方向一致。

示例性的，如图1所示，通过第一旋转单元150驱动照明单元110绕成像单元120的主光轴旋转，以使偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向与纹理方向一致。如图5所示，通过第二旋转单元170驱动承载台160旋转，以使偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向与纹理方向一致。如图6所示，控制遮光部114旋转，以使偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向与纹理方向一致。

S40、获取待检测掩模版在偶极照明条件下所成的像。

其中，待检测掩模版在偶极照明条件下所成的像由偶极照明的光经待检测掩模版表面后的漫反射光形成。当偶极照明的偶极取向(图2中X方向)与待检测掩模版200上金属纹理的方向一致时，在待检测掩模版200上垂直于金属纹理的方向(图2中Y方向)上，光源和主轴的距离是0，也就是说，在Y方向上，光源并没有实现离轴照明，对掩模版上Y方向的图形的分辨率不够，那么，沿Y方向变换的周期结构，即金属纹理就不能被探测单元130分辨出来，即得到的掩模版的图像不会呈现出金属纹理，进而消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

S50、对待检测掩模版在偶极照明条件下所成的像进行缺陷检测。

处理单元140对待检测掩模版在偶极照明条件下所成的像进行图像处理，进而确定缺陷的种类、尺寸等信息。

本发明实施例提供的掩模版缺陷检测方法，通过待检测掩模版的表面图像进行处理，确定待检测掩模版表面的纹理方向，进而调整对待检测掩模版提供的暗场的偶极照明的照明方向，以使偶极照明的光在平行于待检测掩模版表面上的分量的方向与纹理方向一致，避免周期性的金属纹理的反射光发生相长干涉造成误检，以及避免相长干涉信号淹没缺陷信号造成漏检的现象，消除了金属纹理对掩模版检测结果的影响。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种掩模版检测装置，其特征在于，包括：

照明单元，用于对待检测掩模版提供暗场的偶极照明；

成像单元，用于接收所述照明单元产生的光经所述待检测掩模版表面后形成的漫反射光；

探测单元，设置于所述成像单元的像面，用于采集所述待检测掩模版经所述成像单元所成的像；

处理单元，与所述探测单元电连接，用于处理分析所述待检测掩模版所成像的图像数据；

其中，所述偶极照明关于所述成像单元的主光轴对称，且所述照明单元和所述待检测掩模版可绕所述成像单元的主光轴相对旋转。

2.根据权利要求1所述的掩模版检测装置，其特征在于，所述照明单元包括第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源关于所述成像单元的主光轴对称设置。

3.根据权利要求2所述的掩模版检测装置，其特征在于，还包括第一旋转单元，与所述照明单元连接，用于驱动所述照明单元绕所述成像单元的主光轴旋转。

4.根据权利要求2所述的掩模版检测装置，其特征在于，还包括第二旋转单元，用于驱动所述待检测掩模版绕所述成像单元的主光轴旋转。

5.根据权利要求4所述的掩模版检测装置，其特征在于，还包括承载台，用于承载待检测掩模版，所述第二旋转单元用于驱动所述承载台旋转。

6.根据权利要求1所述的掩模版检测装置，其特征在于，所述照明单元包括环形光源和位于所述环形光源内侧的遮光部，所述遮光部上设置有关于所述成像单元的主光轴对称的两个通孔，所述遮光部可绕所述成像单元的主光轴旋转。

7.根据权利要求1所述的掩模版检测装置，其特征在于，所述照明单元产生的光在所述待检测掩模版上形成线性照明视场。

8.根据权利要求1所述的掩模版检测装置，其特征在于，所述探测单元包括TDI线阵相机。

9.一种光刻设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的掩模版检测装置。

10.一种掩模版检测方法，其特征在于，包括：

获取待检测掩模版的表面图像；

根据所述表面图像计算所述待检测掩模版表面的纹理方向；

调整对所述待检测掩模版提供的暗场的偶极照明的照明方向，以使所述偶极照明的光在平行于所述待检测掩模版表面上的分量的方向与所述纹理方向一致；

获取所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像，其中，所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像由所述偶极照明的光经所述待检测掩模版表面后的漫反射光形成；

对所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像进行缺陷检测。

11.根据权利要求10所述的掩模版检测方法，其特征在于，所述根据所述表面图像计算所述待检测掩模版表面的纹理方向，包括：

沿第一方向对所述表面图像进行傅里叶分析，得到第一方向的纹理空间频率vx；

沿第二方向对所述表面图像进行傅里叶分析，得到第二方向的纹理空间频率vy，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直；

根据vx和vy计算所述纹理方向，其中所述纹理方向满足以下公式：

θ＝arctan(vy/vx)+π/2；

其中，θ为由所述第一方向到所述纹理方向的夹角。

12.根据权利要求10所述的掩模版检测方法，其特征在于，所述获取所述待检测掩模版在所述偶极照明条件下所成的像，包括：

利用成像单元接收所述偶极照明的光经所述待检测掩模版表面后形成的漫反射光；

通过探测单元采集所述待检测掩模版经所述成像单元所成的像。

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