CN114965369B - 掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法，该装置采用双方位角斜入射和垂直入射照明，本发明通过反射物镜高效收集不同散射角下的表面缺陷散射信号，提高缺陷探测灵敏度。本发明通过分别采集斜入射照明下的缺陷散射图像和垂直照明下的缺陷散射图像，比较表面缺陷在不同照明方式下的散射信号差异可以判别缺陷的类型，提高检测准确性。

Description

掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法
技术领域
本发明涉及光刻掩模版检测领域，特别是一种掩模基板表面微纳缺陷的检测装置和检测方法。
背景技术
掩模版是芯片的“底片”，芯片上的电路元件都是通过以掩模版作为光刻的母版制作的。若在加工过程中掩模基板表面存在缺陷，则在光刻过程中，缺陷会投影到晶圆上每一个区域，导致大批量电路报废。而且光刻使用的照明波长通常处于深紫外或极紫外波段，对微纳尺度的缺陷极为敏感。因此，需要对掩模基板的表面缺陷进行检测控制。针对掩模基板表面缺陷检测，传统上采用明场共聚焦扫描成像技术或原子力显微镜。这些技术存在测量速度慢或探测灵敏度低的问题，不能满足生产需求。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法。该装置采用双方位角斜入射和垂直入射照明方式，通过反射显微系统收集缺陷不同散射角度的散射光，实现掩模基板表面缺陷高灵敏度探测。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种掩模基板表面微纳缺陷检测装置，其特点在于，包括光源、偏振调节模块、第一分束器、第一光开关、第二分束器、第一聚焦透镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第二聚焦透镜、第四反射镜、第五反射镜、第二光开关、第六反射镜、第七反射镜、第三聚焦透镜、第八反射镜、第九反射镜、反射物镜、带通滤光片、相机、XY位移台、样品和计算机，所述的样品置于所述的XY位移台上，所述的XY位移台为中空结构，不遮挡从样品背面垂直入射的照明光；
沿所述的光源出射的照明光方向依次是所述的偏振调节模块、第一分束器、第一光开关、第二分束器、第一聚焦透镜、第一反射镜和第二反射镜；所述的光源发出的照明光经过所述的偏振调节模块后转变为p偏振光；所述的第一分束器将照明光分为强度相等的透射照明光和反射照明光，所述的透射照明光通过所述的第一光开关后被所述的第二分束器分为强度相等的两束光；透过第二分束器的照明光被所述的第一聚焦透镜聚焦后，经所述的第一反射镜和第二反射镜转折，斜入射到所述的样品的待测表面；经所述的第二分束器的反射照明光依次通过所述的第三反射镜、第二聚焦透镜、第四反射镜和第五反射镜，斜入射到所述的样品的待测表面；所述的反射照明光依次通过所述的第二光开关、第六反射镜、第七反射镜、第三聚焦透镜、第八反射镜和第九反射镜后，从所述的样品的背面垂直入射到样品的待测表面；两束斜入射照明光斑和背面垂直入射照明光斑在所述的样品的待测表面重合；
沿所述的样品的待测表面的法线方向依次是所述的反射物镜、带通滤光片和相机；所述的样品的待测表面的缺陷对照明光产生散射，散射光被所述的反射物镜收集后通过所述的带通滤光片，在所述的相机上成像；所述的带通滤光片滤除照明光波段以外其它波长的杂光；
所述的计算机分别与所述的相机的输出端、XY位移台的控制端连接。
所述的第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和第三聚焦透镜的焦距一致。
所述的两束斜入射的照明光的入射面相互垂直，且入射角相同，入射方向为掠入射，入射角度接近或等于arctan(n)，n为样品在照明光波长处的折射率。
从所述的样品背面垂直入射的照明光在所述的反射物镜的前端面的光斑尺寸小于所述的反射物镜的中心遮挡区域。
利用上述掩模基板表面微纳缺陷检测装置进行掩模基板表面微纳缺陷的检测方法，该方法包括下列步骤：
1)所述的计算机规划扫描检测的起点和扫描路线；并将所述的第一光开关和第二光开关打开；
2)所述的计算机驱动所述的XY位移台，将所述的样品的起始位置移至所述的反射物镜的视场范围内；所述的相机采集样品起始位置的散射图像，并保存至所述的计算机中；
3)所述的XY位移台带动所述的样品按规划的扫描路线运动，每移动一次，所述的相机同步采集散射图像；所述的计算机内的图像处理程序对采集的散射图像进行实时处理；若散射图像中存在缺陷特征，所述的计算机记录该散射图像对应的样品表面的位置坐标；
4)所述的XY位移台带动所述的样品按所述的计算机记录的样品表面有缺陷的位置坐标，依次移动到对应的区域；打开第一光开关，关闭第二光开关，所述的相机采集第一图像；关闭第一光开关，打开第二光开关，所述的相机采集同一区域的第二图像；
5)所述的计算机内的图像处理程序根据同一区域的两幅图像差异识别表面缺陷类型：若第一图像中缺陷的散射强度大于第二图像中缺陷的散射强度，则点状缺陷为坑点，线状缺陷为划痕；若第一图像中缺陷的散射强度小于第二图像中缺陷的散射强度，则点状缺陷为颗粒物，线状缺陷为线状凸起。
本发明的优点如下：
本发明掩模基板表面微纳缺陷检测装置通过设置双方位角斜入射和垂直照明，采用反射物镜采集表面缺陷不同散射角的散射信号，提升表面缺陷探测灵敏度。通过比较斜入射照明下的缺陷散射强度和垂直照明下的缺陷散射光强度，可以区分缺陷的类型。
附图说明
图1是本发明掩模基板表面微纳缺陷检测装置示意图
图2是反射物镜遮挡区域和其前端垂直照明光斑的尺寸关系示意图
图中：1-光源；2-偏振调节模块；3-第一分束器；4-第一光开关；5-第二分束器；6-第一聚焦透镜；7-第一反射镜；8-第二反射镜；9-第三反射镜；10-第二聚焦透镜；11-第四反射镜；12-第五反射镜；13-第二光开关；14-第六反射镜；15-第七反射镜；16-第三聚焦透镜；17-第八反射镜；18-第九反射镜；19-反射物镜；20-带通滤光片；21-相机；22-XY位移台；23-样品；24-计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
图1为本发明掩模基板表面微纳缺陷检测装置示意图，由图可见，本发明掩模基板表面微纳缺陷检测装置包括光源1、偏振调节模块2、第一分束器3、第一光开关4、第二分束器5、第一聚焦透镜6、第一反射镜7、第二反射镜8、第三反射镜9、第二聚焦透镜10、第四反射镜11、第五反射镜12、第二光开关13、第六反射镜14、第七反射镜15、第三聚焦透镜16、第八反射镜17、第九反射镜18、反射物镜19、带通滤光片20、相机21、XY位移台22、样品23和计算机24，所述的样品23置于所述的XY位移台22上，所述的XY位移台22为中空结构，不遮挡从样品背面垂直入射的照明光；
沿所述的光源1出射的照明光方向依次是所述的偏振调节模块2、第一分束器3、第一光开关4、第二分束器5、第一聚焦透镜6、第一反射镜7和第二反射镜8；所述的光源1发出的照明光经过所述的偏振调节模块2后转变为p偏振光；所述的第一分束器3将照明光分为强度相等的透射照明光和反射照明光，所述的透射照明光通过所述的第一光开关4后被所述的第二分束器5分为强度相等的两束照明光；透过第二分束器5的照明光被所述的第一聚焦透镜6聚焦后，经所述的第一反射镜7和第二反射镜8转折，斜入射到所述的样品23的待测表面；经所述的第二分束器5反射的照明光依次通过所述的第三反射镜9、第二聚焦透镜10、第四反射镜11和第五反射镜12，斜入射到所述的样品23的待测表面；所述的反射照明光依次通过所述的第二光开关13、第六反射镜14、第七反射镜15、第三聚焦透镜16、第八反射镜17和第九反射镜18后，从所述的样品23的背面垂直入射到样品23的待测表面；两束斜入射照明光斑和背面垂直入射照明光斑在所述的样品23的待测表面重合；
沿所述的样品23的待测表面的法线方向依次是所述的反射物镜19、带通滤光片20和相机21；所述的样品23的待测表面的缺陷对照明光产生散射，散射光被所述的反射物镜19收集后通过所述的带通滤光片20，在所述的相机21上成像；所述的带通滤光片20滤除照明光波段以外其它波长的杂光；
所述的计算机24分别与所述的相机21的输出端、XY位移台22的控制端连接。
所述的第一聚焦透镜6、第二聚焦透镜10和第三聚焦透镜16的焦距一致。
所述的两束斜入射的照明光的入射面相互垂直，且入射角相同，入射方向为掠入射，入射角度接近或等于arctan(n)，n为样品23在照明光波长处的折射率。
从所述的样品23背面垂直入射的照明光在所述的反射物镜19的前端面的光斑尺寸小于所述的反射物镜19的中心遮挡区域，如图2所示。
利用上述掩模基板表面微纳缺陷检测装置进行掩模基板表面微纳缺陷的检测方法，该方法包括下列步骤：
1)所述的计算机24规划扫描检测的起点和扫描路线；并将所述的第一光开关4和第二光开关13打开；
2)所述的计算机24驱动所述的XY位移台22，将所述的样品23的起始位置移至所述的反射物镜19的视场范围内；所述的相机21采集样品23起始位置的散射图像，并保存至所述的计算机24中；
3)所述的XY位移台22带动所述的样品23按规划的扫描路线运动，每移动一次，所述的相机21同步采集散射图像；所述的计算机24内的图像处理程序对采集的散射图像进行实时处理；若散射图像中存在缺陷特征，所述的计算机24记录该散射图像对应的样品表面的位置坐标；
4)所述的XY位移台22带动所述的样品23按所述的计算机24记录的样品表面有缺陷的位置坐标，依次移动到对应的区域；打开第一光开关4，关闭第二光开关13，所述的相机21采集第一图像；关闭第一光开关4，打开第二光开关13，所述的相机21采集同一区域的第二图像；
5)所述的计算机24内的图像处理程序根据同一区域的两幅图像差异识别表面缺陷类型：若第一图像中缺陷的散射强度大于第二图像中缺陷的散射强度，则点状缺陷为坑点，线状缺陷为划痕；若第一图像中缺陷的散射强度小于第二图像中缺陷的散射强度，则点状缺陷为颗粒物，线状缺陷为线状凸起。
实验表明，本发明掩模基板表面微纳缺陷检测装置能够高灵敏地探测表面缺陷的散射信号，并通过不同入射方向的散射信号的差异对缺陷类型进行识别。

Claims (5)

1.一种掩模基板表面微纳缺陷检测装置，其特征在于，包括光源（1）、偏振调节模块（2）、第一分束器（3）、第一光开关（4）、第二分束器（5）、第一聚焦透镜（6）、第一反射镜（7）、第二反射镜（8）、第三反射镜（9）、第二聚焦透镜（10）、第四反射镜（11）、第五反射镜（12）、第二光开关（13）、第六反射镜（14）、第七反射镜（15）、第三聚焦透镜（16）、第八反射镜（17）、第九反射镜（18）、反射物镜（19）、带通滤光片（20）、相机（21）、XY位移台（22）、样品（23）和计算机（24），所述的样品（23）置于所述的XY位移台（22）上，所述的XY位移台（22）为中空结构，不遮挡从样品背面垂直入射的照明光；
沿所述的光源（1）出射的照明光方向依次是所述的偏振调节模块（2）、第一分束器（3）、第一光开关（4）、第二分束器（5）、第一聚焦透镜（6）、第一反射镜（7）和第二反射镜（8）；所述的光源（1）发出的照明光经过所述的偏振调节模块（2）后转变为p偏振光；所述的第一分束器（3）将照明光分为强度相等的透射照明光和反射照明光，所述的透射照明光通过所述的第一光开关（4）后被所述的第二分束器（5）分为强度相等的两束照明光，透过第二分束器（5）的照明光被所述的第一聚焦透镜（6）聚焦后，经所述的第一反射镜（7）和第二反射镜（8）转折，斜入射到所述的样品（23）的待测表面；经所述的第二分束器（5）的反射照明光依次通过所述的第三反射镜（9）、第二聚焦透镜（10）、第四反射镜（11）和第五反射镜（12），斜入射到所述的样品（23）的待测表面；所述的反射照明光依次通过所述的第二光开关（13）、第六反射镜（14）、第七反射镜（15）、第三聚焦透镜（16）、第八反射镜（17）和第九反射镜（18）后，从所述的样品（23）的背面垂直入射到样品（23）的待测表面；两束斜入射照明光斑和背面垂直入射照明光斑在所述的样品（23）的待测表面重合；
沿所述的样品（23）的待测表面的法线方向依次是所述的反射物镜（19）、带通滤光片（20）和相机（21）；所述的样品（23）的待测表面的缺陷对照明光产生散射，散射光被所述的反射物镜（19）收集后通过所述的带通滤光片（20），在所述的相机（21）上成像；所述的带通滤光片（20）滤除照明光波段以外其它波长的杂光；
所述的计算机（24）分别与所述的相机（21）的输出端、XY位移台（22）的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的掩模基板表面微纳缺陷检测装置，其特征在于，所述的第一聚焦透镜（6）、第二聚焦透镜（10）和第三聚焦透镜（16）的焦距一致。
3.根据权利要求1所述的掩模基板表面微纳缺陷检测装置，其特征在于，所述的两束斜入射的照明光的入射面相互垂直，且入射角相同，入射方向为掠入射，入射角度接近或等于arctan(n)，n为样品（23）在照明光波长处的折射率。
4.根据权利要求1所述的掩模基板表面微纳缺陷检测装置，其特征在于，从所述的样品（23）背面垂直入射的照明光在所述的反射物镜（19）的前端面的光斑尺寸小于所述的反射物镜（19）的中心遮挡区域。
5.根据权利要求1所述的掩模基板表面微纳缺陷检测装置的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1）计算机（24）规划扫描检测的起点和扫描路线；并将所述的第一光开关（4）和第二光开关（13）打开；
2）计算机（24）驱动所述的XY位移台（22），将样品（23）的起始位置移至所述的反射物镜（19）的视场范围内；所述的相机（21）采集样品（23）起始位置的散射图像，并保存至所述的计算机（24）中；
3）XY位移台（22）带动所述的样品（23）按规划的扫描路线运动，每移动一次，所述的相机（21）同步采集散射图像；所述的计算机（24）内的图像处理程序对采集的散射图像进行实时处理；若散射图像中存在缺陷特征，所述的计算机（24）记录该散射图像对应的样品表面的位置坐标；
4）所述的XY位移台（22）带动所述的样品（23）按所述的计算机（24）记录的样品表面有缺陷的位置坐标，依次移动到对应的区域；打开第一光开关（4），关闭第二光开关（13），所述的相机（21）采集第一图像；关闭第一光开关（4），打开第二光开关（13），所述的相机（21）采集同一区域的第二图像；
5）所述的计算机（24）内的图像处理程序根据同一区域的两幅图像差异识别表面缺陷类型：若第一图像中缺陷的散射强度大于第二图像中缺陷的散射强度，则点状缺陷为坑点，线状缺陷为划痕；若第一图像中缺陷的散射强度小于第二图像中缺陷的散射强度，则点状缺陷为颗粒物，线状缺陷为线状凸起。
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