JP2003294420A - Adjustment apparatus for surface height of sample and automatic focusing device - Google Patents

Adjustment apparatus for surface height of sample and automatic focusing device

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JP2003294420A
JP2003294420A JP2002092922A JP2002092922A JP2003294420A JP 2003294420 A JP2003294420 A JP 2003294420A JP 2002092922 A JP2002092922 A JP 2002092922A JP 2002092922 A JP2002092922 A JP 2002092922A JP 2003294420 A JP2003294420 A JP 2003294420A
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JP
Japan
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height
sample
measurement
light
photomask
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Application number
JP2002092922A
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Japanese (ja)
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Takeshi Nishisaka
武士 西坂
Tsutomu Ogawa
力 小川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To hold the distance between an optical system and a photomask in a focus depth without bringing about the fluctuations of a focus position due to distrurbance-like return light and to enhance flaw inspection accuracy. <P>SOLUTION: An automatic focusing apparatus for aligning the surface of the photomask 11 has an LSI pattern formed thereon with the focal position of an inspection optical system 13 arranged in opposed relation to the surface of the photomask 11. The surface of the photomask 11 is irradiated with measuring light from a light source 21, the reflected light from the surface of the photomask 11 is detected by an optical sensor 22, and the detection signal of the optical sensor 22 is sampled at a constant cycle by an A/D converter 31. The signal subjected to A/D conversion is temporarily stored in a height measuring circuit 32, and the histogram distribution of a plurality of measuring signals for a definite period is calculated. The height position of the surface of a sample is measured on the basis of the histogram distribution and a Z-table 12 on which the photomask 11 is placed is driven on the basis of the measured height position by a Z-table drive circuit 33. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料面の高さを目
標位置に調整するための試料面高さ調整装置に関する。
また、欠陥検査装置などの検査光学系の焦点位置に試料
面を合わせるためのオートフォーカス装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample surface height adjusting device for adjusting the height of a sample surface to a target position.
The present invention also relates to an autofocus device for aligning the sample surface with the focus position of an inspection optical system such as a defect inspection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】大規模集積回路(LSI)の製造におけ
る歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、デバイス
をフォトリソグラフィ技術で製造する際に使用されるフ
ォトマスクに生じているパターンの欠陥があげられてお
り、かかる欠陥を検査するための種々の欠陥検査装置が
開発され実用化されている。
2. Description of the Related Art One of the major causes of a decrease in yield in the manufacture of large scale integrated circuits (LSI) is a pattern defect occurring in a photomask used when manufacturing a device by a photolithography technique. Various defect inspection devices for inspecting such defects have been developed and put into practical use.

【0003】この種の欠陥検査装置おいて、検査の対象
となるフォトマスクのパターンは、クロム等の金属膜を
ガラス基板上に蒸着した後、露光,エッチングプロセス
により形成される。これらフォトマスクのパターンは年
々微細化が進み、そのためパターン像を撮像するための
検査光学系は高倍率化と高NA化が行われている。
In this type of defect inspection apparatus, the pattern of the photomask to be inspected is formed by exposing and etching after depositing a metal film such as chromium on a glass substrate. The patterns of these photomasks are becoming finer year by year, and therefore, the inspection optical system for picking up a pattern image has been increased in magnification and NA.

【0004】光学系の高倍率化と高NA化により、像を
鮮明に結像することができる光学系とフォトマスクとの
距離の許容範囲である焦点深度が益々狭くなり、光学系
とフォトマスクとの距離が僅かに変化しただけで、パタ
ーン像がぼやけ、その後の欠陥検出処理に支障をきたす
ようになってきた。
Due to the higher magnification and higher NA of the optical system, the depth of focus, which is the permissible range of the distance between the optical system and the photomask capable of sharply forming an image, becomes narrower. Even a slight change in the distance between and causes blurring of the pattern image, which becomes a hindrance to the subsequent defect detection processing.

【0005】そのため、光学系とフォトマスクとの距離
を常に一定に保持するためのオートフォーカス装置が用
いられている。このオートフォーカス装置では、測定光
をフォトマスクに照射し、フォトマスクから反射した光
を光検出素子により電気信号に変換し、その電気信号の
変化からフォトマスクの高さ位置を測定し、フォトマス
クと光学系との距離が常に一定になるように制御してい
る。具体的には、フォトマスクの測定位置に応じて、フ
ォトマスクを載置したステージを高さ方向(Z方向)に
移動している。
For this reason, an autofocus device is used to keep the distance between the optical system and the photomask constant. In this autofocus device, the photomask is irradiated with measurement light, the light reflected from the photomask is converted into an electric signal by a photodetector, and the height position of the photomask is measured from the change in the electric signal. And the optical system are controlled so that the distance between them is always constant. Specifically, the stage on which the photomask is placed is moved in the height direction (Z direction) according to the measurement position of the photomask.

【0006】しかしながら、この種のオートフォーカス
装置にあっては、次のような問題があった。即ち、測定
光がフォトマスクに描かれているパターンのエッジを横
切る際に、エッジでの散乱光や回折光、反射率分布によ
る光量むらが原因となって、光検出素子での光強度分布
が変化する。その結果として測定値が変動し、変化した
測定値に合わせるようにステージを制御してしまうた
め、観察像がボケてしまう問題があった。
However, this type of autofocus device has the following problems. That is, when the measurement light crosses the edge of the pattern drawn on the photomask, scattered light or diffracted light at the edge and uneven light amount due to the reflectance distribution cause the light intensity distribution in the photodetector element. Change. As a result, the measured value fluctuates, and the stage is controlled so as to match the changed measured value, which causes a problem that the observed image is blurred.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、フォ
トマスクに描画されているパターンの微細化により、検
査光学系の高倍率化や高NA化が進み、そのため観察像
を鮮明に結像できる焦点深度が益々狭くなり、フォトマ
スク上に描画されているパターンで発生する測定光の回
折などによる外乱的な戻り光によるフォーカス位置の変
動が無視できなくなってきた。
As described above, due to the miniaturization of the pattern conventionally drawn on the photomask, the magnification and NA of the inspection optical system are increased, so that the observation image can be clearly formed. The depth of focus has become narrower, and fluctuations in the focus position due to disturbing return light due to diffraction of the measurement light generated in the pattern drawn on the photomask cannot be ignored.

【0008】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、試料面の高さを目標と
する位置に精度良く調整することのできる試料面高さ調
整装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a sample surface height adjusting device capable of accurately adjusting the height of the sample surface to a target position. To provide.

【0009】また、本発明の他の目的は、外乱的な戻り
光によるフォーカス位置の変動を招くことなく、光学系
と試料表面との距離を焦点深度内に保つことができ、欠
陥検査精度の向上等に寄与し得るオートフォーカス装置
を提供することにある。
Another object of the present invention is to maintain the distance between the optical system and the sample surface within the depth of focus without causing fluctuations in the focus position due to disturbing return light, and to improve the defect inspection accuracy. An object is to provide an autofocus device that can contribute to improvement and the like.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problems, the present invention adopts the following structure.

【0011】即ち本発明は、試料の高さ方向の調整を行
う試料面高さ調整装置であって、試料の表面に測定光を
照射する光源と、前記測定光の照射による前記試料の表
面からの反射光を検出する光検出素子と、前記光検出素
子の出力を一定周期でサンプリングするA/D変換器
と、前記A/D変換された測定信号を一時記憶するメモ
リと、前記メモリに記憶された一定期間の複数の測定信
号のヒストグラム分布を求めるヒストグラム分布回路
と、前記求められたヒストグラム分布に基づいて前記試
料の高さ位置を調整する手段と、を具備してなることを
特徴とする。
That is, the present invention is a sample surface height adjusting device for adjusting the height direction of a sample, comprising: a light source for irradiating the surface of the sample with measuring light; and a surface of the sample for irradiating with the measuring light. A light detecting element for detecting the reflected light of the light, an A / D converter for sampling the output of the light detecting element at a constant cycle, a memory for temporarily storing the A / D converted measurement signal, and a memory for storing in the memory. And a means for adjusting the height position of the sample on the basis of the obtained histogram distribution, and a means for adjusting the height position of the sample based on the obtained histogram distribution. .

【0012】また本発明は、所定のパターンが形成され
た試料の表面を、該表面に対向配置される光学系の焦点
位置に合わせるためのオートフォーカス装置であって、
前記試料の表面に測定光を照射する光源と、前記測定光
の照射による前記試料の表面からの反射光を検出する光
検出素子と、前記光検出素子の出力を一定周期でサンプ
リングするA/D変換器と、前記A/D変換された測定
信号を一時的に記憶するメモリと、前記メモリに記憶さ
れた一定期間の複数の測定信号のヒストグラム分布を求
めるヒストグラム分布回路と、前記求められたヒストグ
ラム分布に基づいて試料表面の高さ位置を判定する高さ
判定回路と、前記判定された高さ位置に基づいて前記試
料及び光学系の少なくとも一方を高さ方向に移動制御す
る手段と、を具備してなることを特徴とする。
The present invention also provides an autofocus device for aligning the surface of a sample on which a predetermined pattern is formed with the focal position of an optical system arranged opposite to the surface,
A light source that irradiates the surface of the sample with measurement light, a photodetector element that detects reflected light from the surface of the sample due to the irradiation of the measurement light, and an A / D that samples the output of the photodetector element at a constant cycle. A converter, a memory for temporarily storing the A / D converted measurement signal, a histogram distribution circuit for obtaining a histogram distribution of a plurality of measurement signals stored in the memory for a certain period, and the obtained histogram A height determination circuit that determines the height position of the sample surface based on the distribution, and a means that controls movement of at least one of the sample and the optical system in the height direction based on the determined height position. It is characterized by being done.

【0013】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention.

【0014】(1) 光学系は、試料表面のパターンの欠陥
を検査するための検査光学系であること。
(1) The optical system is an inspection optical system for inspecting a pattern defect on the sample surface.

【0015】(2) 試料はステージ上に載置されており、
高さ判定回路により判定された高さ位置に基づいてステ
ージが高さ方向に移動されること。
(2) The sample is placed on the stage,
The stage is moved in the height direction based on the height position determined by the height determination circuit.

【0016】(3) 試料表面の高さ位置を測定するための
光学系は、試料の表面に対し斜め方向から光を照射し、
その反射光をPSD(Position Sensitive Device)等
の位置センサで受光する、いわゆる斜入射照明系である
こと。
(3) The optical system for measuring the height position of the sample surface irradiates the surface of the sample with light from an oblique direction,
A so-called grazing incidence illumination system in which the reflected light is received by a position sensor such as a PSD (Position Sensitive Device).

【0017】(4) 試料を高さ方向と直交する平面内で一
方向に連続的に移動しながら高さ判定を行い、且つ測定
光を試料の表面上で該試料の移動方向と直角でない方向
にスキャンすること。
(4) The height is determined while continuously moving the sample in one direction in a plane orthogonal to the height direction, and the measurement light is on the surface of the sample in a direction not perpendicular to the moving direction of the sample. To scan.

【0018】(5) 高さ判定回路は、ヒストグラム分布で
度数の一番多いところを測定高さと判定し、且つ測定高
さ判定位置に指定するオフセット量を加えた位置を最終
的な測定高さとすること。
(5) The height determination circuit determines the position with the highest frequency in the histogram distribution as the measured height, and the position where the offset amount to be specified is added to the measured height determination position is the final measured height. To do.

【0019】(6) 高さ判定回路は、ヒストグラム分布で
度数の多いところが複数存在する場合は、それぞれの度
数の多いところの測定高さの平均位置を測定高さとする
か、何れかの度数の多い位置を選択的に測定高さ判定位
置とし、且つ測定高さ判定位置に指定するオフセット量
を加えた位置を最終的な測定高さとすること。
(6) If there are a plurality of points with a high frequency in the histogram distribution, the height determination circuit determines the average position of the measured heights of the points with a high frequency as the measured height, or Select a large number of positions as the measurement height judgment position, and make the position where the offset amount specified is added to the measurement height judgment position as the final measurement height.

【0020】(作用)本発明では、試料の表面から反射
して戻ってきた測定光を光検出素子により電気信号に変
換し、得られた電気信号で試料の高さ位置を測定するの
ではなく、得られた電気信号から一定の周期毎にヒスト
グラム分布を求め、得られたヒストグラム分布から試料
の高さ位置を測定する。こうすることにより、パターン
エッジで発生する散乱光や回折光、光量むらなど一時的
な外乱の影響は、ヒストグラム分布上では度数が低くな
り、高さ測定への影響を無くすことができる。
(Operation) In the present invention, the measuring light reflected and returned from the surface of the sample is converted into an electric signal by the photodetector, and the height position of the sample is not measured by the obtained electric signal. A histogram distribution is obtained from the obtained electric signal at regular intervals, and the height position of the sample is measured from the obtained histogram distribution. By doing so, the influence of temporary disturbances such as scattered light, diffracted light, and light amount unevenness generated at the pattern edge becomes low in the histogram distribution, and the influence on the height measurement can be eliminated.

【0021】従って本発明によれば、試料面の高さを目
標とする位置に精度良く調整することが可能となる。よ
り具体的には、外乱的な戻り光によるフォーカス位置の
変動を招くことなく、光学系と試料表面との距離を焦点
深度内に保つことができ、欠陥検査精度の向上等に寄与
することが可能となる。
Therefore, according to the present invention, the height of the sample surface can be accurately adjusted to a target position. More specifically, the distance between the optical system and the sample surface can be kept within the depth of focus without causing fluctuations in the focus position due to disturbing return light, which contributes to improvement in defect inspection accuracy. It will be possible.

【0022】また、このようにして得られた測定高さに
対して、オフセット量も考慮して、試料載置のステージ
を制御することにより、光検出素子で得られた高さ情報
に対して、対象物上のプロセス等の影響により、少し高
さを変えたい場合などにも有効に対応することができ
る。
Further, with respect to the measured height obtained in this way, the stage for mounting the sample is controlled in consideration of the offset amount, so that the height information obtained by the photodetector element can be obtained. It is possible to effectively cope with a case where the height is to be slightly changed due to the influence of the process on the object.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0024】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わるオートフォーカス装置を示す概略構
成図である。本構成は一般的な斜入射型の変位計であ
り、マスク高さ変位を反射光の光軸変位から検出するも
のである。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic configuration diagram showing an autofocus device according to the embodiment of FIG. This configuration is a general grazing incidence type displacement meter, and detects the mask height displacement from the optical axis displacement of the reflected light.

【0025】フォトマスク(試料)11は垂直方向に移
動可能なZテーブル12上に載置されており、このZテ
ーブル12は図示しないXYテーブルにより水平方向に
移動可能となっている。フォトマスク11の上方には、
マスクパターンの欠陥を検出するための欠陥検査用光学
系13が配置されている。検査用光学系13は、CCD
等からなるラインセンサを備えたもので、フォトマスク
11の一方向の移動により上記ライン幅で短冊状の領域
を検査し、これを繰り返すことによりフォトマスク11
の全体の検査が可能となっている。なお、本実施形態に
おけるオートフォーカスとは、この検査用光学系13の
焦点位置をフォトマスク11の表面に合わせるものであ
る。
The photomask (sample) 11 is placed on a vertically movable Z table 12, and the Z table 12 is horizontally movable by an XY table (not shown). Above the photomask 11,
A defect inspection optical system 13 for detecting defects in the mask pattern is arranged. The inspection optical system 13 is a CCD
And the like. The photomask 11 is inspected by moving the photomask 11 in one direction, and a strip-shaped region having the above line width is inspected.
It is possible to inspect the whole of. Note that the autofocus in the present embodiment is to adjust the focus position of the inspection optical system 13 to the surface of the photomask 11.

【0026】オートフォーカス機構は、検査対象となる
フォトマスク11に対して高さ測定用の光を照射する光
源21と、フォトマスク11を反射した光の位置を測定
するPSD等の光センサ22を主とする光学的測定系を
具備している。この光学的測定系には、さらにフォトマ
スク11に光を集光するための集光レンズ23が光源2
1とZテーブル12の間に、センサ22に光を集光する
ための対物レンズ24がZテーブル12とセンサ22の
間に配置されている。また、測定光が固定されている
と、測定光がちょうどパターンのエッジにかかった状態
が続いた場合にパターンエッジの影響を受け続けてしま
うため、光源21とフォトマスク11の間に可動ミラー
25を配置し、このミラー25を微小な角度を高速で振
ることによりフォトマスク11上で測定光をスキャン
し、パターンエッジの影響を受け続けないようにしてい
る。また、フォトマスク11とセンサ22との間に可動
ミラー26を配置し、可動ミラー25,26を同期して
振ることにより、センサ22上で反射光が振れないよう
にしている。
The autofocus mechanism includes a light source 21 for irradiating the photomask 11 to be inspected with light for height measurement and an optical sensor 22 such as PSD for measuring the position of the light reflected by the photomask 11. It is equipped with a main optical measurement system. The optical measurement system further includes a condenser lens 23 for condensing light on the photomask 11.
An objective lens 24 for collecting light on the sensor 22 is arranged between the Z table 12 and the sensor 22 between the Z table 12 and the Z table 12. In addition, if the measurement light is fixed, the measurement light continues to be affected by the pattern edge when the measurement light is just applied to the edge of the pattern. Therefore, the movable mirror 25 is provided between the light source 21 and the photomask 11. Is arranged, and the measuring light is scanned on the photomask 11 by swinging the mirror 25 at a small angle at high speed so that the influence of the pattern edge does not continue. Further, the movable mirror 26 is arranged between the photomask 11 and the sensor 22, and the movable mirrors 25, 26 are shaken in synchronization with each other so that the reflected light does not shake on the sensor 22.

【0027】センサ22で得られた電気信号は、A/D
変換器31によりデジタル信号に変換されて高さ測定回
路32に供給される。高さ測定回路32では、入力され
たオフセット値と目標高さに対する差分信号が出力され
る。このオフセット値の入力により、測定高さに対して
希望するオフセット量を与え、目標高さに対する差分信
号を変化させている。こうすることにより、測定高さに
対して希望量だけずらして位置決めすることが可能とな
っている。
The electric signal obtained by the sensor 22 is A / D
It is converted into a digital signal by the converter 31 and supplied to the height measuring circuit 32. The height measuring circuit 32 outputs a differential signal with respect to the input offset value and the target height. By inputting this offset value, a desired offset amount is given to the measured height, and the differential signal with respect to the target height is changed. By doing so, it is possible to perform positioning by shifting the measurement height by a desired amount.

【0028】高さ測定回路32で出力される目標値との
差分信号は、Zテーブル12を駆動するためのZテーブ
ル駆動回路33に供給される。Zテーブル駆動回路33
では、差分信号に従ってZテーブル12を駆動し、光学
系13とフォトマスク11との距離が常に一定になるよ
うに制御する。なお、高さ測定回路32に与えているオ
フセット値は、Zテーブル駆動回路33に与える構成と
してもよい。
The difference signal from the target value output from the height measuring circuit 32 is supplied to a Z table driving circuit 33 for driving the Z table 12. Z table drive circuit 33
Then, the Z table 12 is driven according to the difference signal, and control is performed so that the distance between the optical system 13 and the photomask 11 is always constant. The offset value given to the height measuring circuit 32 may be given to the Z table driving circuit 33.

【0029】また、光学系13とフォトマスク11との
距離が常に一定になるように制御するためには、フォト
マスク11をZ方向に駆動する構成の代わりに、光学系
13をZ方向に駆動する構成を採用してもよい。
In order to keep the distance between the optical system 13 and the photomask 11 constant, the optical system 13 is driven in the Z direction instead of driving the photomask 11 in the Z direction. The configuration may be adopted.

【0030】高さ測定回路32の具体的構成を、図2に
示す。高さ測定回路32は、メモリ回路41,ヒストグ
ラム分布回路42,及び高さ判定回路43から構成され
ている。メモリ回路41には、図1の光センサ22から
出力された電気信号を図1のA/D変換器31で一定の
サンプリング周期でA/D変換した測定信号が入力され
る。メモリ回路41は、FIFOのように常に新しいデ
ータが残るように構成されたもので、A/D変換された
測定信号を一定量記憶する。ヒストグラム分布回路42
はメモリ回路41と接続されており、メモリ回路41に
記憶されている測定信号の中の一定数の測定信号を参照
し、そのヒストグラム分布を求めるようになっている。
A concrete structure of the height measuring circuit 32 is shown in FIG. The height measuring circuit 32 includes a memory circuit 41, a histogram distribution circuit 42, and a height determining circuit 43. A measurement signal obtained by A / D converting the electric signal output from the optical sensor 22 of FIG. 1 by the A / D converter 31 of FIG. 1 at a constant sampling period is input to the memory circuit 41. The memory circuit 41 is configured so that new data always remains like a FIFO, and stores a fixed amount of the A / D converted measurement signal. Histogram distribution circuit 42
Is connected to the memory circuit 41 and refers to a constant number of measurement signals among the measurement signals stored in the memory circuit 41 to obtain the histogram distribution thereof.

【0031】高さ判定回路43は、ヒストグラム分布回
路42で求められたヒストグラム分布から測定高さを判
定する回路である。この高さ判定回路43には、外部か
らオフセット値を指定できるようになっており、ヒスト
グラム分布回路42で求められたヒストグラム分布から
判断した測定高さに対して、指定されたオフセット量を
考慮して、Zステージ12を駆動するための目標高さと
の差分信号を出力するようになっている。ここで、メモ
リ回路41,ヒストグラム分布回路42,高さ判定回路
43は、処理速度に問題が無ければプログラムで構成す
ることも可能である。
The height judging circuit 43 is a circuit for judging the measured height from the histogram distribution obtained by the histogram distribution circuit 42. An offset value can be designated from the outside in the height determination circuit 43, and the designated offset amount is taken into consideration with respect to the measured height determined from the histogram distribution obtained by the histogram distribution circuit 42. Then, a difference signal from the target height for driving the Z stage 12 is output. Here, the memory circuit 41, the histogram distribution circuit 42, and the height determination circuit 43 can be configured by programs as long as there is no problem in processing speed.

【0032】次に、図3を使用して、ヒストグラムから
試料面の高さ位置を判定する方法を説明する。光センサ
22の出力を一定のサンプリング周期でA/D変換した
測定信号を時間の流れに沿って表示したのが(a)であ
る。この中から一定期間の測定信号を抜き出したイメー
ジが(b)である。この(b)の測定信号をヒストグラ
ム分布に変換した結果が(c)である。この例では、測
定信号が低いレベルから高いレベルに変わったところを
抜き出している。即ち、フォトマスクで考えると何もパ
ターンが無いガラス面から、例えばクロムのパターンに
移った状態を意味している。
Next, a method of determining the height position of the sample surface from the histogram will be described with reference to FIG. The measurement signal obtained by A / D converting the output of the optical sensor 22 at a constant sampling period is displayed along the flow of time (a). An image obtained by extracting a measurement signal for a certain period from this is shown in (b). The result of converting the measurement signal of (b) into a histogram distribution is (c). In this example, the place where the measurement signal changes from the low level to the high level is extracted. That is, when considered with a photomask, it means a state in which a glass surface having no pattern is transferred to, for example, a chrome pattern.

【0033】この測定信号を良く見ると、低いレベルか
ら高いレベルに変化したところで、パターンのエッジの
影響により角のように測定信号値が飛び跳ねたかっこう
になっている。従来の方式だと、この測定信号により直
接Zテーブル12の制御を行っているため、このエッジ
部分で観察像がボケてしまう。これに対し本実施形態で
は、ヒストグラム分布上では、この信号の飛び跳ねた部
分は度数としては低いため影響されず、低いレベルの信
号が度数が高くなっているので、低いレベルの位置を測
定高さと判断している。
Looking closely at this measurement signal, when the level changes from a low level to a high level, the measurement signal value is like a corner due to the influence of the edge of the pattern. In the conventional method, since the Z table 12 is directly controlled by this measurement signal, the observed image is blurred at this edge portion. On the other hand, in the present embodiment, on the histogram distribution, the jumping part of this signal is not affected because it has a low frequency, and the low-level signal has a high frequency, so the low-level position is the measurement height. Deciding.

【0034】低いレベルの位置とは、フォトマスク11
の場合は実質的にガラス面を意味する。焦点深度がクロ
ムパターンの厚さ程度であれば、焦点位置をガラス面に
保持することにより、全ての部分でボケなしに検査が可
能である。仮にヒストグラムが2番目に高い位置(クロ
ム面)にZテーブル12が駆動されても、クロム面は勿
論のことガラス面も焦点深度内となるため、全ての部分
でボケなしに検査が可能である。
The low-level position means the photomask 11
In the case of means a glass surface substantially. If the depth of focus is about the thickness of the chrome pattern, by holding the focus position on the glass surface, inspection can be performed on all parts without blurring. Even if the Z table 12 is driven to the second highest position (chrome surface) in the histogram, the glass surface as well as the chrome surface is within the depth of focus, so that inspection can be performed on all parts without blurring. .

【0035】しかし、エッジ部分のように信号の飛び跳
ねた部分にZテーブル12が駆動されると、ガラス面は
焦点深度から外れてしまい、ボケが発生する。信号の飛
び跳ね部分は図に示した以上に大きくなる場合があり、
この場合はクロムパターン面も焦点深度から外れてしま
うことになる。
However, when the Z table 12 is driven to a signal jumping portion such as an edge portion, the glass surface deviates from the depth of focus and blurring occurs. The jumping part of the signal may be larger than shown in the figure,
In this case, the chrome pattern surface will also be out of the depth of focus.

【0036】なお、ヒストグラムから現在の測定位置で
の有効な高さ情報を得るためには、現在の測定位置のみ
ならず、その前後の情報が必要である。本実施形態で
は、図4に示すように、テーブル移動方向に対して例え
ば45度傾いた方向に測定光をスキャンしている。従っ
て、光センサ22で得られる電気信号には、本来の測定
位置だけではなく、その前後の位置の情報も含まれるこ
とになり、これにより有効なヒストグラムを得ることが
できるのである。ここで、測定光のスキャン方向は、有
効なヒストグラムを得るためにテーブル移動方向の成分
を持つ必要があり、従ってテーブル移動方向と直角でな
い方向であればよい。
In order to obtain effective height information at the current measurement position from the histogram, not only the current measurement position but information before and after the current measurement position are necessary. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the measurement light is scanned in a direction inclined by, for example, 45 degrees with respect to the table moving direction. Therefore, the electric signal obtained by the optical sensor 22 includes not only the information of the original measurement position but also the information of the positions before and after the original measurement position, whereby an effective histogram can be obtained. Here, the scanning direction of the measurement light needs to have a component of the table movement direction in order to obtain an effective histogram, and thus may be a direction that is not perpendicular to the table movement direction.

【0037】このように本実施形態によれば、高さ測定
信号を一定期間分保存し、それらのデータからヒストグ
ラム分布を求め、求められたヒストグラム分布の度数が
高いところを測定高さとすることにより、フォトマスク
11のパターンエッジで生じる散乱及び回折光、反射率
分布による光量むら等により生じる、高さ測定信号誤差
を最小限に抑えることができる。このため、フォトマス
ク11のパターンエッジによる、一時的な高さ測定信号
誤差による影響を排除し、正確な高さ合わせを行うこと
ができる。
As described above, according to the present embodiment, the height measurement signal is stored for a certain period, the histogram distribution is obtained from the data, and the place where the frequency of the obtained histogram distribution is high is set as the measurement height. It is possible to minimize height measurement signal error caused by scattered and diffracted light generated at the pattern edge of the photomask 11, uneven light amount due to reflectance distribution, and the like. Therefore, the effect of a temporary height measurement signal error due to the pattern edge of the photomask 11 can be eliminated, and accurate height adjustment can be performed.

【0038】従って、フォトマスク11のパターン欠陥
を高精度に検査することができる。また、様々な検査の
要求に合わせた、より実用性の高いパターン欠陥検査装
置を実現することが可能となる。
Therefore, the pattern defect of the photomask 11 can be inspected with high accuracy. Further, it becomes possible to realize a more practical pattern defect inspection apparatus that meets various inspection requirements.

【0039】(第2の実施形態)図5に、高さ判定方法
のもう一例を説明する。この例では図3と同じように多
値化信号を時間の流れに沿って表示した(a)の部分か
ら一定期間のデータを抜き出したイメージが(b)であ
る。図3と違うのは、この一定期間のデータを抜き出し
たイメージである図4(b)が図3(b)よりも時間的
に少しずれたことである。
(Second Embodiment) FIG. 5 illustrates another example of the height determining method. In this example, as in FIG. 3, the image obtained by extracting the data for a certain period from the portion (a) in which the multilevel signal is displayed along the flow of time is shown in (b). What is different from FIG. 3 is that FIG. 4 (b), which is an image obtained by extracting data for a certain period, is slightly shifted in time from FIG. 3 (b).

【0040】この場合、図4(b)の多値化信号をヒス
トグラム分布に変換した結果は図4(c)となり、度数
の高いところが低いレベル(ガラス面)と高いレベル
(クロム面)の両方に存在する。これはちょうど高さ測
定位置がガラスとクロムの境にさしかかった状態を意味
している。
In this case, the result of converting the multi-valued signal of FIG. 4 (b) into a histogram distribution is shown in FIG. 4 (c), where the high frequency is at both the low level (glass surface) and the high level (chrome surface). Exists in. This just means that the height measurement position is near the boundary between glass and chrome.

【0041】この場合、測定高さの判断としては、低い
レベル(ガラス面)と高いレベル(クロム面)の中間を
測定高さとしても良いし、高いレベル(クロム面)を固
定的に測定高さとしても良い。同様に固定的に低いレベ
ル(ガラス面)を測定高さとすることもできる。即ち、
この方法を使えば、全体のシステムとして都合の良い位
置を測定高さとすることができる。そして、外部から与
えたオフセット値によって測定高さに対して、オフセッ
ト量を加えることもできる。
In this case, for the determination of the measurement height, the measurement height may be intermediate between the low level (glass surface) and the high level (chrome surface), or the high level (chrome surface) may be fixedly measured. Good as it is. Similarly, it is also possible to set a fixedly low level (glass surface) as the measurement height. That is,
Using this method, the measurement height can be set at a position convenient for the entire system. Then, the offset amount can be added to the measured height by the offset value given from the outside.

【0042】将来的に、検査光学系の更なる高倍率化と
高NA化により、検査光学系の焦点深度が極めて狭くな
った場合を考えると、ガラス面とクロム面に忠実に高さ
方向の位置合わせを行うのが望ましい。このとき、ヒス
トグラムではなく従来のようにセンサ出力から直接フォ
トマスク11の高さ位置を測定すると、ガラス面とクロ
ム面との境界において、パターンエッジの影響で測定信
号が跳ね上がっており、これに基づきZテーブルを駆動
制御した場合、クロム面の検査がエッジ付近ではデフォ
ーカス状態となってしまう。本実施形態では、ヒストグ
ラムに基づいて制御することにより、このような不都合
を未然に防止することができる。
Considering a case where the depth of focus of the inspection optical system becomes extremely narrow due to the higher magnification and higher NA of the inspection optical system in the future, the glass surface and the chrome surface are faithfully observed in the height direction. It is desirable to perform alignment. At this time, if the height position of the photomask 11 is measured directly from the sensor output instead of the histogram as in the conventional case, the measurement signal jumps up due to the influence of the pattern edge at the boundary between the glass surface and the chrome surface. When the Z table is driven and controlled, the inspection of the chrome surface is in a defocused state near the edge. In the present embodiment, such inconvenience can be prevented by controlling based on the histogram.

【0043】また、図6に示すように、得られたヒスト
グラム分布に幅があるような場合は、分布の平均を求
め、その位置を測定高さとすればよい。具体的には、あ
るしきい値を越える部分の平均を取る、又は最大値の左
右数本の平均値を取るようにすればよい。この場合も、
フォトマスク11のパターンエッジで生じる散乱及び回
折光、反射率分布による光量むら等により生じる、高さ
測定信号誤差を最小限に抑えることができる。従って、
第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Further, as shown in FIG. 6, when the obtained histogram distribution has a width, the average of the distribution may be obtained and its position may be set as the measurement height. Specifically, the average of a portion exceeding a certain threshold value or the average value of several right and left sides of the maximum value may be taken. Also in this case,
It is possible to minimize the height measurement signal error caused by scattered and diffracted light generated at the pattern edge of the photomask 11, uneven light amount due to reflectance distribution, and the like. Therefore,
The same effect as the first embodiment can be obtained.

【0044】(変形例)なお、本発明は上述した各実施
形態に限定されるものではない。実施形態では、斜め方
向から光を照射し斜め方向に反射した光を検出する、い
わゆる斜入射方式としたが、図7に示すように、いわゆ
る共焦点方式を採用してもよい。この方式では、フォト
マスク11に対してハーフミラーを介して測定光を垂直
方向から照射する。そして、フォトマスク11で反射し
た測定光をフォトマスク11に対して光学距離の異なる
2点で検出する。具体的には、焦点位置の前後に配置し
たピンホールPH1,PH2を通過した光を光検出素子
51,52で検出する。
(Modification) The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, the so-called oblique incidence method of irradiating light from the oblique direction and detecting the light reflected in the oblique direction is adopted, but a so-called confocal method may be adopted as shown in FIG. 7. In this method, the measurement light is applied to the photomask 11 from a vertical direction via a half mirror. Then, the measurement light reflected by the photomask 11 is detected at two points having different optical distances with respect to the photomask 11. Specifically, the light detecting elements 51 and 52 detect light that has passed through the pinholes PH1 and PH2 arranged before and after the focus position.

【0045】PH1,PH2を通過した光の検出出力は
図8に示すようになり、これらの差分信号は図中の太線
に示すようになる。差分信号が0となる位置が焦点位置
である。従って、差分信号が0となるようにテーブルを
Z方向に駆動すればよい。この場合に、先の実施形態と
同様に差分信号のヒストグラム分布を求め、ヒストグラ
ムに基づいて高さ調整を行うようにすればよい。
The detection output of the light passing through PH1 and PH2 is as shown in FIG. 8, and the difference signal between them is as shown by the bold line in the figure. The position where the difference signal becomes 0 is the focus position. Therefore, the table may be driven in the Z direction so that the difference signal becomes zero. In this case, the histogram distribution of the difference signal may be obtained and the height may be adjusted based on the histogram as in the previous embodiment.

【0046】また、実施形態ではフォトマスクを載置し
たテーブルを移動したが、この代わりに検査用光学系を
Z方向に移動するようにしてもよい。また、本発明は必
ずしも欠陥検査装置に限るものではなく、試料の表面の
高さ位置を正確に調整する必要のあるものであれば適用
可能である。
Although the table on which the photomask is placed is moved in the embodiment, the inspection optical system may be moved in the Z direction instead. Further, the present invention is not necessarily limited to the defect inspection apparatus, but can be applied as long as it is necessary to accurately adjust the height position of the surface of the sample.

【0047】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、試
料の表面からの反射光を検出する光検出素子の検出信号
そのものではなく、得られた電気信号から一定の周期毎
にヒストグラム分布を求め、求めたヒストグラム分布か
ら試料の高さ位置を測定することにより、試料面の高さ
を目標とする位置に精度良く調整することができる。ま
た、欠陥検査等に適用した場合、パターンエッジで発生
する散乱光や回折光、光量むらなど一時的な外乱の影響
はヒストグラム分布上では度数が低くなるため、外乱的
な戻り光によるフォーカス位置の変動を招くことなく、
光学系と試料表面との距離を焦点深度内に保つことがで
き、欠陥検査精度の向上等に寄与することができる。
As described in detail above, according to the present invention, not the detection signal itself of the photo-detecting element for detecting the reflected light from the surface of the sample but the histogram distribution from the obtained electric signal at regular intervals. By measuring the height position of the sample from the obtained histogram distribution, the height of the sample surface can be accurately adjusted to a target position. In addition, when applied to defect inspection etc., the influence of temporary disturbance such as scattered light or diffracted light generated at the pattern edge, uneven light intensity, etc. becomes low on the histogram distribution, so the focus position of the disturbance return light Without causing fluctuations
The distance between the optical system and the sample surface can be kept within the depth of focus, which can contribute to the improvement of defect inspection accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施形態に係わるオートフォーカス装置
を示す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an autofocus device according to a first embodiment.

【図2】図1における高さ測定回路の具体的構成例を示
すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration example of a height measuring circuit in FIG.

【図3】第1の実施形態における高さ判定方法を説明す
るための模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a height determination method according to the first embodiment.

【図4】試料面上での測定光のスキャン方向を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a scanning direction of measurement light on a sample surface.

【図5】第2の実施形態における高さ判定方法を説明す
るための模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a height determination method according to the second embodiment.

【図6】第2の実施形態における高さ判定方法の別の例
を説明するための模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining another example of the height determination method according to the second embodiment.

【図7】本発明の変形例を説明するためのもので、共焦
点方式の測定系の構成を示す図。
FIG. 7 is a view for explaining a modified example of the present invention, showing a configuration of a confocal measurement system.

【図8】図7の測定系により得られる測定信号波形を示
す図。
8 is a diagram showing a measurement signal waveform obtained by the measurement system of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…フォトマスク(試料) 12…Zテーブル 13…検査用光学系 21…光源 22…光センサ 23,24…レンズ 25,26…ミラー 31…A/D変換器 32…高さ測定回路 33…Zテーブル駆動回路 41…メモリ回路 42…ヒストグラム分布回路 43…高さ判定回路 11 ... Photomask (sample) 12 ... Z table 13 ... Optical system for inspection 21 ... Light source 22 ... Optical sensor 23, 24 ... Lens 25, 26 ... Mirror 31 ... A / D converter 32 ... Height measuring circuit 33 ... Z table drive circuit 41 ... Memory circuit 42 ... Histogram distribution circuit 43 ... Height determination circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA24 BB02 CC18 FF01 HH04 HH12 JJ03 JJ16 LL12 LL13 PP12 QQ03 QQ43 2H051 AA15 BB27 DA03 2H095 BD02 BD11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F065 AA24 BB02 CC18 FF01 HH04                       HH12 JJ03 JJ16 LL12 LL13                       PP12 QQ03 QQ43                 2H051 AA15 BB27 DA03                 2H095 BD02 BD11

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料の表面に測定光を照射する光源と、 前記測定光の照射による前記試料の表面からの反射光を
検出する光検出素子と、 前記光検出素子の出力を一定周期でサンプリングするA
/D変換器と、 前記A/D変換された測定信号を一時記憶するメモリ
と、 前記メモリに記憶された一定期間の複数の測定信号のヒ
ストグラム分布を求めるヒストグラム分布回路と、 前記求められたヒストグラム分布に基づいて前記試料の
高さ位置を調整する手段と、 を具備してなることを特徴とする試料面高さ調整装置。
1. A light source for irradiating the surface of a sample with measuring light, a light detecting element for detecting reflected light from the surface of the sample due to irradiation of the measuring light, and sampling the output of the light detecting element at a constant cycle. Do A
A / D converter, a memory for temporarily storing the A / D converted measurement signal, a histogram distribution circuit for obtaining a histogram distribution of a plurality of measurement signals stored in the memory for a certain period, and the obtained histogram A means for adjusting the height position of the sample based on the distribution, and a device for adjusting the height of the sample surface.
【請求項2】所定のパターンが形成された試料の表面
を、該表面に対向配置される光学系の焦点位置に合わせ
るためのオートフォーカス装置であって、 前記試料の表面に測定光を照射する光源と、 前記測定光の照射による前記試料の表面からの反射光を
検出する光検出素子と、 前記光検出素子の出力を一定周期でサンプリングするA
/D変換器と、 前記A/D変換された測定信号を一時的に記憶するメモ
リと、 前記メモリに記憶された一定期間の複数の測定信号のヒ
ストグラム分布を求めるヒストグラム分布回路と、 前記求められたヒストグラム分布に基づいて試料表面の
高さ位置を判定する高さ判定回路と、 前記判定された高さ位置に基づいて前記試料及び光学系
の少なくとも一方を高さ方向に移動制御する手段と、 を具備してなることを特徴とするオートフォーカス装
置。
2. An autofocus device for aligning a surface of a sample on which a predetermined pattern is formed with a focal position of an optical system arranged to face the surface, and irradiating the surface of the sample with measurement light. A light source, a photodetector for detecting light reflected from the surface of the sample due to irradiation of the measurement light, and an output of the photodetector for sampling at a constant cycle A
A / D converter, a memory for temporarily storing the A / D converted measurement signal, a histogram distribution circuit for obtaining a histogram distribution of a plurality of measurement signals stored in the memory for a certain period, and A height determination circuit for determining the height position of the sample surface based on the histogram distribution, a means for controlling movement of at least one of the sample and the optical system in the height direction based on the determined height position, An autofocus device comprising:
【請求項3】前記試料を高さ方向と直交する平面内で一
方向に連続的に移動しながら高さ判定を行い、且つ前記
測定光を前記試料の表面上で該試料の移動方向と直角で
ない方向にスキャンすることを特徴とする請求項2記載
のオートフォーカス装置。
3. The height judgment is performed while continuously moving the sample in one direction in a plane orthogonal to the height direction, and the measuring light is perpendicular to the moving direction of the sample on the surface of the sample. The autofocus device according to claim 2, wherein scanning is performed in a non-direction.
【請求項4】前記高さ判定回路は、前記ヒストグラム分
布で度数の一番多いところを測定高さと判定し、且つこ
の判定位置に指定するオフセット量を加えた位置を最終
的な測定高さと判定することを特徴とする請求項2記載
のオートフォーカス装置。
4. The height determination circuit determines a position having the highest frequency in the histogram distribution as a measurement height, and determines a position obtained by adding an offset amount designated to this determination position as a final measurement height. The autofocus device according to claim 2, wherein:
【請求項5】前記高さ判定回路は、前記ヒストグラム分
布で度数の多いところが複数存在する場合は、それぞれ
の度数の多いところの測定高さの平均位置を測定高さと
するか、何れかの度数の多い位置を選択的に測定高さ判
定位置とし、且つこの判定位置に指定するオフセット量
を加えた位置を最終的な測定高さと判定することを特徴
とする請求項2記載のオートフォーカス装置。
5. The height determination circuit, when there are a plurality of places with a high frequency in the histogram distribution, determines the average position of the measurement heights of the respective places with a high frequency as the measurement height, or one of the frequencies. 3. The autofocus device according to claim 2, wherein a position having a large number of points is selectively used as a measurement height determination position, and a position obtained by adding an offset amount to the determination position is determined as a final measurement height.
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US9207189B2 (en) 2013-02-28 2015-12-08 Nuflare Technology, Inc. Sample support apparatus

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