JP2004301705A

JP2004301705A - Method for inspecting flaw of pattern and inspection device therefor

Info

Publication number: JP2004301705A
Application number: JP2003095672A
Authority: JP
Inventors: Toru Tojo; 徹東條; Toshiyuki Watanabe; 利之渡辺; Ikunao Isomura; 育直磯村; Kazuto Matsuki; 一人松木; Tsutomu Ogawa; 力小川; Akihiko Sekine; 明彦関根
Original assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP3708929B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an optical system constituted so as to optimize the accumulation time of a TDI sensor to be used and necessary light source power and to realize the shortening of an inspection time and the reduction of light source power while preventing the occurrence of a speckle. <P>SOLUTION: In this pattern flaw inspecting method for irradiating a sample to be measured having a pattern formed thereon with a laser beam to acquire the image of the pattern and inspecting the flaw of the sample based on the image, the TDI sensor 121, which has unidimensional sensors arranged thereto in a signal accumulating direction in a multistage fashion, is used as a sensor for acquiring the image and the sample 118 is moved in the direction corresponding to the signal accumulating stage direction of the TDI sensor 121 while the surface of the sample is irradiated with a laser beam, which corresponds to the dimension in the signal accumulating stage direction of the TDI sensor 121 and is long in a sample moving direction, to scan the laser beam in the direction crossing the sample moving direction at a right angle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査技術に係わり、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）を製造するときに使用されるマスク，ウエハ，又は液晶基板等のパターンに含まれる欠陥を検査するためのパターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンには、１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、サブミクロンからナノメータのオーダにまで最小寸法が縮小されるものがある。このＬＳＩの製造工程における歩留まり低下の大きな原因の一つとして、リソグラフィ技術を用いて半導体ウエハ上に超微細パターンを露光、転写する際に使用するマスクに含まれる欠陥があげられる。
【０００３】
特に、半導体ウエハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴い、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さくなっている。このため、極めて小さな欠陥を検査する装置の開発が精力的に進められている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴いＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、又はこれ以上の液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のパターンの微細化が進展し、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになっている。このため、大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製造する時に用いられるフォトマスクの欠陥を、短時間で効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となっている。
【０００５】
近年、この種のパターン欠陥検査装置において、ＴＤＩ（ＴｉｍｅＤｅｌａｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いた方式が開発されている。ＴＤＩセンサとは、１次元センサを多段にしたセンサであり、１次元センサで取得した像の情報を次の段の１次元センサに順次転送し画像の積分を行うことにより、Ｓ／Ｎを高くして高速での検査が可能となる。
【０００６】
ＴＤＩセンサを用いた検査装置は、既に数多く提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。しかしながら、何れの文献においても、ケーラ照明方式では照明光学系における光量損失が大きい、クリティカル照明方式ではＴＤＩセンサ全体をカバーするような形状の光源がない等の問題がある。さらに、ＴＤＩセンサによる検査領域を一括照射すると、光干渉による光量むら（スペックル）が生じる。また、微小ビームを試料面上で走査する方式では、試料面にダメージを与える等の問題があり、十分な検査速度は得られない。特に、光源が短波長化され、得られる光量が少なくなってきた場合は、上記問題はより大きなものとなる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２２５５３号公報
【０００８】
【非特許文献１】
ＨｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＤＵＶｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒ１５０ｎｍｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍａｓｋｓ，ＳＰＩＥＶｏｌ．３８７３，ｐｐ１３８−１５６，１９９９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、ＴＤＩセンサを用いたパターン欠陥検査装置が提案されているが、検査時間と検査に要する装置に必要な光源パワーとの最適な解が得られていないのが現状であった。
【００１０】
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、使用するＴＤＩセンサの蓄積時間、必要となる光源パワーとが最適になる光学システムを実現することにより、検査時間が短く光源パワーが少なくて済み、且つスペックルの発生も無いパターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置を提供することにある。
【００１１】
【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。
【００１２】
即ち本発明は、パターンが形成された被測定試料にエネルギービームを照射してパターンの画像を取得し、この画像を基に試料の欠陥を検査するパターン欠陥検査方法であって、前記画像を取得するためのセンサとして、１次元センサを信号蓄積段方向に多段に配列したＴＤＩセンサを用い、前記試料を前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動すると共に、前記試料面上に前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法に相当し試料移動方向に長いエネルギービームを照射し、且つ該エネルギービームを試料移動方向と直交する方向に走査することを特徴とする。
【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。
【００１４】
（１）エネルギービームは、試料面上においてＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法と該センサの１画素〜数画素に相当するほぼ矩形状のエネルギービームであること。
【００１５】
（２）エネルギービームの試料移動方向と直交する方向の走査範囲は、試料面上のＴＤＩセンサによる観察領域全体をカバーする範囲であること。
【００１６】
（３）エネルギービームを走査するための偏向中心を、エネルギービームの集光点よりも僅かにずらすこと。
【００１７】
また本発明は、パターンが形成された被測定試料にエネルギービームを照射してパターンの画像を取得し、この画像を基に試料の欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、前記試料が載置されるステージと、前記試料に照射するためのエネルギービームを発生する光源と、１次元センサを信号蓄積段方向に多段に配列して形成され、前記パターン画像の取得に供されるＴＤＩセンサと、前記ステージを前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動するステージ駆動系と、前記エネルギービームを前記試料面上において前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法と該センサの１画素又は数画素とに相当するほぼ矩形状に形成し、且つ該エネルギービームをステージ移動方向と直交する方向に走査する照明光学系と、前記エネルギービームが前記試料に照射されたことにより生じる透過エネルギービーム若しくは反射エネルギービーム、又は透過及び反射エネルギービームの両方を集光し、前記ＴＤＩセンサに導く検出光学系と、を具備してなることを特徴とする。
【００１８】
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。
【００１９】
（１）照明光学系は、検出光学系の倍率に応じて矩形のビーム寸法を略相似的に変更できる機能を有すること。
【００２０】
（２）照明光学系は、検出光学系の倍率に応じて試料移動方向と直交する方向のビーム走査幅を変更できる機能を有すること。
【００２１】
（３）エネルギービームはＴＤＩセンサの蓄積段のデータ転送時間と同期して走査するものとし、且つステージの１軸に対しＴＤＩセンサ画素寸法（検出光学系の倍率を考慮した）と転送時間とによって定まる速度になるように同期して連続移動を行うこと。
【００２２】
（４）ステージの１軸がＴＤＩセンサの画素寸法（検出光学系の倍率を考慮した）相当の移動に同期して移動し、且つＴＤＩセンサの蓄積段のデータ転送を行うことにより被測定試料のパターン画像を取得すること。
【００２３】
（５）ＴＤＩセンサの蓄積段寸法とセンサの画素寸法とに相当する略矩形状のエネルギービームの走査は、多光源発生装置からの光束の集光点と偏向中心位置とを若干ずらして偏向すること。
【００２４】
（作用）
本発明によれば、試料をＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動しつつ、試料面上にＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法に相当し試料移動方向に長いエネルギービームを照射し、且つ該エネルギービームを試料移動方向と直交する方向に走査することにより、試料上のパターン欠陥を検査することができる。そしてこの場合、使用するＴＤＩセンサの蓄積時間、必要となる光源パワーとが最適になる光学システムを実現することができ、検査時間が短く光源パワーが少なくて済み、且つスペックルの発生も無いパターン欠陥検査が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
発明の実施形態を説明する前に、パターン欠陥検査装置の一般的な構成例及び動作について説明しておく。図４は、大規模ＬＳＩの製作に用いられるマスクの設計データと測定データとを比較してパターンの検査を行うパターン欠陥検査装置の構成例を示す図である。
【００２６】
図４に示す欠陥検査装置では、図５に示されるように、マスク１に形成されたパターンにおける被検査領域５１が、仮想的に幅Ｗの短冊状の検査ストライプ５２に分割される。そして、この分割された検査ストライプが連続的に走査されるように、図４に示すＸＹθテーブル２に上記マスク１を搭載し、その内１軸のステージを連続移動させながら検査が実行される。他の１軸は上記ストライプ検査が終了したら隣のストライプを観察するためにステップ移動が行われる。
【００２７】
マスク１は、オートローダ１４とオートロ−ダ制御回路１３を用いてＸＹθテーブル２の上に載置されるが、ＸＹθテーブル２の走行軸に対してパターンが平行になっているとは限らない。そのため、走行軸に平行に搭載できるようにθステージの上に固定される場合が多い。上記制御はＸモータ１５，Ｙモータ１６，θモータ１７とテーブル制御回路１８とを用いて動作の制御がなされる。
【００２８】
マスク１に形成されたパターンは適切な光源３によって光が照射される。マスク１を透過した光は拡大光学系４を介してフォトダイオードアレイ５に入射される。フォトダイオードアレイ５の上には、図５に示す仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大され、光学像として結像される。結像状態を良好に保つために拡大光学系４がオートフォーカス制御されている。フォトダイオードアレイ５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ５によって光電変換され、さらにセンサ回路６によりＡ／Ｄ変換される。このセンサ回路６から出力された測定画像データは、位置回路７から出力されたＸＹθテーブル２上のマスク１の位置を示すデータと共に比較回路８に送られる。
【００２９】
一方、マスク１のパターン形成時に用いた設計データは、磁気ディスク９から制御計算機１０を介して展開回路１１に読み出される。展開回路１１では、読み出された設計データが２値又は多値の設計画像データに変換され、この設計画像データが参照回路１２に送られる。参照回路１２は、送られてきた図形の設計画像データに対して適切なフィルタ処理を施す。このフィルタ処理は、センサ回路６から得られた測定パターンデータには、拡大光学系４の解像特性やフォトダイオードアレイ５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態になるため、設計画像データにもフィルタ処理を施して、測定画像データに合わせるために行われる。
【００３０】
比較回路８は、測定画像データと適切なフィルタ処理が施された設計画像データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には欠陥有りと判定する。
【００３１】
この種の欠陥検査装置の光学系としては、大きく別けて２種類の光学系が使用されている。
【００３２】
その１つは、図６に示すようにケーラ照明を使用して光学視野全体を照明する方法である。これは、点光源３から出た光をレンズ２０で拡大し、ハエの目レンズ２１で多光源化し、それぞれの光源を合成して比較的大きな照明領域を均一に照明する方法である。
【００３３】
このような照明方法を用いた検査装置で用いられるフォトダイオードアレイ５としては、１次元フォトダイオードアレイが一般的に用いられてきた。しかし、光源波長として短波長化が進み光源パワーの小さいレーザやランプが用いられるに従って、また短波長化によるセンサの感度の低下によって、１次元フォトダイオードアレイでは光量低下と感度低下による影響で電荷の蓄積時間を長くしなければ十分な信号Ｓ／Ｎ比が採れなくなってきた。この結果、高速での検査の実行が難しくなってきた。
【００３４】
これを解決する方法として、ＴＤＩセンサが開発されている。ＴＤＩセンサとは、図７に示すように１次元センサを多段にしたセンサである。１次元センサで取得した像の情報を次の段の１次元センサに順次転送し画像の積分を行う方法で、段数分だけ光量の蓄積が行われる。この場合、取得すべき画像は１次元センサで取得した像の情報を次の段のセンサに順次転送する転送速度に合わせて動く必要があり、このようなセンサを用いた場合は、図４に示したテーブルの速度は前記転送速度に合わせて動く必要がある。
【００３５】
このＴＤＩセンサを用いた場合においても、先に説明したようにケーラ照明方式では、レンズ２２の視野全域を照明しているため、効率的にセンサのみを照明しているとは限らず、光量ロスが生じている。即ち、実際に画像取得として使用される領域はセンサの領域のみのため、ロスを生じている。従って、ＴＤＩセンサによる蓄積を利用したとしても、かなりの部分の光量は無駄に使用されている。今後光源が短波長化され、得られる光量が少なくなってきた場合は、上記光量損失は大きな問題となる。
【００３６】
光学系の他の方法としてクリティカル照明と呼ばれる方法がある。図８にその基本的な構成を示す。基本的には光源３の光を単純にレンズ２３で集光して、これを照明光とする方法である。例えば、光源自体がある面積を有している場合は、それに応じて照明面積が集光点に得られるが、例えば光源としてレーザ光を用いた場合は集光点は１点に集中し（ｄ＝１．２２λ／ＮＡで簡易的に求められるオーダ、ここでλ＝波長、ＮＡ＝開口数）、極めて微小な領域しか照明できないことになる。
【００３７】
この特性を利用したビームスキャン方法と呼ばれる画像取得方法が開発されている。図９は、ビームスキャン方法の光学系の一例を示すもので、レーザ光源２５からのレーザ光を用いてビームを絞り、そのビームをマスク１上で走査（スキャン）し、その透過光をフォトダイオード５で測定する。この方法では、ビームのスキャンによって照射された部分の画像空間情報が、フォトダイオード５で時間情報として得ることができる。先の１次元フォトダイオードアレイの場合は空間情報がそのままアレイ上の画像信号として得られるのと大きく異なる。この方法は光量の有効活用という点では非常に優れた方法である。
【００３８】
しかしながら、フォトダイオード５で得られる画像のＳ／Ｎ比を良くしたい場合（画質を良くしたい場合）、低速走査では十分な光量が得られるのに対して高速走査では十分な光量が測定されず画質上問題を生じるのが一般的である。その対策として、照射光量を増やす方法が考えられるが（レーザパワーを増やす）、上述したようにビームはマスク１面上で、ほぼ一点に集中して集光しているため、エネルギー密度が極めて高くなりマスク１面の遮光体にダメージを与える欠点が新たに生じる。実際に市販されている検査装置はこれらのバランスを考えて設計されているのが実状である。要は光量を有効に使用しているものの、画像のＳ／Ｎ比の問題、マスク面の遮光体へのダメージの問題等で、先のケーラ照明方式と検査速度的には差が無い結果になっている。
【００３９】
一方、１次元フォトダイオードアレイセンサを用いてセンサのみの領域を照明して効率を向上した検査装置も報告されている。この方法は、使用する１次元フォトダイオードアレイセンサ上のみを照明するため非常に照明効率は良い。しかし、短波長化が進む中で、このような方法でも、より一層の光源パワーの使用効率化が求められている。
【００４０】
一方、前記した特許文献１にはＴＤＩセンサを用いた検査装置が開示されている。しかし、この方法では共焦点光学系を構成し、複数のスリット状ピンホールを通過した光束を照明しその後にＴＤＩセンサ上に像を結ぶ方式である。この光学系はあくまでセンサ上でスポットビームを作り出す方法を取り、ＴＤＩセンサを用いることで若干の光量有効に使うメリットはあるが、照明系や検出系内部での光量損失が大きく、光量を有効に使用できていない。特に短波長を用いた装置では、高速検査で十分な画質を得ることができないという問題点は解決されていない。
【００４１】
以上の光学系とセンサとの選択の問題点を、図１０（ａ）〜（ｄ）を用いて簡単に代表的な構成のみについて説明すると、以下のようになる。いま、図１０（ａ）に示すように照明視野径をＦ（＝Ｂ×Ｓ）、使用するセンサの画素数をＢ、センサの画素寸法を視野換算した値をＳ、画素に照射できる最大の単位面積当りの光エネルギーをｗ（ｗｔ以上のパワーを注入するとマスク遮光体にダメージが生じる値）とし、画素当たりのセンサ蓄積時間をｔ、ＴＤＩセンサ蓄積段数をＤとすると、（ここで、Ｂ≧Ｄである）
【００４２】
▲１▼照明視野Ｆの一括投影方式（図１０（ａ））
・照明に必要な光源パワー（照明視野全体）＝ｗπＦ^２／４＝ｗπＢ^２Ｓ^２／４
・１次元ダイオードアレイでのＢ画素画像取得時間＝ｔ
【００４３】
▲２▼一括照明でセンサ領域のみを照明
・照明に必要な光源パワー（照明視野全体）＝ｗＢＳ^２
・１次元ダイオードアレイでのＢ画素画像取得時間＝ｔ
【００４４】
▲３▼ビームスキャン方式（ビームは画素寸法に絞られている。検出器として１個のフォトダイオード使用）
・照明に必要な光源パワー＝ｗＳ^２
・１個のフォトダイオードでＢ画素画像取得時間＝Ｂｔ
【００４５】
▲４▼ビームスキャン方式（１次元ダイオードアレイ使用）（図１０（ｂ））
・照明に必要な光源パワー＝ｗＳ^２
・１次元フォトダイオードアレイでＢ画素画像取得時間＝Ｂｔ
【００４６】
▲５▼ＴＤＩ対応ビームスキャン（ＴＤＩセンサ使用）（図１０（ｃ））（簡単のためビームは理想的なＳＤの面積をカバーする形状とする）
・照明に必要な光源パワー＝ｗＳ^２Ｄ
・ＴＤＩセンサＢ画素画像取得時間＝Ｂｔ／Ｄ
【００４７】
▲６▼ＴＤＩセンサ部のみ照明する一括投影方式（図１０（ｄ））
・照明に必要な光源パワー＝ｗＢＤＳ^２
・ＴＤＩセンサＢ画素画像取得時間＝ｔ／Ｄ
となる。
【００４８】
一方、測定量の推定精度は一般的に測定の繰り返しによって改良されることが一般的に知られている。即ち、同じ測定を何度も繰り返してその平均値を求めればそれは測定量の本当の値に近づく。要は測定値（この場合はセンサの出力信号値Ｙのばらつき）ＳｙはＮ回の測定をすることによって、ばらつきＳｙ（σ）はＳｙ／√Ｎとなる。ＴＤＩセンサを用いた場合はＮ＝蓄積回数（Ｄ）となるので、Ｓｙ（∧）＝Ｓｙ／√ｄとなる。以上を纏めると下記の（表１）のようにになる。
【００４９】
【表１】

【００５０】
光量以外の評価として、照明光学系内部での光干渉による光量むらの問題がある。▲１▼，▲２▼の視野一括方式や▲６▼のＴＤＩ一括照明方式では均一照明を得るために様々な工夫が必要となる。最近では、検査装置の光源としてレーザ光を用いることが要求されるようになってから、この照明光学系内部での光の干渉による光量むらが顕著になってきている（ここではこの光量むらをスペックルと呼ぶ）。スペックルは結果的にセンサのノイズとして計測され検出感度に大きく影響する。▲１▼，▲２▼，▲６▼の照明方法では、スペックル低減のための光学システムを専用で持たなくてはならず、コスト面、光量損失面でも不利である。
【００５１】
このスペックルを低減する方法として、対物レンズの瞳位置でランダムにビームを時系列的に照射する方法や拡散板を用いた方法、位相が異なる微小な部分に光を透過させる方法などが考案されているが、それぞれに問題があり完全にスペックルを消すに至っていない。このように、▲１▼，▲２▼，▲６▼のような一括照明ではスペックルが大きな問題となる。
【００５２】
以上の結果から、（表１）内での照明方法として▲３▼，▲４▼，▲５▼のビームスキャン方式が光源パワーや画像取得時間で有効なことが判る。特に、▲５▼のＴＤＩセンサを用いてビームをスキャンする方法が優れていることが判る。そこで本発明では、ＴＤＩセンサを用いてビームをスキャンする方法を採用している。
【００５３】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００５４】
（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パターン欠陥検査装置における光学システムの構成を示す図である。なお、光学システム以外の構成は前記図４に示す構成と同様である。
【００５５】
レーザ光源１１１から出射された光は、まず適当な光源面を得るために、ビームエキスパンダ１１２を経てハエの目レンズ状の多光源発生装置１１３に導かれる。ここで、ビームを矩形状に成形するために、ビームエキスパンダ１１２の前段にスリットを設けてもよい。その後、ビームは偏向を行うための偏向装置１１４に導入される。
【００５６】
図１では、偏向装置１１４としてＡＯＤ（音響光学偏向素子）を用いている。ビームの偏向を行うには、ＡＯＤ以外にも回転ミラーやスキャナー等が考えられる。偏向装置１１４の配置位置は、後述するコンデンサレンズ１１５の共役位置である。偏向装置１１４により偏向された光束は、リレーレンズ群１１６ａ，１１６ｂを通ってコンデンサレンズ１１５を通り、被測定試料面１１８上で略矩形スリットを形成して走査される。
【００５７】
このような光学配置では、コンデンサレンズ１１５の瞳位置１１７で広がった光束は試料面１１８上の一点にＮＡを持った光束を作り、パターンの光学観察に必要な解像性を持ったケーラ照明光学系になる。試料面１１８上での略矩形スリット形状は少なくともＴＤＩセンサ上の蓄積段方向をカバーする大きさとなっている。
【００５８】
ここで、試料面１１８上に形成されるレーザビームの形状は、原理的にはＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法と該センサの１画素に相当する矩形状であればよい。矩形ビームの短辺方向の長さは、光源効率の点から短い方が望ましく最小では１画素相当分であるが、ビーム照射の位置ずれ等を考慮して２〜３画素相当分にしても良い。
【００５９】
なお、ＴＤＩセンサの１画素の寸法は例えば１６μｍ□であり、蓄積段数は例えば２５６段であり、この場合の蓄積段方向の寸法は１６μｍ×２５６＝４０９６μｍとなる。従って、試料面１１８上のレーザビームの形状は、検出光学系の倍率を例えば４倍とすると、試料移動方向に１ｍｍ強、これと直交する方向に４〜１２μｍ程度の矩形とすればよい。
【００６０】
なお、図１に示すハエの目レンズ状の多光源発生装置１１３の集光点を、偏向装置１１４の偏向中心位置に合わせた場合、図２（ｂ）に示すように、形成したビームの光量むらが偏向によって偏向領域内に空間的に固定してしまう。これは、図２（ａ）に示す一括照明同様の光量むらが生じてしまうことと同様の結果となる。そこで、図２（ｃ）に示すように、偏向装置１１４の偏向中心位置を敢えて若干デフォーカスした位置でビームを偏向することでこれを回避することができる。勿論、レーザ光源の可干渉性が低減でき、ケーラ照明においてもスペックルが発生しない場合には、敢えて集光点をずらす必要はない。
【００６１】
図３に、スリット光１２０とＴＤＩセンサ１２１、ステージレイアウトの概念図を示す。スリット光１２０はＴＤＩ蓄積段をカバーし、それと直交する方向には可能な限り細くした矩形状にした方が良い。矩形状光束を作り出すためには、多光源発生装置１１３の前段にスリットを設ける代わりに、多光源発生装置１１３を変更することによっても実現できる。一般に、ハエの目レンズ状の多光源発生装置１１３は多数の正方形断面を持つ棒状レンズで形成されているが、棒状レンズの断面形状を矩形状にすることにより実現できる。
【００６２】
このような多光源発生装置１１３を用いた照明光学系の光束は、現実的には図３に示すように長楕円スリットとなる。この楕円スリットは長手方向がＴＤＩセンサ１２１の蓄積段方向で、その直角方向が例えば２０４８画素のライン方向となっている。１段目の画像取得が一定時間で終了する間に、略矩形状光束を蓄積段方向と直交方向に走査する（図中の矢印で示す）。１方向走査のみしか行わない走査方法と往復走査を行う走査方法が考えられる。その後、１段目の取得データは２段目のラインに転送される。それと同時にステージが段数方向に同期して移動すると（この移動量は検出光学系の倍率に依存する）、ＴＤＩセンサ１２１上では１段目で測定した被測定試料面の同じ画像が２段目に観察される。そして、蓄積時間内に光束の走査が再度行われる。
【００６３】
このように本実施形態では、ステージの移動と光束の走査が連続して行われることにより、同じ画像データの蓄積が行われ画質の向上が実現できる。略矩形状スリット光束は常に蓄積段数に相当する領域を走査するので、蓄積段数分の画像データが取れる。従来の１次元ＣＣＤセンサを用いたスキャンタイプとは異なりＳ／Ｎの向上が大幅に期待できるし、特許文献１で示された方法に比べ絶対光量や信号のＳ／Ｎを大幅に改善できることが分かる。蓄積が行われる分だけ略矩形光束の単位面積当りの照射エネルギーを低減できるため、照射エネルギーを大きくした時に生じる試料面の遮光体のダメージ問題を無くすことができる。これらは、前記（表１）によって証明されたことである。
【００６４】
また、一括照明方式に比べレーザ光源に要求する光量を小さくでき、検査装置システム設計上，コスト面，大きさ，光学系部品の劣化の問題などメリットは大きい。
【００６５】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００６６】
実施形態における画像取得方法では、光束の走査，ステージ移動，ＴＤＩセンサの蓄積時間との同期を取る必要があるが、光束の走査を基準にして他の２つ（ステージ移動，ＴＤＩセンサの蓄積時間）の同期を取る制御方式でも良い。さらに、ステージが正確に目標値に来たときに（多くはレーザ干渉計の位置座標を基に行われる）同期させて、他の２つ（光束の走査、センサ蓄積）との同期を取っても良い。或いは、ＴＤＩセンサの蓄積時間に合わせて、光束の走査とステージの速度制御を行っても良い。それぞれにメリットがあるために、目的に応じて適した方法を選択すればよい。
【００６７】
被測定面上のスリット光束の大きさや走査幅を検出光学系の倍率に応じて変化させると、より有効に光源パワーを利用できる。その方法としては、例えば偏向にＡＯＤや振動タイプのスキャナーを用いた場合は、偏向電圧を変えることで走査幅の変更を容易に実現できる。光束の大きさを変更するには、多光源発生装置の大きさを切り替えることによって容易に実現できる。
【００６８】
また、実施形態では被測定試料の透過光をＴＤＩセンサに導いてパターン欠陥を検査したが、透過光の代わりに反射光を基にパターン欠陥検査を行うようにしてもよい。さらに、試料からの透過光と反射光の両方を検出して欠陥検査を行うことも可能である。また、検査に用いるエネルギービームは必ずしも光に限るものではなく、Ｘ線や電子ビーム等を用いることも可能である。
【００６９】
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。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、従来の方法に比べ、光源に必要となる光量を小さくでき、且つスペックル発生がない良好な画像を高速で得ることができる。同時に光学レンズへの照射エネルギーが低下することから、レンズ系に与えるダメージを低減でき、装置の稼動率が向上する。従って、今後レーザを用いた画像観察が主流になる中、本方式をパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置に用いた場合、システムを簡素化でき、信頼性が高く、かつ検出感度の高い欠陥検査を高速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるパターン欠陥検査装置を説明するためのもので、特に光学システムの構成を示す図。
【図２】照明方法の違いによる光量むらの一例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態を説明するためのもので、スリット光とＴＤＩセンサ及びステージ移動方向との関係を示す図。
【図４】パターン欠陥検査装置の一般的な構成を示す図。
【図５】フォトマスクの検査ストライプを説明するための図。
【図６】パターン欠陥検査装置におけるケーラ照明方式の光学系構成の例を示す図。
【図７】ＴＤＩセンサを説明するための図。
【図８】パターン欠陥検査装置におけるクリティカル照明方式の光学系構成の例を示す図。
【図９】ビームスキャン方法と１次元フォトダイオードアレイセンサを用いた検査装置の光学システムの構成を示す図。
【図１０】照明視野と検出センサとの関係を示す図。
【符号の説明】
１１１…レーザ光源
１１２…ビームエキスパンダ
１１３…多光源発生装置
１１４…偏向装置
１１５…コンデンサレンズ
１１６…リレーレンズ
１１７…瞳位置
１１８…試料面
１２０…スリット光
１２１…ＴＤＩセンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern defect inspection technique for inspecting pattern defects, and particularly to a pattern such as a mask, a wafer, or a liquid crystal substrate used when manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display (LCD). The present invention relates to a pattern defect inspection method and a pattern defect inspection device for inspecting a defect to be inspected.
[0002]
[Prior art]
Some patterns constituting a large-scale integrated circuit (LSI) have a minimum size reduced from submicron to nanometer order, as typified by 1 gigabit DRAM. One of the major causes of the decrease in the yield in the LSI manufacturing process is a defect included in a mask used when exposing and transferring an ultrafine pattern on a semiconductor wafer by using a lithography technique.
[0003]
In particular, with the miniaturization of the pattern size of an LSI formed on a semiconductor wafer, the size that must be detected as a pattern defect has become extremely small. For this reason, development of an apparatus for inspecting extremely small defects has been energetically advanced.
[0004]
On the other hand, with the progress of multimedia, LCDs have become larger and larger in liquid crystal substrate size of 500 mm × 600 mm or more, and fine patterns of thin film transistors (TFTs) formed on the liquid crystal substrate have been developed. Inspection of small pattern defects over a wide area is required. For this reason, there is an urgent need to develop a sample inspection apparatus for efficiently inspecting a large area LCD pattern and a photomask used in manufacturing the large area LCD for defects in a short time.
[0005]
In recent years, in this type of pattern defect inspection apparatus, a system using a TDI (Time Delay Integration) sensor has been developed. The TDI sensor is a sensor in which one-dimensional sensors are arranged in multiple stages. By sequentially transferring image information acquired by the one-dimensional sensors to the next-stage one-dimensional sensor and integrating the images, the S / N is increased. Inspection at high speed becomes possible.
[0006]
Many inspection devices using a TDI sensor have already been proposed (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, in each of the documents, there are problems such as a large amount of light loss in the illumination optical system in the Koehler illumination system and no light source having a shape covering the entire TDI sensor in the critical illumination system. Further, when the inspection area is illuminated by the TDI sensor at once, unevenness in light amount (speckle) due to light interference occurs. Further, in the method of scanning the sample surface with the minute beam, there is a problem that the sample surface is damaged, and a sufficient inspection speed cannot be obtained. In particular, when the wavelength of the light source is shortened and the amount of light obtained decreases, the above problem becomes more serious.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-122553
[0008]
[Non-patent document 1]
High resolution DUV inspection system for 150 nm generation masks, SPIE Vol. 3873, pp138-156, 1999
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, a pattern defect inspection apparatus using a TDI sensor has been proposed, but at present, an optimal solution of the inspection time and the light source power required for the apparatus required for the inspection has not been obtained.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to realize an inspection system by realizing an optical system in which the storage time of a TDI sensor to be used and the required light source power are optimized. An object of the present invention is to provide a pattern defect inspection method and a pattern defect inspection apparatus that require a short time and require a small light source power and do not generate speckle.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(Constitution)
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
[0012]
That is, the present invention is a pattern defect inspection method for irradiating an energy beam to a measured sample on which a pattern is formed to acquire an image of the pattern, and inspecting a defect of the sample based on the image, and acquiring the image. A TDI sensor in which one-dimensional sensors are arranged in multiple stages in the signal accumulation stage direction is used as a sensor for moving the sample in a direction corresponding to the signal accumulation stage direction of the TDI sensor. The method is characterized in that an energy beam corresponding to the dimension in the signal storage stage direction of the TDI sensor and long in the sample moving direction is irradiated, and the energy beam is scanned in a direction orthogonal to the sample moving direction.
[0013]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
[0014]
(1) The energy beam is a substantially rectangular energy beam corresponding to the dimension of the TDI sensor in the signal accumulation stage direction on the sample surface and one to several pixels of the sensor.
[0015]
(2) The scanning range of the energy beam in the direction perpendicular to the moving direction of the sample is a range that covers the entire observation area of the TDI sensor on the sample surface.
[0016]
(3) The center of deflection for scanning the energy beam is slightly shifted from the focal point of the energy beam.
[0017]
Further, the present invention is a pattern defect inspection apparatus that irradiates an energy beam to a measured sample on which a pattern is formed, acquires an image of the pattern, and inspects the sample for defects based on the image. A stage to be placed, a light source for generating an energy beam for irradiating the sample, a TDI sensor formed by arranging one-dimensional sensors in multiple stages in a signal accumulation stage direction, and used for obtaining the pattern image. A stage drive system for moving the stage in a direction corresponding to the signal storage stage direction of the TDI sensor, and the energy beam on the sample surface in the signal storage stage direction of the TDI sensor and one pixel of the sensor; An illumination optical system which is formed in a substantially rectangular shape corresponding to several pixels and scans the energy beam in a direction perpendicular to the stage moving direction; And a detection optical system for condensing a transmitted energy beam or a reflected energy beam generated by irradiating the sample with the energy beam, or both a transmitted energy beam and a reflected energy beam, and leading the beam to the TDI sensor. And
[0018]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
[0019]
(1) The illumination optical system has a function of changing the size of a rectangular beam substantially similar according to the magnification of the detection optical system.
[0020]
(2) The illumination optical system has a function of changing the beam scanning width in a direction orthogonal to the sample moving direction according to the magnification of the detection optical system.
[0021]
(3) The energy beam scans in synchronization with the data transfer time of the storage stage of the TDI sensor, and depends on the TDI sensor pixel size (considering the magnification of the detection optical system) and the transfer time for one axis of the stage. To perform continuous movement synchronously so that the speed can be determined.
[0022]
(4) One axis of the stage moves in synchronization with the movement corresponding to the pixel size of the TDI sensor (considering the magnification of the detection optical system), and performs data transfer of the storage stage of the TDI sensor, thereby enabling the measurement of the sample to be measured. Obtaining a pattern image.
[0023]
(5) The scanning of the substantially rectangular energy beam corresponding to the storage stage size of the TDI sensor and the pixel size of the sensor is deflected by slightly shifting the focal point of the light beam from the multiple light source generator and the deflection center position. thing.
[0024]
(Action)
According to the present invention, while moving the sample in a direction corresponding to the signal accumulation step direction of the TDI sensor, the sample surface is irradiated with an energy beam corresponding to the dimension in the signal accumulation step direction of the TDI sensor and long in the sample movement direction. By scanning the energy beam in a direction orthogonal to the sample moving direction, pattern defects on the sample can be inspected. In this case, it is possible to realize an optical system in which the accumulation time of the TDI sensor to be used and the required light source power are optimized, and the inspection time is short, the light source power is small, and the pattern without generation of speckles can be realized. Defect inspection becomes possible.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Before describing embodiments of the present invention, a general configuration example and operation of a pattern defect inspection apparatus will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a pattern defect inspection apparatus that performs pattern inspection by comparing design data and measurement data of a mask used for manufacturing a large-scale LSI.
[0026]
In the defect inspection apparatus shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, the inspection area 51 in the pattern formed on the mask 1 is virtually divided into strip-shaped inspection stripes 52 having a width W. Then, the mask 1 is mounted on the XYθ table 2 shown in FIG. 4 so that the divided inspection stripes are continuously scanned, and the inspection is executed while the one-axis stage is continuously moved. On the other axis, when the above-described stripe inspection is completed, a step movement is performed to observe the next stripe.
[0027]
The mask 1 is mounted on the XYθ table 2 by using the autoloader 14 and the autoloader control circuit 13, but the pattern is not always parallel to the traveling axis of the XYθ table 2. Therefore, it is often fixed on the θ stage so that it can be mounted parallel to the traveling axis. In the above control, the operation is controlled using the X motor 15, the Y motor 16, the θ motor 17 and the table control circuit 18.
[0028]
The pattern formed on the mask 1 is irradiated with light by an appropriate light source 3. Light transmitted through the mask 1 is incident on the photodiode array 5 via the magnifying optical system 4. On the photodiode array 5, a part of the strip-shaped region of the virtually divided pattern shown in FIG. 5 is enlarged and formed as an optical image. The autofocus control of the magnifying optical system 4 is performed in order to keep the imaging state good. The image of the pattern formed on the photodiode array 5 is photoelectrically converted by the photodiode array 5 and further A / D converted by the sensor circuit 6. The measurement image data output from the sensor circuit 6 is sent to the comparison circuit 8 together with data indicating the position of the mask 1 on the XYθ table 2 output from the position circuit 7.
[0029]
On the other hand, the design data used when forming the pattern of the mask 1 is read from the magnetic disk 9 to the developing circuit 11 via the control computer 10. The expansion circuit 11 converts the read design data into binary or multi-valued design image data, and sends the design image data to the reference circuit 12. The reference circuit 12 performs an appropriate filtering process on the received design image data of the graphic. In this filtering process, since the measurement pattern data obtained from the sensor circuit 6 is in a state where a filter is applied due to the resolution characteristics of the magnifying optical system 4 and the aperture effect of the photodiode array 5, the design image data is also obtained. This is performed in order to perform a filter process and match the measured image data.
[0030]
The comparison circuit 8 compares the measured image data with the design image data subjected to appropriate filtering according to an appropriate algorithm, and determines that there is a defect if they do not match.
[0031]
As an optical system of this kind of defect inspection apparatus, two types of optical systems are widely used.
[0032]
One is to illuminate the entire optical field using Koehler illumination as shown in FIG. This is a method in which the light emitted from the point light source 3 is enlarged by a lens 20, the light is multiplied by a fly-eye lens 21, and the respective light sources are combined to uniformly illuminate a relatively large illumination area.
[0033]
As the photodiode array 5 used in the inspection apparatus using such an illumination method, a one-dimensional photodiode array has been generally used. However, as the wavelength of the light source becomes shorter and lasers and lamps with a smaller light source power are used, and the sensitivity of the sensor decreases due to the shorter wavelength, the charge of the one-dimensional photodiode array decreases due to the decrease in the amount of light and the decrease in sensitivity. Unless the accumulation time is lengthened, a sufficient signal S / N ratio cannot be obtained. As a result, it has become difficult to perform inspection at high speed.
[0034]
As a method for solving this, a TDI sensor has been developed. The TDI sensor is a multi-stage one-dimensional sensor as shown in FIG. The information of the image acquired by the one-dimensional sensor is sequentially transferred to the one-dimensional sensor of the next stage to integrate the image, and the light quantity is accumulated by the number of stages. In this case, the image to be acquired must move in accordance with the transfer speed at which the information of the image acquired by the one-dimensional sensor is sequentially transmitted to the next stage sensor. The speed of the table shown needs to move in accordance with the transfer speed.
[0035]
Even in the case of using this TDI sensor, as described above, the Koehler illumination method illuminates the entire field of view of the lens 22, so that it is not always possible to efficiently illuminate only the sensor and the light amount loss. Has occurred. That is, since the area actually used for image acquisition is only the sensor area, a loss occurs. Therefore, even if the accumulation by the TDI sensor is used, a considerable amount of light is wasted. If the wavelength of the light source is shortened in the future and the amount of light obtained becomes smaller, the light amount loss becomes a serious problem.
[0036]
As another method of the optical system, there is a method called critical illumination. FIG. 8 shows the basic configuration. Basically, this is a method in which light from the light source 3 is simply condensed by the lens 23 and used as illumination light. For example, when the light source itself has a certain area, the illumination area is obtained at the converging point accordingly. For example, when the laser light is used as the light source, the converging point is concentrated on one point (d = 1.22λ / NA, which is an order simply obtained, where λ = wavelength, NA = numerical aperture), so that only an extremely small area can be illuminated.
[0037]
An image acquisition method called a beam scan method utilizing this characteristic has been developed. FIG. 9 shows an example of an optical system of the beam scanning method. The beam is narrowed down by using laser light from a laser light source 25, the beam is scanned (scanned) on the mask 1, and the transmitted light is converted to a photodiode. Measure at 5. In this method, the image space information of the portion irradiated by the beam scanning can be obtained as time information by the photodiode 5. In the case of the one-dimensional photodiode array, the spatial information is greatly different from that obtained as an image signal on the array as it is. This method is a very excellent method in terms of effective use of the light amount.
[0038]
However, when the S / N ratio of the image obtained by the photodiode 5 is desired to be improved (when the image quality is desired to be improved), a sufficient amount of light is obtained in the low-speed scanning, but the sufficient amount of light is not measured in the high-speed scanning. The above problems generally occur. As a countermeasure, there is a method of increasing the irradiation light amount (increase of the laser power). However, as described above, the beam is focused on one point on the mask 1 surface, so that the energy density is extremely high. The defect which damages the light shielding body on one surface of the mask newly arises. Actually, commercially available inspection devices are actually designed in consideration of these balances. In short, although the light amount is used effectively, there is no difference in the inspection speed from the previous Koehler illumination method due to the problem of the S / N ratio of the image, the problem of damage to the light shielding body on the mask surface, etc. Has become.
[0039]
On the other hand, there has been reported an inspection apparatus that uses a one-dimensional photodiode array sensor to illuminate an area of only the sensor to improve efficiency. This method illuminates only the one-dimensional photodiode array sensor to be used, so that the illumination efficiency is very good. However, with the progress of shorter wavelengths, there is a demand for even more efficient use of light source power in such a method.
[0040]
On the other hand, Patent Document 1 discloses an inspection device using a TDI sensor. However, in this method, a confocal optical system is configured to illuminate a light beam passing through a plurality of slit-shaped pinholes, and thereafter form an image on a TDI sensor. This optical system has a merit that a spot beam is created on the sensor, and the use of a TDI sensor has the advantage of using a small amount of light effectively. However, the loss of light amount inside the illumination system and detection system is large, Not used. In particular, in a device using a short wavelength, the problem that a sufficient image quality cannot be obtained by high-speed inspection has not been solved.
[0041]
The above-described problem of selecting an optical system and a sensor will be described below with reference to FIGS. 10A to 10D for only a typical configuration. Now, as shown in FIG. 10A, the illumination visual field diameter is F (= B × S), the number of pixels of the sensor to be used is B, the value obtained by converting the pixel size of the sensor to visual field is S, the maximum that can be irradiated to the pixel. Assuming that the light energy per unit area is w (a value that causes damage to the mask light-shielding body when power of not less than wt is injected), the sensor accumulation time per pixel is t, and the number of TDI sensor accumulation stages is D (here, B ≧ D)
[0042]
{Circle around (1)} Batch projection method of illumination field of view F (FIG. 10 (a))
Light source power required for illumination (entire illumination field of view) = wπF²/ 4 = wπB²S²/ 4
-B pixel image acquisition time in one-dimensional diode array = t
[0043]
(2) Illuminating only the sensor area with batch illumination
・ Light source power required for illumination (entire illumination field of view) = wBS²
-B pixel image acquisition time in one-dimensional diode array = t
[0044]
(3) Beam scan method (Beam is narrowed down to pixel size. One photodiode is used as a detector.)
・ Light source power required for lighting = wS²
-B pixel image acquisition time with one photodiode = Bt
[0045]
(4) Beam scan method (using one-dimensional diode array) (Fig. 10 (b))
・ Light source power required for lighting = wS²
-B pixel image acquisition time with one-dimensional photodiode array = Bt
[0046]
(5) TDI-compatible beam scan (using a TDI sensor) (FIG. 10C) (for simplicity, the beam is shaped to cover the ideal SD area)
・ Light source power required for lighting = wS²D
・ TDI sensor B pixel image acquisition time = Bt / D
[0047]
(6) Batch projection method in which only the TDI sensor is illuminated (Fig. 10 (d))
・ Light source power required for lighting = wBDS²
・ TDI sensor B pixel image acquisition time = t / D
Becomes
[0048]
On the other hand, it is generally known that the accuracy of estimating the measured amount is generally improved by repeating the measurement. That is, if the average value is obtained by repeating the same measurement many times, it approaches the true value of the measured amount. In short, the measured value (variation of the output signal value Y of the sensor in this case) Sy is measured N times, so that the variation Sy (σ) becomes Sy / √N. When the TDI sensor is used, N = the number of accumulations (D), so that Sy (∧) = Sy / √d. The above is summarized in the following (Table 1).
[0049]
[Table 1]

[0050]
As an evaluation other than the light amount, there is a problem of light amount unevenness due to light interference inside the illumination optical system. In the visual field batch method (1) and (2) and the TDI collective illumination method (6), various devices are required to obtain uniform illumination. Recently, since it has been required to use a laser beam as a light source of an inspection apparatus, uneven light amount due to interference of light inside the illumination optical system has become remarkable. Speckle). Speckle is consequently measured as sensor noise and greatly affects detection sensitivity. The illumination methods (1), (2), and (6) require an exclusive optical system for speckle reduction, which is disadvantageous in terms of cost and light loss.
[0051]
As a method of reducing this speckle, a method of randomly irradiating a beam at the pupil position of the objective lens in a time series, a method using a diffusion plate, a method of transmitting light to a minute portion having a different phase, and the like have been devised. However, there are problems with each of them, and they have not completely eliminated speckles. As described above, speckle becomes a serious problem in the collective illumination such as (1), (2), and (6).
[0052]
From the above results, it can be seen that the beam scanning methods of (3), (4), and (5) as the illumination methods in (Table 1) are effective in light source power and image acquisition time. In particular, it can be seen that the method of scanning the beam using the TDI sensor of (5) is excellent. Thus, the present invention employs a method of scanning a beam using a TDI sensor.
[0053]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0054]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system in a pattern defect inspection device according to a first embodiment of the present invention. The configuration other than the optical system is the same as the configuration shown in FIG.
[0055]
The light emitted from the laser light source 111 is first guided to a fly-eye lens-shaped multi-light source generator 113 through a beam expander 112 in order to obtain an appropriate light source surface. Here, a slit may be provided in a stage preceding the beam expander 112 in order to shape the beam into a rectangular shape. Thereafter, the beam is introduced into a deflection device 114 for performing the deflection.
[0056]
In FIG. 1, an AOD (acousto-optic deflecting element) is used as the deflecting device 114. In order to deflect the beam, a rotating mirror, a scanner, or the like may be used in addition to the AOD. The arrangement position of the deflecting device 114 is a conjugate position of a condenser lens 115 described later. The light beam deflected by the deflecting device 114 passes through the

relay lens groups

116a and 116b, passes through the condenser lens 115, and scans the sample surface 118 to be measured by forming a substantially rectangular slit.
[0057]
In such an optical arrangement, the light beam spread at the pupil position 117 of the condenser lens 115 forms a light beam having an NA at one point on the sample surface 118, and the Koehler illumination optics having the resolution required for optical observation of the pattern. Become a system. The substantially rectangular slit shape on the sample surface 118 has a size that covers at least the accumulation step direction on the TDI sensor.
[0058]
Here, the shape of the laser beam formed on the sample surface 118 may be, in principle, a rectangular shape corresponding to the dimension of the TDI sensor in the signal accumulation step direction and one pixel of the sensor. The shorter side of the rectangular beam is desirably shorter from the viewpoint of light source efficiency, and the minimum is equivalent to one pixel. However, the length may be equivalent to two to three pixels in consideration of the displacement of beam irradiation and the like. .
[0059]
The size of one pixel of the TDI sensor is, for example, 16 μm □, the number of storage stages is, for example, 256, and the size in the storage stage direction in this case is 16 μm × 256 = 4096 μm. Therefore, when the magnification of the detection optical system is, for example, four times, the shape of the laser beam on the sample surface 118 may be a little more than 1 mm in the sample movement direction and a rectangle of about 4 to 12 μm in a direction orthogonal to this.
[0060]
When the focal point of the fly-eye lens-shaped multiple light source generator 113 shown in FIG. 1 is adjusted to the deflection center position of the deflecting device 114, as shown in FIG. The unevenness results in spatial fixation within the deflection area due to deflection. This has the same result as the occurrence of light amount unevenness similar to the collective illumination shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 2C, this can be avoided by deflecting the beam at a position where the deflection center position of the deflection device 114 is slightly defocused. Of course, if the coherence of the laser light source can be reduced and no speckles occur even in Koehler illumination, there is no need to shift the focal point.
[0061]
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the slit light 120, the TDI sensor 121, and the stage layout. The slit light 120 covers the TDI storage stage, and it is better to make the rectangular shape as thin as possible in the direction orthogonal to the TDI storage stage. In order to generate a rectangular light beam, instead of providing a slit in front of the multiple light source generator 113, it can be realized by changing the multiple light source generator 113. In general, the fly-eye lens-shaped multi-light source generator 113 is formed of a plurality of rod-shaped lenses having a square cross section, but can be realized by making the cross-sectional shape of the rod-shaped lens rectangular.
[0062]
The luminous flux of the illumination optical system using such a multiple light source generator 113 is actually an oblong slit as shown in FIG. The longitudinal direction of the elliptical slit is the direction of the accumulation stage of the TDI sensor 121, and the perpendicular direction is the line direction of, for example, 2048 pixels. While the image acquisition of the first stage is completed in a fixed time, the substantially rectangular light beam is scanned in a direction orthogonal to the direction of the accumulation stage (indicated by an arrow in the figure). A scanning method in which only one-directional scanning is performed and a scanning method in which reciprocal scanning is performed can be considered. Thereafter, the acquired data of the first stage is transferred to the line of the second stage. At the same time, when the stage moves synchronously in the direction of the number of stages (the amount of movement depends on the magnification of the detection optical system), the same image of the sample surface measured at the first stage is displayed on the TDI sensor 121 at the second stage. To be observed. Then, the light beam is scanned again within the accumulation time.
[0063]
As described above, in the present embodiment, the movement of the stage and the scanning of the light beam are continuously performed, so that the same image data is accumulated and the image quality can be improved. Since the substantially rectangular slit light beam always scans an area corresponding to the number of storage stages, image data corresponding to the number of storage stages can be obtained. Unlike the conventional scan type using a one-dimensional CCD sensor, the S / N can be greatly improved, and the absolute light amount and the S / N of the signal can be significantly improved as compared with the method disclosed in Patent Document 1. I understand. Since the irradiation energy per unit area of the substantially rectangular light beam can be reduced by the amount corresponding to the accumulation, the problem of damage to the light shielding body on the sample surface caused when the irradiation energy is increased can be eliminated. These are proved by the above (Table 1).
[0064]
In addition, the amount of light required for the laser light source can be reduced as compared with the collective illumination method, and the advantages of the inspection apparatus system design, such as cost, size, and deterioration of optical components, are large.
[0065]
(Modification)
Note that the present invention is not limited to the embodiment described above.
[0066]
In the image acquisition method according to the embodiment, it is necessary to synchronize the scanning of the light beam, the stage movement, and the accumulation time of the TDI sensor. However, the other two (stage movement, the accumulation time of the TDI sensor, ) May be a control method for synchronizing. Further, when the stage accurately reaches the target value (often performed based on the position coordinates of the laser interferometer), it is synchronized with the other two (light beam scanning, sensor accumulation). Is also good. Alternatively, the scanning of the light beam and the speed control of the stage may be performed according to the accumulation time of the TDI sensor. Since each has its merits, an appropriate method may be selected according to the purpose.
[0067]
If the size and scanning width of the slit light beam on the surface to be measured are changed according to the magnification of the detection optical system, the light source power can be used more effectively. For example, when an AOD or vibration type scanner is used for deflection, a change in scanning width can be easily realized by changing the deflection voltage. Changing the size of the light beam can be easily realized by switching the size of the multiple light source generator.
[0068]
In the embodiment, the transmitted light of the sample to be measured is guided to the TDI sensor to inspect the pattern defect. However, the pattern defect inspection may be performed based on the reflected light instead of the transmitted light. Further, it is also possible to perform defect inspection by detecting both transmitted light and reflected light from the sample. Further, the energy beam used for the inspection is not necessarily limited to light, and an X-ray, an electron beam, or the like can be used.
[0069]
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0070]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to reduce the amount of light required for a light source and obtain a good image free from speckles at high speed, as compared with the conventional method. At the same time, since the irradiation energy to the optical lens is reduced, the damage to the lens system can be reduced, and the operation rate of the apparatus is improved. Therefore, in the future when laser-based image observation becomes the mainstream, when this method is used for a defect inspection device that inspects pattern defects, the system can be simplified, and the defect inspection with high reliability and high detection sensitivity can be achieved. Can be performed at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining a pattern defect inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, and particularly shows a configuration of an optical system.
FIG. 2 is a diagram showing an example of uneven light amount due to a difference in an illumination method.
FIG. 3 is a view for explaining one embodiment of the present invention, and is a view showing a relationship between slit light, a TDI sensor, and a stage moving direction.
FIG. 4 is a diagram showing a general configuration of a pattern defect inspection apparatus.
FIG. 5 is a view for explaining an inspection stripe of a photomask.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an optical system configuration of a Koehler illumination system in the pattern defect inspection apparatus.
FIG. 7 is a diagram illustrating a TDI sensor.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a critical illumination optical system configuration in the pattern defect inspection apparatus.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical system of an inspection apparatus using a beam scanning method and a one-dimensional photodiode array sensor.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an illumination visual field and a detection sensor.
[Explanation of symbols]
111 ... Laser light source
112 ... Beam expander
113 ... Multi light source generator
114 ... deflecting device
115… Condenser lens
116 ... Relay lens
117: Pupil position
118 ... Sample surface
120 ... Slit light
121 ... TDI sensor

Claims

A pattern defect inspection method for irradiating an energy beam on the sample to be measured on which the pattern is formed to acquire an image of the pattern, and inspecting the sample for defects based on the image,
As a sensor for acquiring the image, a TDI sensor in which one-dimensional sensors are arranged in multiple stages in a signal accumulation stage direction is used, and the sample is moved in a direction corresponding to the signal accumulation stage direction of the TDI sensor, and the sample is moved. Irradiating an energy beam corresponding to the dimension of the TDI sensor in the signal accumulation step direction on the surface with a length in the sample movement direction, and scanning the energy beam in a direction perpendicular to the sample movement direction. Method.

2. The energy beam according to claim 1, wherein the energy beam is a substantially rectangular energy beam corresponding to a dimension of the TDI sensor in a signal accumulation step direction and one pixel to several pixels of the sensor on the sample surface. Pattern defect inspection method.

2. The pattern defect inspection method according to claim 1, wherein a scanning range of the energy beam in a direction orthogonal to a sample moving direction is a range covering an entire observation area on the sample surface by the TDI sensor.

A pattern defect inspection apparatus that irradiates an energy beam to the measured sample on which the pattern is formed, acquires an image of the pattern, and inspects the sample for defects based on the image,
A stage on which the sample is mounted,
A light source for generating an energy beam for irradiating the sample,
A TDI sensor formed by arranging a one-dimensional sensor in multiple stages in a signal accumulation stage direction and providing the pattern image;
A stage drive system for moving the stage in a direction corresponding to a signal accumulation stage direction of the TDI sensor;
The energy beam is formed on the sample surface in a substantially rectangular shape corresponding to the dimension of the TDI sensor in the signal accumulation stage direction and one pixel or several pixels of the sensor, and the energy beam is orthogonal to the stage movement direction. An illumination optical system that scans in a direction,
A detection optical system that condenses a transmitted energy beam or a reflected energy beam generated by irradiating the sample with the energy beam, or both a transmitted energy beam and a reflected energy beam, and guides the energy beam to the TDI sensor;
A pattern defect inspection apparatus characterized by comprising: