JP2016024042A - Inspection device and autofocusing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改良されたオートフォーカス機構が搭載された検査装置及びオートフォーカス方法に関するものである。 The present invention relates to an inspection apparatus equipped with an improved autofocus mechanism and an autofocus method.
照明光源から出射した照明ビームをフォトマスクに向けて投射し、フォトマスクから出射した反射光や透過光を検出して欠陥検査を行う検査装置が広く実用化されている。この種の検査装置においては、欠陥検出の精度を高める上で、フォトマスクから出射した反射光や透過光を集光する対物レンズの焦点制御が重要である。例えば、対物レンズの焦点が良好に制御されない場合不鮮明な試料像が撮像され、欠陥検出の精度が低下する不具合が発生する。そのため、検査装置にはオートフォーカス装置が搭載され、対物レンズの焦点が高精度に制御されるように構成されている。 An inspection apparatus for projecting an illumination beam emitted from an illumination light source toward a photomask and detecting reflected light or transmitted light emitted from the photomask to perform defect inspection has been widely put into practical use. In this type of inspection apparatus, in order to improve the accuracy of defect detection, it is important to control the focus of an objective lens that collects reflected light and transmitted light emitted from a photomask. For example, when the focus of the objective lens is not well controlled, a blurred sample image is captured, and a defect that the accuracy of defect detection is reduced occurs. Therefore, the inspection apparatus is equipped with an autofocus device so that the focal point of the objective lens is controlled with high accuracy.
フォトマスクの検査装置に用いられるオートフォーカス装置として、欠陥検出用の照明光源とは別にオートフォーカス用の光源を用い、焦点制御用の光源から出射した光ビームをフォトマスクに向けて投射し、フォトマスクからの反射光を受光して焦点検出を行う装置が既知である(例えば、特許文献1参照)。この既知のオートフォーカス装置では、検査用の照明光源と対物レンズとの間の光路中にビームスプリッタが配置され、焦点制御用の光源から出射した焦点検出ビームはビームスプリッタを介して対物レンズの光路中に導入している。そして、対物レンズを介してフォトマスクに向けて投射され、フォトマスク上の検査ビームの照明位置と同一の位置に入射させ、フォトマスクからの反射光を2分割された光検出器により受光し、2分割光検出器からの出力信号を用いて焦点検出が行われている。 As an autofocus device used in a photomask inspection device, an autofocus light source is used in addition to an illumination light source for defect detection, and a light beam emitted from a light source for focus control is projected toward the photomask, and photo An apparatus that receives reflected light from a mask and performs focus detection is known (for example, see Patent Document 1). In this known autofocus device, a beam splitter is disposed in the optical path between the illumination light source for inspection and the objective lens, and the focus detection beam emitted from the light source for focus control passes through the beam splitter to the optical path of the objective lens. Introduced in. And it is projected toward the photomask through the objective lens, is incident on the same position as the illumination position of the inspection beam on the photomask, and the reflected light from the photomask is received by the two-divided photodetector. Focus detection is performed using an output signal from the two-divided photodetector.
検査装置に用いられている別のオートフォーカス方法として、照明光源から出射した照明ビームを対物レンズを介して試料に投射し、試料表面からの反射光をビームスプリッタを介して2分割し、分割された一方の反射光により欠陥検出を行い、他方の反射光により焦点検出を行う方法も既知である(例えば、特許文献2参照)。 As another autofocus method used in the inspection apparatus, the illumination beam emitted from the illumination light source is projected onto the sample via the objective lens, and the reflected light from the sample surface is divided into two via the beam splitter. A method of detecting a defect with one reflected light and performing focus detection with the other reflected light is also known (see, for example, Patent Document 2).
さらに、共焦点顕微鏡のオートフォーカス方法として、照明光源から出射した照明ビームを対物レンズを介して試料に向けて投射し、試料からの反射光をハーフミラーで2分割し、分割された一方の反射光を用いて画像信号を形成し、分割された他方の反射光を用いて焦点検出信号を形成する方法も既知である(例えば、特許文献3参照)。この既知のオートフォーカス方法では、オートフォーカス用に分岐された反射ビームは、さらに別のハーフミラーにより2分割され、前ピン位置及び後ピン位置にそれぞれ配置した2つの光検出器により受光し、2つの光検出器からの出力信号を用いて焦点誤差信号が形成されている。
検査用の照明光源とは別に焦点検出用の光源を用い、焦点検出ビームをビームスプリッタを介して対物レンズの光路に結合するオートフォーカス機構では、オートフォーカス用の種々の光学素子が必要であり、製造コストが高価になる欠点があった。また、ビームスプリッタに起因して非点収差やゴーストが発生し易いため、焦点制御の精度が低下する問題点も指摘されている。 In the autofocus mechanism that uses a focus detection light source separately from the inspection illumination light source and couples the focus detection beam to the optical path of the objective lens via the beam splitter, various optical elements for autofocus are required. There was a drawback that the manufacturing cost was expensive. In addition, since astigmatism and ghost are likely to occur due to the beam splitter, there is a problem that the accuracy of focus control is lowered.
試料から出射した反射光を2分割し、分割された一方の反射光により欠陥検出を行い、他方の反射光を用いて焦点検出を行う方法は、オートフォーカス機構を構成する光学部品を検査光学系の部品と共用できる利点がある。しかしながら、オートフォーカス機構を用いて焦点制御する検査装置においては、焦点検出が行われてからアクチュエータに焦点制御信号が出力されるまでに相当な処理時間が必要である。この場合において、特許文献2及び3に記載されているように、試料で反射した反射光を2分割して欠陥検出と焦点検出とを行う構成では、試料上において、欠陥検出が行われる部位と焦点検出が行われる部位とが一致せず、正確な焦点制御が行われない事態が生じてしまう。すなわち、焦点検出用の光検出器から出力される出力信号について種々の信号処理が行われた後対物レンズを制御する焦点制御信号が発生するため、信号処理時間中ステージが移動し、実際の焦点検出が行われ部位と焦点制御が行われる部位とが一致せず、焦点誤差が発生する問題があった。特に、試料の表面が傾斜面の場合やフォトマスクのように試料表面にパターン薄膜による段差が存在する場合、焦点制御信号が試料表面の高さ変化に対応できず、焦点制御の精度が低下する問題があった。
The method of dividing the reflected light emitted from the sample into two parts, performing defect detection using one of the divided reflected lights, and performing focus detection using the other reflected light is performed by inspecting an optical component constituting the autofocus mechanism with an inspection optical system. There is an advantage that can be shared with other parts. However, in an inspection apparatus that performs focus control using an autofocus mechanism, considerable processing time is required after focus detection is performed until a focus control signal is output to the actuator. In this case, as described in
本発明の目的は、上述した欠点を解消し、欠陥検出用の検査ビームと焦点検出用の焦点検出ビームとが同一の光軸上にそって進行し、ビームスプリッタが不要なフォーカス制御機構を具える検査装置を実現することにある。
また、本発明の別の目的は、焦点検出位置と焦点制御位置とが高精度に対応した検査装置を実現することにある。
An object of the present invention is to provide a focus control mechanism that eliminates the above-described drawbacks, and that the defect detection inspection beam and the focus detection focus detection beam travel along the same optical axis, and does not require a beam splitter. It is to realize an inspection apparatus.
Another object of the present invention is to realize an inspection apparatus in which the focus detection position and the focus control position correspond to each other with high accuracy.
本発明による検査装置は、ステージ上に配置した試料に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
照明ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した照明ビームから、欠陥検出に用いられる検査ビームと、検査ビームから空間的に分離され、焦点検出に用いられる1本又はそれ以上の焦点検出ビームとを形成するビーム形成手段と、
前記検査ビーム及び焦点検出ビームを試料に向けて投射する対物レンズと、
試料から出射した検査ビームを受光して画像信号を出力する撮像手段と、
試料から出射した焦点検出ビームを受光する焦点検出系と、
前記焦点検出系から出力される出力信号を用いて、試料と対物レンズとの間の相対距離を制御するフォーカス制御信号を出力する信号処理装置とを有し、
前記検査ビームと焦点検出ビームは、試料上において、空間的に離間した異なる部位をそれぞれ照明することを特徴とする。
An inspection apparatus according to the present invention is an inspection apparatus that detects defects existing in a sample placed on a stage,
A light source device for generating an illumination beam;
Beam forming means for forming, from the illumination beam emitted from the light source device, an inspection beam used for defect detection and one or more focus detection beams spatially separated from the inspection beam and used for focus detection;
An objective lens for projecting the inspection beam and the focus detection beam toward the sample;
Imaging means for receiving an inspection beam emitted from the sample and outputting an image signal;
A focus detection system for receiving a focus detection beam emitted from the sample;
A signal processing device that outputs a focus control signal for controlling a relative distance between the sample and the objective lens, using an output signal output from the focus detection system;
The inspection beam and the focus detection beam illuminate different spatially separated portions on the sample, respectively.
本発明では、単一の光源から出射した光ビームから、回折格子や複数の開口を有するスリット手段等のビーム形成手段により、同一の光軸上を互いに空間的に分離した状態で進行する複数の照明ビームを形成し、1本の照明ビームを欠陥検出用の検査ビームとして用い、他方の1本又は複数本の照明ビームを焦点検出用に用いる。検査ビームと焦点検出ビームとは、試料上において、空間的に分離された位置をそれぞれ照明する。試料から出射した検査ビーム及び焦点検出ビームは、同一の光軸上を空間的に離間した状態で進行する。従って、ビームスプリッタ等の格別な分離手段を用いることなく、試料から出射した検査ビームと焦点検出ビームとを個別に検出することが可能になる。この結果、欠陥検出の光学系を構成する素子と焦点検出用の光学系を構成する素子とを共用することができ、製造コストが安価になる利点が達成される。 In the present invention, a plurality of light beams traveling from the light beam emitted from a single light source while being spatially separated from each other on the same optical axis by a beam forming means such as a diffraction grating or a slit means having a plurality of openings. An illumination beam is formed, one illumination beam is used as an inspection beam for defect detection, and the other illumination beam or beams are used for focus detection. The inspection beam and the focus detection beam illuminate a spatially separated position on the sample. The inspection beam and the focus detection beam emitted from the sample travel in a state of being spatially separated on the same optical axis. Therefore, it is possible to individually detect the inspection beam and the focus detection beam emitted from the sample without using any special separating means such as a beam splitter. As a result, the element constituting the defect detection optical system and the element constituting the focus detection optical system can be shared, and the advantage that the manufacturing cost is reduced is achieved.
さらに重要な利点として、検査ビームと焦点検出ビームは試料上において互いに異なる部位を照明することができるので、試料上における焦点検出位置と焦点制御位置とを一致させることが可能になる。すなわち、オートフォーカス装置では、焦点検出用の光検出器から出力される出力信号について種々の信号処理が行われた後対物レンズを制御する焦点制御信号が発生する。従って、信号処理に起因する時間遅れが問題となる。すなわち、焦点検出が行われた後信号処理により相当な時間が経過した後焦点制御信号が出力される。一方、その信号処理時間中試料を支持するステージは移動するため、実際の焦点検出が行われ部位と焦点制御が行われる部位とが一致せず、焦点誤差が発生する問題がある。例えば、試料の表面が傾斜している場合、信号処理に起因する時間遅れにより、焦点制御信号が試料表面の高さ変化に対応せず、不鮮明な画像が撮像され、欠陥検出の精度が低下する問題がある。また、フォトマスクのように試料表面に各種薄膜による段差が存在する場合、焦点検出ビームが薄膜上を照明した際に形成された焦点制御信号を用いてガラス基板の表面を走査する時点の焦点制御信号として用いられる場合があり、同様に、焦点制御信号が試料表面の高さ変化に対応せず、焦点制御の精度が低下する問題があった。一方、検査ビームの照明位置と焦点検出ビームの照明位置とが離間する場合、離間方向とステージの進行方向とを対応させると共に離間量を焦点制御信号を生成するための信号処理時間に対応させれば、焦点検出位置と焦点制御位置とを一致させることができ、信号処理に起因する時間遅れの問題を解決することができる。 Further, as an important advantage, since the inspection beam and the focus detection beam can illuminate different portions on the sample, the focus detection position and the focus control position on the sample can be matched. That is, in the autofocus device, a focus control signal for controlling the objective lens is generated after various signal processing is performed on the output signal output from the focus detection photodetector. Therefore, a time delay caused by signal processing becomes a problem. That is, a focus control signal is output after a considerable time has elapsed due to signal processing after focus detection. On the other hand, since the stage that supports the sample moves during the signal processing time, there is a problem in that the actual focus detection is performed and the region where the focus control is performed does not match, and a focus error occurs. For example, when the sample surface is tilted, the focus control signal does not correspond to the height change of the sample surface due to the time delay caused by the signal processing, and an unclear image is captured, and the accuracy of defect detection decreases. There's a problem. In addition, when there are steps due to various thin films on the sample surface like a photomask, focus control at the time of scanning the surface of the glass substrate using the focus control signal formed when the focus detection beam illuminates the thin film. In some cases, the focus control signal does not correspond to the change in the height of the sample surface, and there is a problem that the accuracy of the focus control is lowered. On the other hand, when the illumination position of the inspection beam and the illumination position of the focus detection beam are separated from each other, the separation direction can be made to correspond to the traveling direction of the stage, and the separation amount can be made to correspond to the signal processing time for generating the focus control signal. For example, the focus detection position and the focus control position can be matched, and the problem of time delay caused by signal processing can be solved.
本発明による検査装置は、ステージ上に配置された試料に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
検査されるべき試料を支持すると共に、第1の方向、第1の方向と反対向きの第2の方向並びに第1及び第2の方向と直交する第3の方向にジッグザッグ状に進行するステージと、
光ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した光ビームから、欠陥検出に用いられる検査ビームと、検査ビームから空間的に分離され、焦点検出に用いられる第1及び第2の焦点検出ビームとを形成するビーム形成手段と、
前記検査ビーム及び焦点検出ビームを、ステージ上に配置した試料に向けて投射する対物レンズと、
試料から出射した検査ビームを受光して画像信号を出力する撮像手段と、
試料から出射した第1及び第2の焦点検出ビームをそれぞれ受光する第1及び第2の焦点検出系と、
試料と対物レンズとの間の相対距離を制御する制御手段と、
前記第1及び第2の焦点検出系から出力される出力信号を用いて、試料と対物レンズとの間の相対距離を制御するフォーカス制御信号を出力する信号処理装置とを有し、
前記第1及び第2の焦点検出ビームは、前記試料上において、検査ビームによる照明エリアをはさんでステージの第1及び第2の進行方向において空間的に離間した部位をそれぞれ照明することを特徴とする。
An inspection apparatus according to the present invention is an inspection apparatus for detecting defects present in a sample arranged on a stage,
A stage that supports the sample to be examined and proceeds in a zigzag manner in a first direction, a second direction opposite to the first direction, and a third direction orthogonal to the first and second directions; ,
A light source device for generating a light beam;
Beam forming means for forming an inspection beam used for defect detection from the light beam emitted from the light source device, and first and second focus detection beams spatially separated from the inspection beam and used for focus detection;
An objective lens that projects the inspection beam and the focus detection beam toward a sample disposed on a stage;
Imaging means for receiving an inspection beam emitted from the sample and outputting an image signal;
First and second focus detection systems that respectively receive the first and second focus detection beams emitted from the sample;
Control means for controlling the relative distance between the sample and the objective lens;
A signal processing device that outputs a focus control signal for controlling a relative distance between the sample and the objective lens by using output signals output from the first and second focus detection systems;
The first and second focus detection beams illuminate portions on the sample that are spatially separated in the first and second traveling directions of the stage across the illumination area of the inspection beam. And
本発明では、照明光源から出射した光ビームから、欠陥検出に用いられる検査ビームと焦点検出に用いられる焦点検出ビームとを互いに空間的に分離するように形成し、試料上において互いに空間的に離間した部位を照明しているので、大部分のオートフォーカス用の光学素子は欠陥検出用の光学系を構成する光学素子と共用することができる。
さらに、試料上において、焦点検出ビームは検査ビームから空間的に離間した部位を照明するので、試料において、焦点検出が行われた位置と欠陥検出が行われる位置とを高精度に対応させることが可能になり、試料表面の高さ変化による影響を受けず、一層高精度な焦点制御を行うことが可能になる。すなわち、焦点検出から焦点制御信号が出力されるまでの時間遅れに起因する問題が解消されたオートフォーカス機構が実現される。
In the present invention, the inspection beam used for defect detection and the focus detection beam used for focus detection are formed so as to be spatially separated from each other from the light beam emitted from the illumination light source, and spatially separated from each other on the sample. Since most of the optical elements for auto-focusing can be shared with the optical elements constituting the defect detection optical system.
Further, since the focus detection beam illuminates a part spatially separated from the inspection beam on the sample, the position where the focus detection is performed and the position where the defect detection is performed on the sample can be associated with high accuracy. It becomes possible, and it becomes possible not to be influenced by the height change of the sample surface, and to perform the focus control with higher accuracy. That is, an autofocus mechanism in which the problem caused by the time delay from the focus detection until the focus control signal is output is solved.
図1は本発明による検査装置の一例を示す線図である。本発明は、欠陥検査すべき試料として、フォトマスクや各種半導体基板を用いることができる。半導体基板としてシリコン基板、炭化珪素基板、エピタキシャル層が形成されている炭化珪素基板等の各種基板を用いることができる。また、照明光源として、ランプ光源及び可視域又は紫外域の照明光を発生するレーザ光源を用いることができる。さらに、本発明は、試料表面に斜めに照明光を投射し、試料から出射した反射光又は散乱光を対物レンズにより集光する検査装置における焦点制御機構にも適用することも可能である。さらに、本発明は、検査装置としてだけでなく、試料像を撮像する顕微鏡にも適用することができる。 FIG. 1 is a diagram showing an example of an inspection apparatus according to the present invention. In the present invention, a photomask or various semiconductor substrates can be used as a sample to be inspected for defects. Various substrates such as a silicon substrate, a silicon carbide substrate, and a silicon carbide substrate on which an epitaxial layer is formed can be used as the semiconductor substrate. As the illumination light source, a lamp light source and a laser light source that generates illumination light in the visible region or ultraviolet region can be used. Furthermore, the present invention can also be applied to a focus control mechanism in an inspection apparatus that projects illumination light obliquely on the sample surface and collects reflected light or scattered light emitted from the sample by an objective lens. Furthermore, the present invention can be applied not only as an inspection apparatus but also to a microscope that captures a sample image.
本例では、検査すべき試料として半導体基板を用い、照明光源としてレーザ光源を用い、レーザ光源から出射したレーザビームから欠陥検査用の検査ビーム及び焦点制御用の焦点検出ビームを生成し、オートフォーカス機構を動作させながら欠陥検査を行う。照明光源1として、レーザダイォードを用いる。レーザダイォードから出射したレーザビームはコリメータレンズ2を介して音響光学素子3に入射する。音響光学素子3は、入射したレーザビームを第1の方向(紙面と直交するX方向)に周期的に高速偏向する。偏向周波数は、例えば60kHzとすることができる。音響光学素子3から出射した光ビームは、リレーレンズ4、全反射ミラー5、リレーレンズ6及び全反射ミラー7を経て回折格子8に入射する。リレーレンズ4及び6は、回折格子8に入射する照明ビームのビーム径を拡大するリレー光学系として機能する。従って、回折格子8には、ビーム径が拡大され、第1の方向に周期的に高速振動する光ビームが入射する。
In this example, a semiconductor substrate is used as a sample to be inspected, a laser light source is used as an illumination light source, an inspection beam for defect inspection and a focus detection beam for focus control are generated from a laser beam emitted from the laser light source, and autofocusing is performed. Defect inspection is performed while operating the mechanism. A laser diode is used as the
回折格子8は、その格子線が音響光学素子から出射する光ビームの偏向面(振動面)と平行となるように設定され、音響光学素子から出射する光ビームの偏向面と直交する方向に回折作用を発揮する。従って、回折格子8から、0次回折光、及び入射する照明ビームの偏向面をはさんで両側にそれぞれ高次回折光が発生する。これら0次光及び高次回折光は、互いに空間的に分離された状態で同一の光軸上を伝搬する。また、回折格子には、周期的に高速偏向する照明ビームが入射するので、回折格子から周期的に高速偏向した0次光及び高次回折光が出射する。尚、0次光、及び高次回折光の相互離間距離及びビーム強度は、回折格子の格子ピッチを適切に設計することにより、所望の回折光を出射させることができる。 The diffraction grating 8 is set so that the grating line is parallel to the deflection surface (vibration surface) of the light beam emitted from the acoustooptic device, and is diffracted in a direction perpendicular to the deflection surface of the light beam emitted from the acoustooptic device. Demonstrate the effect. Accordingly, the 0th-order diffracted light and the higher-order diffracted light are generated on both sides of the deflecting surface of the incident illumination beam from the diffraction grating 8. These 0th order light and higher order diffracted light propagate on the same optical axis in a state of being spatially separated from each other. In addition, since an illumination beam periodically deflected at high speed is incident on the diffraction grating, zero-order light and high-order diffracted light periodically deflected at high speed are emitted from the diffraction grating. In addition, as for the mutual separation distance and beam intensity of the 0th-order light and the higher-order diffracted light, desired diffracted light can be emitted by appropriately designing the grating pitch of the diffraction grating.
回折格子8は、入射した光ビームから複数の照明ビームを形成するビーム形成素子ないしビーム分割素子として機能し、入射した光ビームから、検査ビーム及び2本の焦点検出ビームを発生する。検査ビームは試料に存在する欠陥を検出するために用い、2本の焦点検出ビームはオートフォーカス用の焦点検出に用いられる。検査ビーム及び2本の焦点検出ビームは、第1の方向と直交する方向(紙面と平行なY方向)において空間的に離間し、中央に検査ビームが位置し、その両側に焦点検出ビームがそれぞれ位置する。すなわち、本例では、0次光を検査ビームとして利用し、+側及び−側の高次回折光を焦点検出ビームとして利用する。従って、回折格子8から、音響光学素子の偏向方向と直交する方向に空間的に互いに分離され、音響光学素子の偏向方向にそって周期的に高速振動する3本のビームが出射する。本例では、0次光及び+側及び−側にそれぞれ1本の高次回折光を発生させたが、勿論、0次光と共に複数本の高次回折光を発生させ、複数の高次回折光を焦点検出ビームとして利用することも可能である。 The diffraction grating 8 functions as a beam forming element or beam splitting element that forms a plurality of illumination beams from the incident light beam, and generates an inspection beam and two focus detection beams from the incident light beam. The inspection beam is used for detecting a defect present in the sample, and the two focus detection beams are used for focus detection for autofocus. The inspection beam and the two focus detection beams are spatially separated in a direction orthogonal to the first direction (Y direction parallel to the paper surface), the inspection beam is located in the center, and the focus detection beams are respectively located on both sides thereof. To position. That is, in this example, the 0th order light is used as the inspection beam, and the + side and − side high order diffracted light is used as the focus detection beam. Accordingly, the diffraction grating 8 emits three beams that are spatially separated from each other in the direction orthogonal to the deflection direction of the acoustooptic element and periodically vibrate along the deflection direction of the acoustooptic element. In this example, the 0th order light and one higher order diffracted light are generated on the + side and the − side, respectively. Of course, a plurality of higher order diffracted lights are generated together with the 0th order light, and a plurality of higher order diffracted lights are focused It can also be used as a detection beam.
高速振動する検査ビーム及び2本の焦点検出ビームは、同一の光軸上を互いに空間的に離間した状態で進行する。これら3本のビームは、偏光ビームスプリッタ10で反射し、レンズ11を経て全反射ミラー12に入射する。これら3本のビームは、全反射ミラー12で反射し、第1及び第2のリレーレンズ13及び14並びに1/4波長板15を経て対物レンズ16に入射する。
The inspection beam and the two focus detection beams that vibrate at high speed travel in a state of being spatially separated from each other on the same optical axis. These three beams are reflected by the
検査ビーム及び2本の焦点検出ビームは、対物レンズ16により集束されて半導体基板17に入射する。対物レンズ16にはアクチュエータ18を連結する。アクチュエータ18は信号処理装置から出力されるフォーカス制御信号から生成した駆動信号により駆動され、検出された焦点誤差に応じて対物レンズ16をその光軸方向に沿って移動させる。対物レンズの光軸方向の相対移動により試料と対物レンズとの間の相対距離が制御され、焦点制御が行われる。尚、フォトマスクを支持するステージを対物レンズの光軸方向に移動させることにより焦点制御を行うことも可能である。
The inspection beam and the two focus detection beams are focused by the
半導体基板17は、ステージ19上に配置する。ステージ19は、XYステージにより構成され、信号処理装置から供給される駆動信号によりジッグザッグ状に進行する。図2はステージの進行状態を線図的に示す。ステージ19は走査線に沿ってジッグザッグ状に進行し、検査ビームにより半導体基板17の全面が走査される。図2において、ステージの走査線を1点鎖線で示す。ステージは、検査の開始後、1番目の走査線にそって第1の走査方向に進行し、続いて、第1の方向と直交する第3の走査方向に検査ビームのビーム幅に対応する距離だけ移動する。続いて、第2の走査線に沿って第1の走査方向と反対向きの第2の走査方向に進行する。続いて、第3の方向に検査ビームのビーム幅に相当する距離だけ移動し、続いて第3の走査線に沿って第1の走査方向に進行する。このようにして、半導体基板17の全面が検査ビームにより走査される。尚、ステージ19には、位置センサ20を接続し、ステージの第1及び第2の方向の位置を検出し、位置情報として信号処理装置に出力する。尚、第3の方向の位置を示す走査線情報は、信号処理装置において生成される。従って、信号処理装置は、位置センサ20から出力される位置情報と走査線情報を用いて検出された欠陥のアドレスを特定することができる。
The
図3は検査ビーム及び焦点検出ビームにより半導体基板17上に形成される照明エリアを線図的に示す。図3において、対物レンズの視野を符号21で示す。半導体基板上には、検査ビームにより第1の照明エリア22が形成され、第1の照明エリア17のステージの進行方向にそって相前後して第1及び第2の焦点検出ビームによる第2及び第3の照明エリア23a及び23bが形成される。検査ビーム及び2本焦点検出ビームは、第1の方向に周期的に高速偏向するから、これら3本のビームによりほぼライン状の照明エリアが形成される。本発明では、試料上において、検査ビームの照明位置と焦点検出ビームの照明位置とは空間的に離間する。すなわち、焦点検出ビームは、検査ビームの照明位置とは異なる位置を照明する。検査ビームにより形成されるライン状の第1の照明エリアの延在方向は、ステージの第1及び第2の走査方向と直交するように設定する。また、第1の照明エリア22と第2及び第3の照明エリア23a及び23bとの間の離間距離は、焦点検出ビームが検出されてからフォーカス制御信号が形成されるまでの信号処理中にステージが移動する距離に対応させる。
FIG. 3 diagrammatically shows the illumination area formed on the
前述したように、焦点検出ビームが受光素子により受光され、信号処理されてフォーカス制御信号が形成されるまでに相当な処理時間が必要である。よって、検査ビームと焦点検出ビームとが試料上の同一の部位を照明した場合、フォーカス制御信号を形成するための処理時間に対応する距離だけステージが移動するため、焦点制御が遅延する不具合が発生する。すなわち、実際に焦点検出が行われた位置と検査ビームが照明する位置との間に相当なずれが生じてしまう。このような不具合を解消するため、本発明では、検査ビームによる照明位置と焦点検出ビームの照明位置とを、信号処理中にステージが移動する距離だけ離間させる。このように、検査ビームの照明位置と焦点検出ビームの照明位置とを離間させることにより、試料上における焦点検出された位置(焦点検出位置)と検査ビームの照明位置(検査位置)とを一致させることが可能になる。 As described above, a considerable processing time is required until the focus detection beam is received by the light receiving element and is subjected to signal processing to form a focus control signal. Therefore, when the inspection beam and the focus detection beam illuminate the same part on the sample, the stage moves by a distance corresponding to the processing time for forming the focus control signal, causing a problem that the focus control is delayed. To do. That is, a considerable shift occurs between the position where the focus detection is actually performed and the position where the inspection beam is illuminated. In order to solve such a problem, in the present invention, the illumination position of the inspection beam and the illumination position of the focus detection beam are separated by a distance that the stage moves during signal processing. Thus, by separating the illumination position of the inspection beam and the illumination position of the focus detection beam, the position where the focus is detected on the sample (focus detection position) and the illumination position of the inspection beam (inspection position) are matched. It becomes possible.
さらに、本例では、ステージが第1の走査方向及び反対向きの第2の走査方向にジッグザッグ状に進行することを鑑み、検査ビームをはさんでステージの移動方向に相前後して第2及び第3の照明エリア23a及び23bを形成する。すなわち、図3を参照するに、ステージが第1の走査方向に移動する場合、試料は、第1の焦点検出ビームにより走査された後、所定の時間経過後に検査ビームにより走査される。従って、第1の焦点検出ビームに基づいて形成したフォーカス制御信号を用いて焦点制御することにより、焦点検出位置と検査ビームの照明位置とを一致させることができる。また、ステージが第1の走査方向と反対向きの第2の走査方向に移動する場合、第2の焦点検出ビームから形成したフォーカス制御信号を用いて焦点制御を行うことができる。このように、検査ビームをはさんでステージの移動方向にそって相前後するように2つの焦点検出ビームにより走査することにより、ジッグザッグ状に進行するステージ走査に対応した焦点制御が可能になる。この場合、ステージ進行の走査ストライプの番号を利用して焦点検出信号を選択することができ、例えば、奇数番目の走査ストライプを走査する場合、第1の焦点検出ビームにより検出された焦点検出信号を用いてフォーカス制御信号を発生させ、偶数番目の走査ストライプ(走査線)上を走査する場合第2の焦点検出ビームにより検出された焦点検出信号を用いてフォーカス制御信号を発生させることができる。
Furthermore, in this example, in view of the stage moving in a zigzag manner in the first scanning direction and the second scanning direction opposite to the first scanning direction, the second and
図1を参照するに、フォトマスクに入射した検査ビーム及び2本の焦点検出ビームは、フォトマスクの表面で反射し、対物レンズ16により集光される。これら3本の反射ビームは、同一の光路上を空間的に分離された状態で伝搬する。対物レンズから出射した3本の反射ビームは、光路を反対方向に伝搬し、1/4波長板15、第2及び第1のリレーレンズ14及び13を経て全反射ミラー12に入射する。さらに、全反射ミラー12で反射し、結像レンズとして作用するレンズ11を介して偏光ビームスプリッタ10に入射する。検査ビーム及び焦点検出ビームは1/4波長板15を2回通過しているため、偏光ビームスプリッタ10を透過する。
Referring to FIG. 1, the inspection beam and the two focus detection beams incident on the photomask are reflected by the surface of the photomask and collected by the
偏光ビームスプリッタ10から出射した検査ビームは、撮像素子24上に結像される。撮像素子として、ラインセンサ又はTDIセンサを用いることができ、本例では、ラインセンサを用いる。ラインセンサは、ステージの移動速度に対応した読み出し速度で電荷を読み出し、画像信号として信号処理装置25に出力する。偏光ビームスプリッタから出射した第1及び第2の焦点検出ビームは、全反射ミラー26及び27でそれぞれ反射し、第1及び第2の焦点検出系28及び29にそれぞれ入射する。本発明では、検査ビームと2本の焦点検出ビームは互いに空間的に分離されているため、試料から出射した検査ビームと焦点検出ビームとを分離する光学手段が不要となる利点が達成される。従って、光路中に全反射ミラーを配置するだけで、 試料から出射した検査ビームと焦点検出ビームとを個別に光検出器に入射させることができる。
The inspection beam emitted from the
第1及び第2の焦点検出系28及び29は、同一構造の焦点検出系とし、前ピン状態及び後ピン状態の焦点検出ビームを受光するようにそれぞれ配置した2つの光検出器の出力信号の差分を形成することにより焦点誤差信号を形成する。第1の焦点検出系28に入射した焦点検出ビームは、ビームスプリッタ30により2分割される。分割された一方のビームはスリットを介して第1の光検出器31に入射し、他方のビームはスリットを介して第2の光検出器32に入射する。第1の光検出器は焦点検出ビームの集束点の後側に配置され、第2の光検出器は集束点の前側に配置する。これら第1及び第2の光検出器は、例えばフォトマルチプライヤで構成することができる。第1及び第2の光検出器から出力される輝度信号は、増幅器を介して信号処理装置25に出力する。
The first and second
第2の焦点検出系29に入射した第2の焦点検出ビームは、ビームスプリッタ33に入射し、2分割される。分割された一方のビームはスリットを介して集束点の後側に配置した第3の光検出器34に入射、他方のビームはスリットを介して集束点の前側に配置した第4の光検出器35に入射する。これら第3及び第4の光検出器から出力される輝度信号は、増幅器を介して信号処理装置25に出力する。
The second focus detection beam incident on the second
図4は信号処理装置の一例を示す線図である。撮像素子24から出力される画像信号は、A/D変換器40に供給されてデジタル信号に変換され、欠陥検出手段41に供給される。欠陥検出手段41は、例えばダイ対ダイ比較により欠陥を検出する。すなわち、入力した画像信号の輝度値を基準となる輝度値と比較し、欠陥を検出する。例えば、検査される半導体基板上に異物が存在する場合、異物により散乱光が発生し、撮像素子に入力する画像信号の輝度値が基準の輝度値から低下する。従って、入力した画像信号の輝度値を基準値と比較することにより欠陥及び欠陥像を検出することができる。検出された欠陥は欠陥情報形成手段42に供給する。位置センサ20から出力される位置情報は、A/D変換器43を介して欠陥情報形成手段42に供給する。また、走査した走査線の順序番号を示す走査線情報も欠陥情報形成手段に入力する。位置センサから供給される位置情報は、試料上における例えばX方向の位置を示し、走査線情報はX方向と直交するY方向の位置を示す。よって、位置センサから供給される位置情報と走査線情報を用いて欠陥のアドレスが特定される。欠陥情報形成手段42は、検出した欠陥の識別情報とアドレス情報とを対とし、欠陥情報として出力する。出力された欠陥情報は、例えば欠陥メモリに記憶し、種々の処理に供することができ、例えば所望の欠陥の欠陥像をレビューすることができる。また、半導体基板に形成されるチップごとに検出された欠陥の個数を計算することもできる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a signal processing apparatus. An image signal output from the
第1の焦点検出系28を構成する第1及び第2の光検出器31及び32から出力される輝度信号は、A/D変換器44及び45によりデジタル信号に変換され、第1の焦点誤差信号形成手段46に供給する。また、第2の焦点検出系29を構成する第3及び第4の光検出器34及び35から出力される輝度信号は、A/D変換器47及び48によりデジタル信号に変換され、第2の焦点誤差信号形成手段49に供給する。第1及び第2の焦点誤差信号形成手段は、以下の演算処理を行って、試料表面に対する検査ビームの集束点の変位量を示す第1及び第2の焦点誤差信号S1及びS2を形成する。
S1=(P1−P2)/(P1+P2)
S2=(P3−P4)/(P3+P4)
ここで、P1 〜P4は、第1〜第4の光検出器から出力される輝度信号の強度を示す。
The luminance signals output from the first and
S1 = (P1-P2) / (P1 + P2)
S2 = (P3-P4) / (P3 + P4)
Here, P1 to P4 indicate the intensities of the luminance signals output from the first to fourth photodetectors.
求められた焦点誤差信号S1及びS2は選択手段50に供給する。選択手段50には、ステージが走査する走査ストライプ(走査線)の順序番号を示す走査線情報も入力する。選択手段50は、入力した走査ストライプの順序番号が偶数か奇数を判定し、奇数か偶数かに応じて、入力した焦点誤差信号のいずれか一方を選択する。例えば、ステージが奇数番目の走査線にそって走査する場合、第1の焦点誤差検出系28から出力された焦点検出信号を用いて生成した第1の焦点誤差信号S1が選択され、走査ストライプが偶数の場合第2の焦点誤差検出系29から出力された焦点検出信号を用いて生成した第2の焦点誤差信号S2が選択される。選択された焦点誤差信号は、フォーカス制御信号生成手段51に供給する。フォーカス制御信号形成手段は、入力した焦点誤差信号からアクチュエータを制御するフォーカス制御信号を生成し、アクチュエータ18に供給する。アクチュエータには、焦点誤差に対応した駆動信号が供給されるので、オートフォーカス機構が構成され、検査ビームの集束点は試料表面上に常時位置させることが可能になる。
The obtained focus error signals S1 and S2 are supplied to the selection means 50. Scan line information indicating the sequence number of the scan stripe (scan line) scanned by the stage is also input to the selection means 50. The selection means 50 determines whether the sequence number of the input scanning stripe is even or odd, and selects one of the input focus error signals according to whether it is odd or even. For example, when the stage scans along an odd-numbered scanning line, the first focus error signal S1 generated using the focus detection signal output from the first focus
尚、選択手段50は、4個の光検出器と焦点誤差信号形成手段との間に配置することも可能である。この場合、選択手段の後段に単一の焦点誤差信号形成手段を設け、ステージの走査ストライプの順序番号に応じて第1の焦点検出系又は第2の焦点検出系から出力されるいずれか一方の出力信号を焦点誤差信号形成手段に供給する。さらに、選択手段50は、フォーカス制御信号形成手段51の後段に設けることも可能である。この場合、2系列のフォーカス制御信号形成手段を設け、選択手段はいずれか一方のフォーカス制御信号を選択してアクチュエータ18に供給する。
Note that the selection means 50 can be arranged between the four photodetectors and the focus error signal forming means. In this case, a single focus error signal forming unit is provided after the selection unit, and one of the signals output from the first focus detection system or the second focus detection system according to the sequence number of the scanning stripe of the stage. The output signal is supplied to the focus error signal forming means. Further, the selection means 50 can be provided at the subsequent stage of the focus control
図5は本発明による検査装置の変形例を示す。本例では、照明光源としてランプ光源を用い、撮像素子としてTDIセンサを用いてフォトマスクに存在する欠陥を検出する。尚、図1で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。 FIG. 5 shows a modification of the inspection apparatus according to the present invention. In this example, a lamp light source is used as an illumination light source, and a defect present in the photomask is detected using a TDI sensor as an image sensor. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the component used in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
照明光源として、水銀キセノンランプを用い、水銀キセノンランプから出射した照明光をフィルタ(図示せず)を介して波長が313nmの照明ビームを出射させる。水銀キセノンランプ60から出射した照明ビームは、光ファイバ61を伝搬し、断面がほぼ円形の発散性ビームとして出射する。光ファイバ61から出射した照明ビームは、集束性レンズ9を経て、複数ビームを形成するビーム形成手段に入射する。本例では、ビーム形成手段として、結像位置に配置した視野絞り(スリット手段)62を用いる。視野絞り62は、3個のスリット状の開口部62a〜62cを有する。中央に位置するスリット状の第1の開口62aは、第1の方向(紙面と直交する方向)に延在し、欠陥検査に用いられる検査ビームを形成する開口であり、比較的広い開口幅を有する。両側に位置するスリット状の第2及び第3の開口62b及び62cは第1の方向に対して斜めの角度をなし、オートフォーカス用の焦点検出ビームを形成する開口である。従って、中央の第1の開口62aから出射するライン状のビームは欠陥検査用の検査ビームを構成し、第2及び第3の開口62b及び62cからそれぞれ出射する2本のライン状のビームは第1及び第2の焦点検出ビームを形成する。これらの3本のビームは、同一の光軸上を互いに空間的に分離された状態で進行する。検査ビーム及び2本の焦点検出ビームは、偏光ビームスプリッタ10で反射し、レンズ11を経て全反射ミラー12に入射する。これら3本のビームは、全反射ミラー12で反射し、第1及び第2のリレーレンズ13及び14並びに1/4波長板15を経て対物レンズ16に入射する。
A mercury xenon lamp is used as the illumination light source, and illumination light having a wavelength of 313 nm is emitted from the illumination light emitted from the mercury xenon lamp through a filter (not shown). The illumination beam emitted from the
検査ビーム及び2本の焦点検出ビームは、対物レンズ16により集束されてフォトマスク63に入射し、フォトマスク上の空間的に離間した部位をそれぞれ照明する。図6は、検査ビーム及び2本の焦点検出ビームによりフォトマスク上に形成される照明エリアを示す。図6において、符号21は対物レンズの視野を示す。対物レンズの視野中央には、検査ビームによる第1のライン状の照明エリア64が形成され、ステージの進行方向と直交する方向に焦点検出ビームにより第2及び第3の照明エリア65a及び65bが形成される。
The inspection beam and the two focus detection beams are focused by the
本例では、検査ビームにより形成される第1の照明エリア64に対して、焦点検出ビームにより形成される第2及び第3の照明エリア65a及び65bは、斜めに、すなわち平行以外の角度をなすように延在させる。例えば、フォトマスクを検査する場合、フォトマスク上にはエッジがX及びY方向に延在する多数の矩形のパターンが形成されている。この場合、パターンのエッジ部の延在方向と焦点検出ビームの延在方向とが一致した場合、マスクパターンのエッジ部における回折作用により回折光ないし散乱光が発生し、焦点検出信号が変動し、正確な焦点制御が行われない不具合が発生する。これに対して、本発明のように、検査ビームに対して平行ではなく、斜めになるように設定すれば、焦点検出ビームがマスクパターンのエッジ上を走査する場合、ライン状の焦点検出ビームの一部分だけがエッジ部上に位置し、他のビーム部分はエッジから外れた位置を走査するため、パターンエッジを走査する際に発生する回折作用に起因する不具合が解消される。
In this example, with respect to the
図7は、焦点検出ビームを検査ビームに対して斜めに設定した場合の効果を説明する図である。図7(A)は、焦点検出ビームにより形成される第2及び第3の照明エリアが検査ビームにより形成される第1の照明エリアに対して平行に設定した状態を示し、図7(B)は第2及び第3の照明エリアが第1の照明エリアに対して斜め(交差角は約10°)に設定した状態を示す。符号21は対物レンズの視野を示し、フォトマスクに形成されたパターンを破線で示す。フォトマスクには、パターンエッジがX及びY方向に延在する矩形のパターンが多数形成されている。一方、フォトマスクの欠陥検査において、一般的には、検査ビームの延在方向はパターンのエッジ方向と平行に設定して欠陥検査が行われる。すなわち、パターンのエッジの延在方向がステージの進行方向と直交するように設定して検査が行われる。この場合、パターンのエッジ部の延在方向と焦点検出ビームの延在方向とが一致した場合、マスクパターンのエッジ部における回折作用により回折光ないし散乱光が発生し、焦点検出信号が変動し、正確な焦点制御が行われない不具合が発生する。このような状況下において、図7(A)に示すように、焦点検出ビームを検査ビームに平行に設定した場合、焦点検出ビームのほぼ全体が同時にパターンエッジを走査し、誤った焦点誤差信号が形成される危険性がある。これに対して、図7(B)に示すように、焦点検出ビームを検査ビームに対して斜めに設定すれば、焦点検出ビームの一部がパターンエッジを走査しても、他の大部分はパターンエッジ以外の部位を走査するため、パターンエッジに起因する不具合の発生が防止される。尚、検査ビームに対する焦点検出ビームのなす角度は、5〜30°の範囲が好適であり、例えば10°に設定することができる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the effect when the focus detection beam is set obliquely with respect to the inspection beam. FIG. 7A shows a state in which the second and third illumination areas formed by the focus detection beam are set parallel to the first illumination area formed by the inspection beam, and FIG. Indicates a state in which the second and third illumination areas are set obliquely to the first illumination area (the crossing angle is approximately 10 °).
フォトマスクから出射した検査ビーム及び焦点検出ビームは、対物レンズにより集光され、同一の光軸上を互いに空間的に離間して進行する。そして、検査ビームはTDIセンサ66に入射し、その出力信号に基づいて欠陥検査が行われる。また、2本の焦点検出ビームは第1及び第2の焦点検出系28及び29にそれぞれ入射し、その出力信号を用いて焦点制御が行われる。
The inspection beam and the focus detection beam emitted from the photomask are collected by the objective lens and travel on the same optical axis while being spatially separated from each other. Then, the inspection beam enters the
次に、半導体ウエハの端縁を検査する検査装置について説明する。半導体デバイスの製造工程においては、ウエハに各種材料層が堆積され、エッチング処理や不純物注入処理及び洗浄処理が行われる。一方、洗浄処理が不十分な場合、残存する異物によるコンタミネーションの問題が発生するため、洗浄処理後にウエハの端縁について検査を行う必要がある。図8は、ウエハ端縁の検査システムを線図的に示す。図8(A)は線図的側面図、図8(B)は線図的平面図、及び図8(C)はウエハ上に形成された照明エリアを示す。図8(A)を参照するに、モータ70に真空保持手段71が連結され、検査すべきウエハ72は保持手段71により保持する。モータの回転によりウエハ72は回転し、回転するウエハの端縁72aに向けて、検査装置の対物レンズ73から検査ビーム及び焦点検出ビームを投射する。図8(B)において、検査ビームを実線で示し、焦点検出ビームを破線で示す。ウエハの回転方向に見て、ウエハの端縁は、焦点検出ビームL1により走査され、所定の時間が経過した後検査ビームL2により走査される。すなわち、図8(C)に示すように、ウエハの端縁には、回転方向にそって焦点検出ビームの照明エリアS1 が形成され、所定の間隔を以て検査ビームによる照明エリアS2が形成される。半導体ウエハの端縁の検査においては、芯振れ等により検査装置の対物レンズと端縁の表面との間の距離が変動する可能性が高いものである。よって、本発明の検査装置を用いれば、良好な焦点状態を維持しながら、端縁検査を行うことができる。尚、ウエハの検査においては、ウエハは一方向に回転するので、焦点検出ビームを1本設けるだけで焦点制御を行うことができる。
Next, an inspection apparatus for inspecting the edge of the semiconductor wafer will be described. In a semiconductor device manufacturing process, various material layers are deposited on a wafer, and an etching process, an impurity implantation process, and a cleaning process are performed. On the other hand, if the cleaning process is insufficient, there is a problem of contamination due to the remaining foreign matter. Therefore, it is necessary to inspect the edge of the wafer after the cleaning process. FIG. 8 diagrammatically shows a wafer edge inspection system. 8A is a schematic side view, FIG. 8B is a schematic plan view, and FIG. 8C shows an illumination area formed on the wafer. Referring to FIG. 8A, the vacuum holding means 71 is connected to the
本発明は上述した実施例に限定されず、種々の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では、試料に存在する欠陥を検出する検査装置として説明したが、勿論本発明は試料の画像を撮像する顕微鏡として利用することも可能である。この場合、検査ビームを試料像を撮像する撮像ビームとして用い、残りの照明ビームを焦点検出ビームとして用いる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications are possible. For example, in the above-described embodiments, the inspection apparatus that detects a defect present in the sample has been described. However, the present invention can also be used as a microscope that captures an image of the sample. In this case, the inspection beam is used as an imaging beam for imaging a sample image, and the remaining illumination beam is used as a focus detection beam.
さらに、上述した実施例では、顕微鏡の両側にそれぞれ1本の焦点検出ビームを設ける構成としたが、検査ビームをはさんで両側にそれぞれ複数本の焦点検出ビームを形成し、複数本の焦点検出ビームを用いて焦点検出信号を形成することも可能である。この場合、複数の焦点検出信号の平均値を算出して焦点誤差信号を生成することができる。 Further, in the above-described embodiment, a single focus detection beam is provided on each side of the microscope. However, a plurality of focus detection beams are formed on both sides of the inspection beam, and a plurality of focus detection beams are formed. It is also possible to form a focus detection signal using a beam. In this case, an average value of a plurality of focus detection signals can be calculated to generate a focus error signal.
さらに、照明光源としてレーザ光源を用い、レーザ光源から出射したレーザビームについてレンズアレイを有する拡散手段及びロッド状のホモジナイザを通過させ、スペックルパターンが除去されたレーザビームを照明ビームとして利用することも可能である。この場合、スペックルパターンの無い断面積の大きなレーザビームが得られるので、スリット手段を用いて検査ビーム及び焦点検出ビームを発生させることができる。 Further, a laser light source may be used as the illumination light source, and the laser beam emitted from the laser light source may be passed through a diffusion means having a lens array and a rod-shaped homogenizer, and the laser beam from which the speckle pattern has been removed may be used as the illumination beam. Is possible. In this case, a laser beam having a large cross-sectional area without a speckle pattern can be obtained, so that the inspection beam and the focus detection beam can be generated using the slit means.
1 照明光源
2 コリメータレンズ
3 音響光学素子
4,6 リレーレンズ
5,7 全反射ミラー
8 回折格子
9 集束性レンズ
10 偏光ビームスプリッタ
11 レンズ
12 全反射ミラー
13,14 リレーレンズ
15 1/4波長板
16 対物レンズ
17 半導体基板
18 アクチュエータ
19 ステージ
20 位置センサ
24 撮像素子
25 信号処理装置
26,27 全反射ミラー
28 第1の焦点検出系
29 第2の焦点検出系
30,33 ビームスプリッタ
31,32,34,35 光検出器
DESCRIPTION OF
5,7 Total reflection mirror 8 Diffraction grating 9 Converging
DESCRIPTION OF
Claims (15)
光ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した光ビームから、欠陥検出に用いられる検査ビームと、検査ビームから空間的に分離され、焦点検出に用いられる1本又はそれ以上の焦点検出ビームとを形成するビーム形成手段と、
前記検査ビーム及び焦点検出ビームを試料に向けて投射する対物レンズと、
試料から出射した検査ビームを受光して画像信号を出力する撮像手段と、
試料から出射した焦点検出ビームを受光する焦点検出系と、
前記焦点検出系から出力される出力信号を用いて、試料と対物レンズとの間の相対距離を制御するフォーカス制御信号を出力する信号処理装置とを有し、
前記検査ビームと焦点検出ビームは、試料上において、空間的に離間した異なる部位をそれぞれ照明することを特徴とする検査装置。 An inspection apparatus for detecting defects present in a sample placed on a stage,
A light source device for generating a light beam;
A beam forming means for forming, from a light beam emitted from the light source device, an inspection beam used for defect detection and one or more focus detection beams spatially separated from the inspection beam and used for focus detection;
An objective lens for projecting the inspection beam and the focus detection beam toward the sample;
Imaging means for receiving an inspection beam emitted from the sample and outputting an image signal;
A focus detection system for receiving a focus detection beam emitted from the sample;
A signal processing device that outputs a focus control signal for controlling a relative distance between the sample and the objective lens, using an output signal output from the focus detection system;
The inspection beam and the focus detection beam illuminate different spatially separated portions on the sample, respectively.
前記試料は、焦点検出ビームにより走査された後所定の時間経過後に検査ビームにより走査されることを特徴とする検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1, wherein the inspection beam and the focus detection beam illuminate portions separated from each other in the scanning direction of the stage on the sample,
2. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the sample is scanned with the inspection beam after a predetermined time has elapsed after being scanned with the focus detection beam.
前記ビーム形成手段は、光源装置から出射した光ビームをステージの走査方向と直交する方向に周期的に偏向する音響光学素子と、音響光学素子から出射した光ビームから、検査ビームと、検査ビームから音響光学素子の偏向方向と直交する方向に離間した1本又は複数本の焦点検出ビームとを発生する回折格子とを含むことを特徴とする検査装置。 In the inspection apparatus according to claim 1 or 2, a laser light source is used as the light source device,
The beam forming means includes an acoustooptic element that periodically deflects a light beam emitted from the light source device in a direction orthogonal to the scanning direction of the stage, a light beam emitted from the acoustooptic element, an inspection beam, and an inspection beam. An inspection apparatus comprising: a diffraction grating that generates one or a plurality of focus detection beams spaced apart in a direction orthogonal to the deflection direction of the acoustooptic device.
前記ビーム形成手段は、スリット状の第1の開口と、第1の開口から離間した第2の開口を有するスリット手段を含み、第1の開口からステージの走査方向と直交する方向に延在するライン状の検査ビームが出射し、第2の開口から焦点検出ビームが出射することを特徴とする検査装置。 In the inspection apparatus according to claim 1 or 2, a lamp light source or a laser light source is used as the light source device,
The beam forming means includes a slit means having a slit-shaped first opening and a second opening spaced from the first opening, and extends from the first opening in a direction perpendicular to the scanning direction of the stage. An inspection apparatus in which a line-shaped inspection beam is emitted and a focus detection beam is emitted from the second opening.
前記第1の開口からライン状の検査ビームが出射し、第2及び第3の開口からライン状の走査焦点検出ビームがそれぞれ出射し、
試料上において、前記2本の焦点検出ビームは、検査ビームにより照明される照明エリアをはさんでステージの進行方向に空間的に離間した部位をそれぞれ照明することを特徴とする検査装置。 6. The inspection apparatus according to claim 5, wherein the beam forming means includes a slit-shaped first opening and second and third openings facing each other across the first opening,
A line-shaped inspection beam is emitted from the first opening, and a line-shaped scanning focus detection beam is emitted from the second and third openings, respectively.
An inspection apparatus characterized in that on the sample, the two focus detection beams illuminate portions spatially separated in the advancing direction of the stage across an illumination area illuminated by the inspection beam.
前記ライン状の焦点検出ビームは、試料上において、検査ビームによるライン状の照明エリアに対して斜めの角度をなすライン状の照明エリアを形成することを特徴とする検査装置。 The inspection apparatus according to claim 5 or 6, wherein the second and third openings are formed in a strip shape so that a line-shaped focus detection beam is emitted,
2. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the line-shaped focus detection beam forms a line-shaped illumination area having an oblique angle with respect to the line-shaped illumination area by the inspection beam on the sample.
検査されるべき試料を支持すると共に、第1の方向、第1の方向と反対向きの第2の方向並びに第1及び第2の方向と直交する第3の方向にジッグザッグ状に進行するステージと、
光ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した光ビームから、欠陥検出に用いられる検査ビームと、検査ビームから空間的に分離され、焦点検出に用いられる第1及び第2の焦点検出ビームとを形成するビーム形成手段と、
前記検査ビーム及び焦点検出ビームを、ステージ上に配置した試料に向けて投射する対物レンズと、
試料から出射した検査ビームを受光して画像信号を出力する撮像手段と、
試料から出射した第1及び第2の焦点検出ビームをそれぞれ受光する第1及び第2の焦点検出系と、
試料と対物レンズとの間の相対距離を制御する制御手段と、
前記第1及び第2の焦点検出系から出力される出力信号を用いて、試料と対物レンズとの間の相対距離を制御するフォーカス制御信号を出力する信号処理装置とを有し、
前記第1及び第2の焦点検出ビームは、前記試料上において、検査ビームによる照明エリアをはさんでステージの第1及び第2の進行方向において空間的に離間した部位をそれぞれ照明することを特徴とする検査装置。 An inspection apparatus for detecting defects present in a sample arranged on a stage,
A stage that supports the sample to be examined and proceeds in a zigzag manner in a first direction, a second direction opposite to the first direction, and a third direction orthogonal to the first and second directions; ,
A light source device for generating a light beam;
Beam forming means for forming an inspection beam used for defect detection from the light beam emitted from the light source device, and first and second focus detection beams spatially separated from the inspection beam and used for focus detection;
An objective lens that projects the inspection beam and the focus detection beam toward a sample disposed on a stage;
Imaging means for receiving an inspection beam emitted from the sample and outputting an image signal;
First and second focus detection systems that respectively receive the first and second focus detection beams emitted from the sample;
Control means for controlling the relative distance between the sample and the objective lens;
A signal processing device that outputs a focus control signal for controlling a relative distance between the sample and the objective lens by using output signals output from the first and second focus detection systems;
The first and second focus detection beams illuminate portions on the sample that are spatially separated in the first and second traveling directions of the stage across the illumination area of the inspection beam. Inspection equipment.
前記信号処理装置は、ステージが第1の方向に進行する場合、第1の焦点検出系から出力される出力信号を用いてフォーカス制御信号を形成し、第1の方向と反対向きの第2の方向に進行する場合第2の焦点検出系から出力される出力信号を用いてフォーカス制御信号を形成することを特徴とする欠陥検査装置。 9. The inspection apparatus according to claim 8, wherein when the stage advances in the first direction, the sample is scanned with the inspection beam after a predetermined time has elapsed after being scanned with the first focus detection beam, and the stage is in the second direction. When traveling in the direction, the sample is scanned by the inspection beam after a predetermined time after being scanned by the second focus detection beam,
When the stage proceeds in the first direction, the signal processing device forms a focus control signal using an output signal output from the first focus detection system, and a second direction opposite to the first direction. A defect inspection apparatus, wherein a focus control signal is formed using an output signal output from the second focus detection system when traveling in a direction.
前記信号処理装置は、ステージが走査する走査線の番号に基づき、第1の焦点検出系から出力された出力信号又は第2の焦点検出系から出力される出力信号のいずれか一方の出力信号を用いてフォーカス制御信号を生成することを特徴とする検査装置。 The inspection apparatus according to claim 9, wherein the stage proceeds in a zigzag manner along a scanning line that is sequentially defined along the third direction,
The signal processing device outputs either an output signal output from the first focus detection system or an output signal output from the second focus detection system based on the number of the scanning line scanned by the stage. An inspection apparatus that generates a focus control signal using the inspection apparatus.
前記ステージの走査線の番号が奇数の場合第1の焦点検出系からの出力信号を用いて生成されたフォーカス制御信号により焦点制御が行われ、ステージの走査線の番号が偶数の場合第2の焦点検出系からの出力信号を用いて生成したフォーカス制御信号により焦点制御が行われることを特徴とする検査装置。 11. The defect inspection apparatus according to claim 10, wherein the signal processing device generates a focus error signal from output signals of the first and second focus detection systems, and a focus control signal from the generated focus error signal. Having means for generating,
When the scanning line number of the stage is an odd number, the focus control is performed by the focus control signal generated using the output signal from the first focus detection system, and when the scanning line number of the stage is an even number, the second is performed. An inspection apparatus in which focus control is performed by a focus control signal generated using an output signal from a focus detection system.
光源から出射した光ビームから、互いに空間的に分離した複数の照明ビームを形成する工程と、
前記複数の照明ビームを試料に向けて投射し、試料上において、空間的に分離された複数の照明エリアを形成する工程と、
前記複数の照明ビームのうち、1本の照明ビームを検査ビームないし撮像ビームとして用い、残りの照明ビームを焦点検出ビームとして用い、
試料から出射した焦点検出ビームを検出して焦点誤差信号を生成し、生成された焦点誤差信号からフォーカス制御信号を生成する工程と、
前記フォーカス制御信号を用いて検査ビームないし撮像ビームの集束点と試料との間の相対距離を制御する焦点制御工程とを含むことを特徴とするオートフォーカス方法。 An autofocus method for controlling a relative distance between a sample placed on a stage and an objective lens,
Forming a plurality of illumination beams spatially separated from the light beam emitted from the light source;
Projecting the plurality of illumination beams toward the sample to form a plurality of spatially separated illumination areas on the sample;
Of the plurality of illumination beams, one illumination beam is used as an inspection beam or an imaging beam, and the remaining illumination beam is used as a focus detection beam.
Detecting a focus detection beam emitted from the sample to generate a focus error signal, and generating a focus control signal from the generated focus error signal;
An autofocus method comprising: a focus control step of controlling a relative distance between a focusing point of an inspection beam or an imaging beam and a sample using the focus control signal.
前記試料は、焦点検出ビームにより走査された後所定の時間経過後に検査ビームにより走査されることを特徴とするオートフォーカス方法。 The autofocus method according to claim 13, wherein the inspection beam and the focus detection beam illuminate portions separated from each other in the scanning direction of the stage on the sample,
An autofocus method, wherein the sample is scanned with an inspection beam after a predetermined time has elapsed after being scanned with a focus detection beam.
前記ビーム形成工程において、検査ビームをはさんで互いに離間する第1及び第2の焦点検出ビームが形成され、
ステージが第1の方向に進行する場合、試料は第1の焦点検出ビームにより走査された後所定の時間経過後に検査ビームにより走査され、ステージが第2の方向に進行する場合、試料は第2の焦点検出ビームにより走査された後所定の時間経過後に検査ビームにより走査されることを特徴とするオートフォーカス方法。
15. The autofocus method according to claim 14, wherein the stage that supports the sample includes a first direction, a second direction opposite to the first direction, and a third direction orthogonal to the first and second directions. Progress in a zigzag shape along the direction of
In the beam forming step, first and second focus detection beams spaced apart from each other with the inspection beam formed are formed,
When the stage travels in the first direction, the sample is scanned by the inspection beam after a predetermined time has elapsed after being scanned by the first focus detection beam, and when the stage travels in the second direction, the sample is second An autofocus method comprising: scanning with an inspection beam after elapse of a predetermined time after scanning with a focus detection beam.
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