JP2639501C - - Google Patents

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JP2639501C
JP2639501C JP2639501C JP 2639501 C JP2639501 C JP 2639501C JP 2639501 C JP2639501 C JP 2639501C
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die
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【発明の詳細な説明】技術分野 本発明はマイクロ回路の製造に用いる検査システム、特に各々多数の冗長回路
パターンを有するダイのアレーを含むタイプのマイクロ回路の製造に用いるリア
ルタイム欠陥検査システムに関するものである。発明の背景 半導体装置及び集積回路の大規模製造に使用されるフォトマスクのパターン欠
陥検査用の2つの極めて類似した検査システムがワトキンスの米国特許第400
0949号及びマッセンの米国特許第3614232号に開示されている。これ
らのシステムは全てのダイの同時検査を通常同一のダイの規則正しいアレーを含 むフォトマスクについて行い、非周期的欠陥、即ちアレーの他のダイ内と同一に
反復されない1つのダイ内の欠陥を検出するものである。 この作業は検査すべきフォトマスクの全てのダイをレーザから発する平行コヒ
ーレント光で同時に照明して複合回折パターンを発生させることにより達成され
る。この複合回折パターンの空間分布は2つの成分から成り、第1成分はダイの
アレーの干渉パターンであり、第2成分はアレーの単一のダイの干渉パターンで
ある。第1及び第2パターンは時々ダイ相互干渉パターン及びダイ内干渉パター
ンと称されている。フォトマスクを透過した光は両凸レンズに入射し、このレン
ズによりこのレンズの背後の1焦点距離に等しい距離に位置する空間フィルタに
分布される。 空間フィルタは検査すべきフォトマスクに対応する既知の無誤り基準フォトマ
スクの二次元フーリエ変換パターンを具える。このフィルタは無誤りフーリエ変
換パターンの空間周波数成分に対応する部分が不透明で、無誤りフーリエ変換パ
ターンに含まれない部分が透明である。ワトキンス特許もマッセン特許もレンズ
の設計パラメータを特定していない。そしてマッセン特許に、レンズは検査すべ
きフォトマスクの面積をカバーするのに適する開口数及び倍率のものとすること
が述べられているにすぎない。 検査すべきフォトマスクの欠陥に対応する空間周波数成分はその大部分が空間
フィルタを透過し、2つの方法で処理することができる。ワトキンスのシステム
では、空間フィルタを透過した光を適正に位置させた両凸レンズに通して検査す
べきフォトマスクの像(空間フィルタにより阻止された如何なる情報も含まない
)を形成している。空間フィルタで阻止されない結像光は検査すべきフォトマス
ク内の欠陥が存在する位置を表わす位置に現れる。マッセンのシステムでは、空
間フィルタの透過光を光検出器で検出し、“良−否”アラームを駆動する出力信
号を発生させている。 ワトキンス及びマッセンのシステムは被検体パターン内の欠陥の存在を決定す
るのにダイ相互間干渉パターンとダイ内干渉パターン情報の双方を必要とするも
のである。ダイ相互間干渉パターン情報は特に問題であり、その理由はこの情報
は極めて近接して位置する光スポットからなり、フーリエ変換レンズにより分解 するのが極めて困難であるためである。更に、斯かるレンズの実現は、逆フーリ
エ変換レンズを用いてフーリエ変換光パターンから被検パターンの像を形成する
検査システムに対して困難である。その理由は、これらレンズの各々の設計を互
いに調和させてフーリエ変換パターン及び像形成機能の双方を達成するシステム
全体の設計を達成する必要があるためである。これがため、斯かるシステム設計
によりダイ相互間干渉パターン情報に必要な分解能を得ることは益々困難になる
。上述のレンズ設計問題は被検フォトマスクアレーの各ダイの全面積を同時に検
査するタイプのシステムにおいても生じ、従って斯かるシステムを信頼できない
ものにすると共に実用にたえないものにする。発明の要約 これがため、本発明の目的はマイクロ回路の製造に使用する高信頼度の欠陥検
査システムを提供することにある。 本発明の他の目的はフーリエ光学の技術を適用するが、通常同一のダイのアレ
ーを具えるタイプのマイクロ回路の製造中に欠陥の存在を決定するのにダイ相互
間干渉パターン情報を使用しない検査システムを提供することにある。 本発明の更に他の目的は、マイクロ回路パターンから無収差フーリエ変換パタ
ーンを発生させ、これからマイクロ回路パターン内の欠陥に対応する精密な像を
形成し得る欠陥検査システムを提供することにある。 本発明の更に他の目的は、ダイ内干渉パターン情報を用いて通常同一のダイの
マイクロ回路アレーパターン内の欠陥の存在を決定する欠陥検査方法を提供する
ことにある。 本発明はマイクロ回路の製造用の欠陥検査方法及びシステムに関するものであ
り、ここでは各々多数の冗長回路パターンを有する回路ダイのアレーを含むタイ
プの半導体ウエファの表面の欠陥を検査するリアルタイム検査システムを例にと
って説明する。斯かる半導体ウエファは、例えばランダムアクセスメモリ、読出
し専用メモリ及びディジタルマルチプライヤを含む。 検査システムの2つの好適実施例は、光軸に沿って配置されたフーリエ変換レ
ンズと逆フーリエ変換レンズを用いて、パターン化された被検ウエファの照明さ
れた区域から空間周波数成分スペクトルを発生させ、その周波数成分を選択的に フィルタリングしてウエファの照明区域内の欠陥の像パターンを発生し得るよう
にする。これらレンズはウエファ全域で回折された光ではなく光軸と整列するウ
エファダイにより回折された光及びこのダイに近接して位置する他のダイにより
回折された光を集光する。この集光の制限により検査システムの適用性が多数の
冗長回路パターンを有するダイに制限されるが、フーリエ変換パターン及びフィ
ルタリングされた欠陥像の特性を変えるオフアクシス収差を導入するレンズの使
用が可能になる。 これらのレンズは製造が比較的容易である。その理由は、冗長回路パターンが
代表的には50ミクロン間隔で反復し、約1.0ミリメートルの間隔の空間周波
数成分を発生し、斯かる空間周波数成分は慣例の光学素子により分解し得るため
である。フーリエ変換及び結像区域は光軸と整列するウエファダイのみからの光
を受け入れるのに十分な大きさにするのが好ましい。空間フィルタは斯かるダイ
の無誤りフーリエ変換の空間周波数を阻止し、即ち空間フィルタはダイ内干渉パ
ターン情報のみを含む。 ウエファはフーリエ変換レンズの前焦点面内に位置させ、ウエファのパターン
表面を平行レーザビームで照明する。照明ウエファ表面のフーリエ変換パターン
がフーリエ変換レンズの後焦点面に形成される。予め作製した空間フィルタをフ
ーリエ変換パターンの面内に配置し、ウエファの照明されたダイの冗長回路パタ
ーンからの光を有効に阻止すると共に欠陥から発する光を通過させる。 逆フーリエ変換レンズは空間フィルタを透過した又はこれにより反射された光
を受け、照明されたウエファダイにより回折されフィルタリングされた光を逆フ
ーリエ変換する。空間フィルタが透過形であるのか反射形であるのかは、これを
組み込む検査システムの実施例に依存する。フィルタリングされた像は二次元光
検出器アレーの表面に投写し、これにより光軸上のダイ内のみの欠陥に対応する
光の存在を検出する。光検出器アレーは光軸を中心に配置すると共に光軸上のダ
イに対応する欠陥像が現れる像面区域をカバーするのに十分な大きさの光感知表
面積を有するものとする。多数の冗長回路パターンを有するウエファ表面の種々
の部分内の全ての欠陥の検査はウエファを二次元平行移動段上に取り付け、この
段を移動させてレーザビームにより定まる照明区域がウエファ表面を横切ってダ イからダイへと、ウエファの所望の部分が照明されるまで連続的に走査するよう
にすることにより達成する。時間遅延積分技術の使用により平行移動段の移動及
び多数の冗長回路パターンを有するウエファ表面の種々の部分の検査をストライ
プ順次ラスタ走査式に行うことが可能となる。 本発明は、空間フィルタを無誤りウエファを用いて作製する必要がないために
有利である。その理由は、斯かるウエファに存在する欠陥は、空間フィルタ記録
媒体を露光するには不十分な強さの光を発生するためである。 本発明は多数の冗長回路パターンを有する被検パターンの一部分に対応するダ
イ内干渉パターン情報のみを用いて被検パターン内の欠陥を検出する。本発明の
検査方法は、多数の冗長回路パターンの一部分のみを検査する場合にはダイ相互
干渉パターン情報は必要ないこと及び斯かる部分的検査は十分に統計的にサンプ
リングして行うことにより被検パターン全面に対する欠陥分布を決定することが
できるという前提に基づくものである。好適実施例の詳細な説明 第1図は多数の冗長回路パターンを具える周期的構造内に存在する約1/4 ミク
ロン以上の半導体ウェファ欠陥を検出するよう設計した本発明の検査システム10
の第1の好適実施例を示すものである。第2図は検査システム10で検査するのに
好適な半導体ウエファ12を示すものである。ウエファ12は一般に同一のダイ14の
規則正しいアレーを含み、各ダイはX軸18及びY軸20に沿って少なくとも約20個
の冗長回路パターン16を有している。各ダイ14は代表的には一辺が約3ミリメー
トルの正方形である。別途提出した参考写真A〜Cは1つのダイ14の一例の写真
で、倍率を順次高くして斯かるダイ内の多数の反復回路パターンを示している。
これら回路パターンは参考写真A〜Cに示されるように長方形であるが以下の説
明を簡単とするためにこれら回路パターン16は一辺が約50ミクロンの正方形であ
るものとする。 第1図において、検査装置10はレーザ光源22を具え、このレーザ光源は442.5
ナノメートルの単色光線24の略々平行なビーム24をレンズ26に投射し、レンズ26
がこの光線をレンズ26の後焦点面内に位置する点28に集束する。焦点28から発散
する光線30は焦点28から小距離に位置する小さな鏡32に当たって比較的細い円形 光ビームをフーリエ変換レンズ区分34に向け反射する。このレンズ区分34は第1
図には単レンズ素子として示してあるが後に述べるように5つのレンズ素子で実
現される。鏡32はレンズ区分34により定められるフーリエ変換面の中心部の小領
域をさえぎる。この領域の大きさは十分に小さいためフーリエ変換面内の他の位
置にある欠陥情報は鏡32によって殆んどさえぎられない。 フーリエ変換レンズ区分34の実効中心を鏡32から焦点距離の1倍より僅かに小
さい距離に位置させて平行光線36をウエファ12のパターン化された表面に投射す
る。ウエファ12は二次元平行移動段40の一部を構成するチャック38内に取付ける
。ウエファ12はレンズ区分34の物体面又は前焦点面42内に位置し、平行光線36が
ウエファ12のパターン化された表面を照明する。平行光線36はウエファ12の表面
の直径20ミリメートルの区域を照明する。ウエファ20の照明された区域で回折さ
れた光線44はレンズ区分34を通過してレンズ区分34の後焦点面46内に、照明され
たウエファ表面のフーリエ変換パターンを形成する。 フーリエ変換パターンは後焦点面46内に予想される態様に分布した明るい光ス
ポットのアレーを含む。ウエファ12の直径20ミリメートルの照明された区域は十
分な精度のフーリエ変換パターンを与える。その理由はウエファ12は多数の冗長
回路パターンから成るためである。しかし、レンズ区分34は、たった3ミリメー
トルの直径の物体視野を有して半導体ウエファ内の欠陥の本質的に無収差の像を
形成するように設計する。平行移動段40により所定のダイを照明区域に対し動か
すことができるため所定のダイ全体を欠陥検査することができる。これがため、
ウエファのかなり大きな面積が照明されて冗長回路パターンの精密なフーリエ変
換パターンが発生するが、この際、比較的小さい物体視野径のレンズが照明区域
で回折された光を集光して、形成されるフーリエ変換パターン内への収差の導入
を最小にする。 予め作製した空間フィルタ50をフーリエ変換面46内に位置させる。空間フィル
タ50は写真乾板のような記録媒体をウエファ12の全てのダイ14により回折された
光に露光して作製することができる。これは検査すべきウエファ12を用いて達成
することができる。その理由は、比較的低強度の光により搬送される欠陥情報は
写真乾板を露光しないが比較的高強度の光により搬送されるフーリエ変換情報は 写真乾板を露光するためである。空間フィルタ50は既知のコンピュータによるフ
ーリエ変換パターン発生技術を用いて作製することもできる。 空間フィルタ50はウエファ12の照明されたダイ14の無誤りフーリエ変換の空間
周波数を阻止するが、このダイ内の欠陥から発する光及びこのダイの近くの他の
ダイにより回折された光を通す。空間フィルタ50により阻止されなかった欠陥搬
送光線52は逆フーリエ変換レンズ区分54に入射する。このレンズ区分は単レンズ
素子として図示してあるが、後に述べるように4つのレンズ素子を含む。逆フー
リエ変換レンズ区分54は照明されたウエファダイ14のフィルタリングされた光パ
ターンを逆フーリエ変換する。レンズ区分54はレンズ区分34の後焦点面46から焦
点距離の1倍の距離に位置する。レンズ区分34及び54の素子は同一の光軸48に沿
って整列し、平行移動段49がウエファダイ14を光軸48を横切って移動させる。 光検出器アレー58は像面60内に光軸48を中心に位置し、光軸上のダイ14内に存
在する欠陥の像を受光する。像面60はレンズ区分54の後焦点面内に位置する。レ
ンズ区分54の倍率は像の解像限界が光検出器アレー58の画素に略々一致する大き
さにする。特に、光検出器アレー58は直径30ミリメートルの像区分内に約10ミリ
メートル×10ミリメートルの大きさの光感知表面62を有するものとする。これが
ため、光軸上のウエファダイ14の直径3ミリメートルの区域内の欠陥を検出する
には10倍の倍率が適正である。 ウエファ12の全パターン表面を検出するには平行移動段40によりウエファ12の
ダイ14の各部を光軸48に順次移動させて光源22から発生する光で照明する。静止
光検出器アレー58の光感知面62の面積は検出される光の量を光軸48を中心に位置
するウエファダイ14のみに対応する像の一部分の面積に制限する。これがため、
照明された光軸外のウエファダイ14の任意の部分に対応する像情報は光検出器ア
レー58に到達し得ない。平行移動段40の移動は線順次ラスタ式に連続的に行って
ウエファ12のパターン表面上の各ダイに対する欠陥像情報を収集する時間遅延技
術を実行する。 フーリエ変換レンズ区分34及び逆フーリエ変換区分54は1つの光学系の一部と
して設計され、第4図に示すように全部で10個の素子を有する。光学系68の設計
は2つの重要な設計パラメータ、即ちフーリエ変換面46における最小スポット径 “d1”及び像面60における最小スポット径“d2”に対する厳しい要件により複雑
になる。フーリエ変換面46における最小スポット径は予想される最大の回路パタ
ーンによりこの面内に発生する明スポットを解像するのに必要とされる。パター
ン16が正方形の場合、所要スポット径d1は次の式: d1<<λf1/c を満足し、ここにλはレーザ光源22から発する光の波長、f1はレンズ区分34の実
効焦点距離及びc は正方形パターン16の一辺の長さである。20ミクロンのスポッ
ト径d1は c<300ミクロンに対し実現することができる。 像面60における最小スポット径は検出可能な最小欠陥サイズを決定する。最小
スポット径d2はレンズ区分34及び54の共働作用と像倍率“m”により決まる。d2/
mより大きい直径の欠陥をその像の空間的拡がりから測定することができる。d2/
m より小さい直径の欠陥、即ち解像度以下の欠陥はd2に等しい像拡がりを有する
が、径の増大につれて二次関数的に減少する像強度を有する。解像度以下の欠陥
を検出するには検査システム10は十分に低い電子的又は光学的雑音を達成するよ
う設計する必要がある。像面の最小スポット径に関する設計パラメータは検査シ
ステム10の好適実施例ではd2=10 ミクロン、m=10 及び d2/m=1 ミクロンを直径3
0ミリメートルの像視野に亘り達成することができる。 第3及び4図において、光学系68は近軸回折- 被制限光学系で、この光学系は
±15°〜20°のテレセトンリック円錐内に回折された光を受け入れ、物体(即ち
ウエファダイ14の冗長回路パターン)のフーリエ変換の周期的構造を形成して1/
4 ミクロン以上の直径の欠陥の検出可能な像を発生する。レンズ区分34の設計は
非対称特性にしてフーリエ変換面46に近軸回折−被制限光パターンを形成する。
非対称にする理由は、光学系68の回折角が比較的大きく(±15°〜20°)且つ直
径3ミリメートルの結像すべき表面が適度に大きいためである。レンズ区分54は
10倍の像倍率を達成するために相当長い焦点距離f2を必要とする。レンズ区分54
の設計は非対称特性にし、入射瞳をレンズ区分34の前レンズ素子72に近接して位
置させてレンズ区分34により導入される残留収差を相殺すると共に光学系68の長
さ及びこれに組込まれるレンズ素子の直径を最小にする。 レンズ区分54の物体面をフーリエ変換面46に略々接触させて位置させてコンパ クトな空間フィルタ構成を得る。レンズ区分54とフーリエ変換面46との間には、
照明ビームをフーリエ変換面を通して導入するため及び空間フィルタ50を支持す
る機械的構造を収納するために十分なスペースが必要とされる。光学系68は像が
-f2/f1 の倍率を有する物体の反転像になるように設計する。ここで、f2はレン
ズ区分54の実効焦点距離で f2=600 ミリメートル、f1はレンズ区分34の実効焦点
距離でf1=60ミリメートルであり、これがため倍率“m”は10になる。 レンズ区分は次の2つの性能要件を満たすように設計する。第1の最も重要な
要件は、物体面又は前焦点面42に位置する直径3ミリメートルの物体上の任意の
点から±15°〜20°のテレセントリック円錐内に回折された光を十分小さな収差
で平行光線にして極めて小さな幾何歪みで近軸回折光像が最終的に形成されるよ
うにすることにある。第2の要件は、20ミリメートル径の物体を経て±15°〜20
°範囲内を伝播する平面波が最小の口径食を有し、フーリエ変換面46に20ミクロ
ン以下のスポット径の光パターンを発生するようにすることにある。 レンズ区分34によりレンズ区分54内に導入される残留収差は増倍されるため、
この残留収差をレンズ区分54における補償収差により除去することは殆ど不可能
である。これがため、設計要件として、レンズ区分34はフーリエ変換面46におい
て、±15°〜20°の回折角及び20ミリメートルの入射瞳径に亘り入射平面波に対
し(1)イソプラナティズムであること(即ち収差がフーリエ変換像視野の小部分
に亘り一定に保たれレンズが空間周波数のリニアなシフトインバリアントフィル
タであること)、(2)本質的にアプラナートであること(即ち、球面収差及びコ
マ収差がないこと)及び(3)本質的にアナスチグマートであること(即ち、非点
収差を持たない平坦な像面を有すること)が必要とされる。 像面60に近軸回折光像を発生させるためにはレンズ区分34はレンズの物体面又
は前焦点面42内の直径3ミリメートルの領域内に位置する1つの点状物体に対し
平面波を発生する必要がある。このためには、±15°〜20°の回折角範囲内の主
光線をレンズ区分34の設計時にテレセントリックにし、即ち光軸48に平行にして
レンズ区分54に供給される残留収差を極めて小さくして補償可能にする必要があ
る。 レンズ区分34の設計アプローチとして、レンズ区分34は無限遠の物体から発す る±15°〜20°の範囲内の光を受けると共に入射瞳は前焦点面42に位置するもの
とする。これがため、フーリエ変換パターンはレンズの後焦点面46に位置する。 特に、レンズ区分34は光軸48に沿って光軸と同軸的に位置させた5つの素子を
含む。素子72は両凸レンズであり、素子74は正のメニスカスレンズであり、これ
らレンズはレンズ系68の入射瞳に近接して位置して球面収差を抑制する。両凹レ
ンズ76は像面湾曲を抑制する。両凸レンズ78及び正のメニスカスレンズ80は集束
光ビーム内に位置して非点収差を抑制する。このように、±15°〜20°の回折角
範囲により強いられる収差抑制を達成するためにレンズ区分34は5つの素子72,
74,76,78及び80を必要とし、これら素子は高屈折率のガラスで造られる。 レンズ区分54の設計は、物体がレンズ区分34の前焦点面42にある3ミリメート
ル径の物体内に位置するときにレンズ区分34により導入される残留球面収差及び
コマ収差を相殺するようにする。両凸レンズ素子70及び両凹レンズ素子84はフー
リエ変換面46に近接して位置してレンズ区分34により導入される残留球面収差を
相殺する。負のメニスカスレンズ素子86はレンズ区分34により導入されるコマ収
差を相殺する。弱い正の屈折力のメニスカスレンズ素子88はレンズ区分54の屈折
力をふり分けてレンズ素子70,84及び86がレンズ区分34からの残留収差を相殺す
る軽い球面収差及びコマ収差を導入し得るようにするものである。レンズ素子88
は像面60における非点収差を補正するのにも役立つ。弱い正の屈折力の平凸レン
ズ素子90は像面60に近接して位置して像の幾何学歪みを抑制する。しかし、素子
90の正の屈折力は像面湾曲及び非点収差の補正を弱める。像面60における像の質
は像面湾曲及び非点収差の斯かる不相殺及びレンズ区分34により導入される高次
の残留球面収差の存在により課される制限のために設計目標をかろうじて満足す
る。 下記の表I及びIIは光学系68の設計仕様及びその隣接素子間の間隔を示すもの
である。 表Iはレンズ区分34の素子及び空間フィルタ50の設計値を示し、表IIはレンズ
区分54の素子の設計値を示す。表a〜wは第4図の文字記号を付した表面に対応
し、表面“a”は物体面42に、表面“w”は像面60に対応する。表面l1及びl2
は空間フィルタに対応する。各表面に対し曲率半径及び口径を示してあり、こ れらの表面は平坦表面である表面a,l1,l2,v及びwを除いて球面である。
表面の正の曲率半径は図(第4図)において曲率の中心がその右側にあり、負の
曲率半径は曲率の中心がその左側にあることを示す。寸法の単位はミリメートル
であり、次の表面までの幅方向間隔は第4図において左から右へ測ったものであ
る。 第5図は上述の検査システム10で検査される種類の半導体ウエファ内の欠陥を
検出するよう設計された本発明検査システムの第2の好適実施例100 の概略図で
ある。本例検査システム100 は検査システム10と同一の性能仕様を略々満足する
よう設計してある。検査システム100 は液晶層空間フィルタ102 に書き込まれた
フーリエ変換スペクトルパターンを含む折り返しフーリエ変換光学系を具えてい
る。液晶空間フィルタ102 は半導体ウエファ12のパターン表面の規則正しい周期
的構造と関連する空間周波数の光を散乱すると共にこのパターン表面内の欠陥と
関連する空間周波数の光を反射する。空間フィルタ102 はウエファ12内の欠陥か
ら発する光を反射し、検査システム100 の折り返しフーリエ光学系を与える。 この検査システム100 は 442.5ナノメートルの単色光線106 の略々平行なビー
ムを発生するレーザ光源104 を具え、この光ビームはレンズ108 に入射し、この
レンズがこのビームをピンホール空間フィルタ112 の開口の中心に位置する点11
0 に集束する。レーザ104 で発生された光ビームは第5図の紙面内に直線偏光さ
れている。焦点110 から発散する光線114 はプレート形の偏光ビームスプリッタ
116 に入射し、このスプリッタは第5図の紙面に垂直な面内に偏光された光線を
反射するが、第5図の紙面内に偏光された光線を透過する。四分の一波長板118
がビームスプリッタ116 を透過した光線114 を受光し、これを円偏光にする。四
分の一波長板118 から出る円偏光光線はかなり細い円形ビームになってフーリエ
変換レンズ区分120 に向かって伝播する。このレンズ区分120 は第5図では単レ
ンズ素子として示すが後述するように5つのレンズ素子で実現される。 フーリエ変換レンズ区分120 の実効中心はピンホール空間フィルタ112 から焦
点距離の1倍の距離に位置して平行円偏光光線122 をウエファ12のパターン表面
に投射する。ウエファ12は平行移動段40上のチャック38内に取付ける。平行光線
122はウエファ12の表面の直径20ミリメートルの区域を照射する。ウエファ12は
検査システム10について上述したように前焦点面又は物体面124 内に位置する。 ウエファ12の照明区域で回折された円偏光光線126 はレンズ区分120 及び四分
の一波長板118 を経て伝播し、四分の一波長板128 から第5図の紙面に垂直な方
向の直線偏光光線128 が出る。この光線128 は偏光ビームスプリッタ116 により
四分の一波長板130 の方向へ反射され、この板130 が光線128 を円偏光にする。 四分の一波長板130 から出る円偏光光線132 は空間フィルタ120 のレーザ吸収層
134 に当たる。光線132 はレンズ区分120 の後焦点面136 に照明ウエファ表面の
フーリエ変換パターンを形成する。 空間フィルタ102 はウエファ12の照明されたダイ14の無誤りフーリエ変換の空
間周波数を吸収して阻止するが、このダイ内の欠陥から発生する光を反射して透
過する。空間フィルタ102 は空間フヘルタ50とは2つの主要な点で相違する。第
1に、無誤りフーリエ変換パターンは空間フィルタ102 では液晶層内に、空間フ
ィルタ50では写真乾板上の感光乳剤に書き込まれる。第2に、空間フィルタ102
は反射型で、空間フィルタ50は透過型である。 空間フィルタ102 で反射された欠陥搬送円偏光光線138 は四分の一波長板130
を経て伝播し、このときこの板130 が円偏光光線138 を第5図の紙面内の直線偏
光光線140 に変更する。光線140 はビームスプリッタ116 を透過して逆フーリエ
変換レンズ区分142 に入射する。このレンズ区分は第6図では単レンズとして示
してあるが、後述するように5つのレンズ素子を含む。逆フーリエ変換レンズ区
分142 はフィルタリングされた光パターンの逆フーリエ変換を行う。レンズ区分
142 はレンズ区分120 の後焦点面136 から焦点距離の1倍の距離に位置する。レ
ンズ区分120 及び142 のレンズ素子はビームスプリッタ116 の面で2つの区分14
6 及び148 に折り曲げられる同一の光軸144 に沿って整列配置する。平行移動段
40はウエファダイ14を光軸144 の区分146 を横切って移動させる。 光検出器アレー58は像面150 内に光軸144 を中心に位置し、光軸上のウエファ
ダイに存在する欠陥の像を受光する。像面150 はレンズ区分142 の後焦点面に位
置する。レンズ区分142 の倍率は検査システム10のレンズ区分54について述べた
と同一理由のためにレンズ区分54と同一の値にする。ウエファの全パターン表面
の検査は検査システム10について述べたと同様にして達成される。 第6図は空間フィルタ102 の断面図であり、このフィルタはウエファ12の無誤
りフーリエ変換パターンが書き込まれているレーザスメチック光バルブを構成す
る。本発明で使用するタイプのレーザスメチック光バルブは 1987 年 2月にカナ
ダのモントリオールで開かれた「Automation Technology Institute Conference
」において発表されたKahn,Frederic J.の論文“LARGE AREA,ENGIN-EERING D RAWING QUALITY DISPLAYS USING LASER ADDRESSED SMETIC LIQUID CRYSTAL LIGH
T VALVES”に記載されている。 第6図において、空間フィルタ102 は1対の互いに離間したガラス基板160 及
び162 を具え、間にスメチック液晶材料164 を保持する。レーザ吸収層166 をカ
ラス基板160 の内面に被着する。反射電極168 をレーザ吸収層166 の内面に被着
し、透明電極170 をガラス基板162 の内面に被着する。ディレクタ整列層172 を
反射電極168 の内面及び透明電極170 の内面に被着する。セル内に収容された液
晶材料164 のディレクタ174 はスメチック相の層状平行秩序を有する。無誤りフ
ーリエ変換パターンは空間フィルタ102 内に次のようにして書き込む。 細く集束した書込みレーザビーム176 をガラス基板160 を経てレーザ吸収層16
6 上に集束させる。レーザ吸収層160 が入射レーザ光を吸収し、これを熱に変換
する。この熱は液晶材料164 の局部に急速に伝導し、この局部の温度を十分に上
昇させてこの局部を臨界遷移温度以上に加熱する。この温度上昇は約数℃である
。 液晶材料164 の温度が臨界遷移温度を越えると、そのディレクタ174 が最早第
6図に示すスメチック相の層状平行秩序を維持しないで、通常の等方性液体に特
有の無秩序な配向になる。集束レーザビームを消すか或いは他の書込み位置へ移
動させると、先に露光された局部の熱がガラス基板160 及び162 へ放散してこの
局部はその周囲動作温度に急速に冷える。ガラス基板160 及び162 は約13ミクロ
ンの厚さの液晶材料164 の100 〜500 倍の厚さにするのが代表的である。この場
合液晶材料164 はディレクタ174 が均一な秩序のスメチック配向状態に再配向す
るのに不十分となる速度で冷え、ディレクタ174 は消去又は修正処理を受けるま
で無秩序配向を保持する。 書込みレーザビームにより加熱された空間フィルタの領域は入射光を散乱し、
空間フィルタ102 の非加熱領域は光を散乱しない。従って、書込まれた領域は空
間フィルタ内を矢印178 の方向に伝播する入射光を散乱する。この光は散乱され
るため、レンズ区分142 により集光されない(第5図)。空間フィルタ102 の非
書込み領域は鏡のように作用する。 フィルタパターン全体はガラス基板162 の内面上の透明電極170 とレーザ吸収
層166 上の反射電極168 との間に交流電圧を印加することにより消去することが できる。この場合、液晶材料164 間に生ずる電界がディレクタ174 を印加電界に
平行に整列させ、従ってガラス基板160 及び162 の表面に垂直にして光を散乱し
ないようにする。 無誤りフーリエ変換は空間フィルタ102 内に、レーザビーム走査装置によりレ
ーザビーム176 をガラス基板160 の表面に沿って走査してレーザ吸収層166 の所
定の部分を照射してフーリエ変換パターンに対応する書込み領域又は光散乱点を
形成することによって書き込むことができる。 フーリエ変換レンズ区分120 及び逆フーリエ変換レンズ区分142 は第7図に示
すように1つの光学系200 の一部として設計し、全部で10個の素子を具える。レ
ンズ区分120 は次の2つの性能要件を満足するように設計する。第1の要件は、
物体面又は前焦点面124 に位置する直径3ミリメートルの物体上の任意の点から
±15°〜20°のテレセントリック円錐内に拡散された光を十分小さな光線収差で
平行にして極めて小さい幾何歪みの近軸回折−被制限像を形成し得るようにする
ことにある。第2の要件は、長い後焦点距離を用いてビームスプリッタ116 の面
でシステムを折り曲げることができるようにすることにある。この光学系200 の
設計はフーリエ変換面136 における最小スポット径“d1”及び像面150 における
最小スポット径“d2”に対する厳しい要件のために複雑になる。スポット径 d1
及びd2並びに像倍率“m”に対する設計パラメータは検査システム10について述
べたものと同一である。 長い後焦点距離を達成するためにレンズ区分120 は5つの素子202,204,206
,208及び210 を必要とする。 レンズ区分120 はバーセル(Berthele)接眼レンズの形態にする。これは、この
接眼レンズは長い後焦点距離を発生すると共に大きな口径比を有するためである
。素子204 及び206 はバーセル接眼レンズの入力側に必要とされる強い負の屈折
力を与える負のメニスカスレンズである。 レンズ区分120 は入射平面波からフーリエ変換パターンを形成すると共に、レ
ンズ区分142 と共働して前焦点面124 に位置するウエファ12の10倍の像を形成す
る。この2つの機能はレンズ区分120 の設計に厳しい制約を課す。その理由は、
フーリエ変換パターンを発生する回折エネルギーと関連するファンビームの主光 線が拡大像の軸上像点を構成する光線になるからである。これらの条件の下では
拡大像は、主光線が光軸144 に正確に平行でない、即ちテレセントリックでない
ときに極めて強い球面収差を示す。主光線がフーリエ変換面136 と正弦関係に従
って交差しない場合(即ち交差点の高さがレンズ区分120 の焦点距離の回折角の
正弦倍に等しくならない場合)、拡大像は極めて強いコマ収差を示す。このコマ
収差及び球面収差の大きさはレンズ区分120 内で補正しなければレンズ区分142
において補正することは不可能である。 残留球面収差はビームスプリッタ116 の下流に位置する球面収差補正表面を有
する平坦板212 により補正される。非球面補正板212 は球面収差の略々全部を除
去するが、その位置及び形状により拡大像にあまり強くないコマ収差が導入され
る。このコマ収差はレンズ区分142 で除去される。 レンズ区分142 は5つの素子214,216,218,220 及び222 から成り、これら
素子は長い筒の中に取り付けるのが好適である。素子214,216及び218 は非球面
補正板212 の直後に位置するトリプレットとして動作する。素子214,216及び21
8 のベンディングを非球面補正板212 により導入されるコマ収差を主として補正
するよう選定し、またそれらの屈折力分布及びガラスの種類をペツバルの像面湾
曲を抑制するよう選定する。素子220 及び222 はシステムの残留非点収差を補正
する。 表III 及びIVは光学系200 の設計仕様及びその隣接素子間の間隔を示すもので
ある。表III はレンズ区分120 の素子、四分の一波長板118 及び130、ビームス
プリッタ116、空間フィルタ102 及び非球面補正板212 の設計値を示し、表IVは
レンズ区分142 の素子の設計値を示す。表面a〜llは第7図の文字記号を付し
た表面に対応し、表面“a”は物体面に対応し、表面“ll”は像面150 に対応
する。表面l〜aaは四分の一波長板118 及び130、ビームスプリッタ、空間フィ
ルタ102 及び非球面補正板212 に対応する。いくつかの表面は2つの記号を有し
、一方の記号は空間フィルタ102 に向かって伝播する光が入射する表面を表わし
、他方の記号は空間フィルタ102 により反射された光が入射する表面を表わす。
各表面に対し曲率半径及び口径を示してあり、これら表面は平面である表面a,
l〜y、aa及びllと非球面である表面zを除いて球面である。表面の正の曲
率 半径はその曲率の中心が図(第7図)の右側にあることを示し、負の曲率半径は
その曲率の中心が図の左側にあることを示す。寸法はミリメートル単位であり、
次の表面までの軸方向間隔は第7図において左から右へ正方向に測ったものであ
る。 ビームスプリッタ116 は第7図の紙面に垂直の面内で45°回転の偏心を受ける
。非球面補正板212 は第7図の垂直方向に下方に -2.1642ミリメートルの偏心を
受ける。偏心は新しい座標系(移動及び/又は回転された座標系)を定め、この
座標系において後続の表面が定められる。偏心後の表面は新しい座標系の局部的
な機械的軸線に沿って整列させる。新しい機械的軸線は別の偏心により変えられ
るまで使用される。 検出システム10及び100 の欠陥検査技術は同一であるため、以下の説明は検査
システム10につていのみ行う。第1及び8図を参照するに、ウエファ12内の欠陥
の存在は像面60内の欠陥像視野の検査区域250 内に位置する所定のしきい値量を
越える光強度の領域を検出することにより決定される。検査区域250 は第2図の
ウエファ12の周縁に隣接するダイの外縁により決まる破線で示す輪郭252 内に含
まれる区域である。レンズ区分54が10倍の倍率を与えるため、像面60内の欠陥像
視野は検査区域250 の面積の100 倍の面積を有する。 ウエファ12内の欠陥の存在の決定はウエファを1.0 ミリメートル幅のストライ
プ領域254 に分け、且つ平行移動段40をラスタ走査式に移動させてレーザ22から
発する20ミリメートル×20ミリメートルスポットによりウエファ12の全表面をス
トライプ順次に照明することにより達成する。光検出器アレー58は光軸48を中心
に配置され、10ミリメートル×10ミリメートルの光感知表面62を有するため、こ
の光検出器アレーはウエファ12の1.0 ミリメートル×1.0 ミリメートルの光軸上
の照明領域に対応する無収差の逆フーリエ変換パターンのみを検出する。(レン
ズ区分54により与えられる10倍の倍率は1.0 ミリメートル×1.0 ミリメートルの
照明ウエファ領域の寸法を10ミリメートル×10ミリメートルの検出領域に対応さ
せる。) 平行移動段40はウエファ12を平面42内において20ミリメートル×20ミリメート
ルの光ビーム36に対し位置決めし得るX−Y位置決めテーブルを具える。平行移
動段40の上段又はY−段256 はチャック38を支持し、ウエファ12を平面42内にお
いてY方向に移動させる。平行移動段40の下段又はX−段258 はウエファ12を平
面42内においてX方向に移動させる。X−Y位置決めテーブルの一好適例はケン
ジントン ラボラトリーズ社(アメリカ、カリフォルニア,リッチモンド所在) 製のモデル8500である。 平行移動段40の制御回路(図示せず)はウエファの各ストライプ領域を光軸48
に対し位置決めすると共にウエファ12を一定の速度で移動させる。平行移動段40
は平行移動段40の位置及びウエファ12上の既知の位置に対する像面60内の欠陥像
内の欠陥の位置を表わす位置座標情報を与える。像内の欠陥の検出は以下に説明
する時間遅延積分技術に従って行われる。 第9A 及び9B 図は、第2図のウエファの左下コーナ部の輪郭と、ストライプ
領域254 及びこれらストライプ領域に沿って移動する平行移動段40のラスタ走査
パスの拡大図をそれぞれ示すものである。第10図は第9B 図のストライプ領域の
一部分の拡大図であって、光検出器アレー58の光感知表面62を構成する光検出素
子260 の寸法と、レンズ区分54が10倍の倍率を有するために光検出素子260 と同
一寸法を有する画素262 との間の1対1の対応関係を示すものである。光検出器
アレー58は以下に述べるように430 行×512 列に配置された206336個の光検出素
子を有する。 第9A,9B及び10図において、光検出器アレー58は検出すべき光を通す光窓26
4 を有する。この光窓264 は長さを定める辺266 及び268 と幅を定める辺270 及
び272 を有する矩形である。光窓264 は一般に光軸48に心合わせして固定配置す
る。ウエファ12の移動により検査区域250 の拡大像を表わす欠陥像視野が光窓を
横切って移動する。しかし、説明を明瞭にするために、以下の説明ではウエファ
12の検査区域250 が光窓264 を横切って移動するものとして説明する。 常規走査動作中、平行移動段40はウエファ12をX方向に光窓264 を横切って移
動させるため、光窓264 の辺272 が検査区域250 の線分278 と整列する。光窓26
4 を横切るウエファ12の移動は、第9B 及び10図における実効出発位置276 から
右方へ延在するパス線分274aをストライプ領域254 に沿って定める。光窓264 の
辺266 及び268 はY方向に平行であり、これら辺によりX方向に検出器アレー58
を横切って移動する検査区域250 の部分に対応するストライプの領域254(第9B
図に3つ示してある)の幅が決まる。 検査区域250 の線分282 が光窓264 の辺266 を通過した後に、平行移動段40は
ウエファ12を、第9B 及び10図の左方に延在する帰線パス線分284aに沿って移動 させて第2の隣接ストライプ領域254 の走査のための出発位置286 に位置させる
。帰線中、Y−段256 がウエファ12をストライプ領域254 の幅(即ち1.0 ミリメ
ートル)に等しい距離だけ移動させると共にX−段258 がウエファをパス線分27
4aの長さに等しい距離だけ移動させる。帰線後、平行移動段40はウエファ12を出
発位置286 からX方向にパス線分274bに沿って移動させて幅280 の第2ストライ
プ領域254 を走査する。 上述の走査及び帰線処理は全検査区域250 が光軸48を横切るまでくり返される
。しかし、検査区域250 のX方向の寸法の差に応じて走査及び帰線パス線分の長
さを相違させる。 特に第10図を参照するに、好適実施例の光検出器アレー58は行290 及び列292
に配列された光検出素子260 のアレー288 を含むRCA モデル6220-044の電荷結合
デバイスである。アレー288 は403 行及び512 列の光検出素子を有する。行290
は検査方向に垂直な直線(即ちY方向)に配列された一群の素子260 であり、列
292 は走査方向に平行な直線(即ちX方向)に配列された一群の素子260 である
。各行290 及び各列292 はそれぞれ6.45ミリソートル及び10.24 ミリメートルの
長さを有する。各光検出素子260 は長さが16ミクロン、幅が20ミクロンである。
これがため各ストライプ領域254 の幅は403 個の光検出素子の行の全長に等しい
。各光検出素子260 は光窓264 を経てこれと整列する検査区域250 の部分から発
する光線を受光し、そのポテンシャルウェル内にこれに入射する光線の強さに対
応する量の電荷又は測定エネルギー値を蓄積する。 検査区域250 の各ストライプ領域254 はレンズ区分54の拡大処理により光検出
素子260 と同一の寸法を有する画素262 のアレー294 に分けられる。アレー294
の画素262 は行296 及び列298 に配列され、各行は403 個の画素を有し、各列は
ストライプ領域264 の長さにより決まる個数の画素を有する。ストライプ領域内
の光の存在は、検査区域250 を各ストライプ領域254 に沿って光窓264 を横切っ
て移動させ、各画素の光強度に対応するエネルギー値を以下に述べる方法に従っ
て取り出すことにより検出される。 X−段258 は、ウエファ12を出発位置276 から左方へX方向に、光窓264 の辺
268 が検査区域 250 の線分300 と一致するまで加速移動させることにより走査処理を開始する。
次いでX−段258 はウエファ12を所定の一定速度でストライプ領域254 に沿って
移動させる。 アレー288 の第1行290aの検出素子260 がアレー294 の第1行296aの画素と整
列するとき、次のことが発生する。行290aの光検出素子260 の各々のポテンシャ
ルウェルに電荷が生ずる。その電荷量は対応する画素に存在する光の強さに対応
する(光検出素子260 のポテンシャウェルはストライプ領域254 の走査前には何
の電荷も蓄積していない)。アレー288 の各行290 に供給される行転送クロック
信号により行290a内の各光検出素子260 からその電荷が次の隣りの第2行290b内
の同一の列292 の光検出素子に転送される。この転送は光検出素子と画素が互い
に整列する時間に生ずる(X−段258 はウエファ12をストライプ領域254 に沿っ
て連続的に移動させるため、隣接する画素行間のエイリアジングの結果生ずる無
視し得る量の像劣化がある)。行290aから行290bへの電荷転送後、行290a内の光
検出素子のポテンシャルウェル内には何の蓄積電荷も存在しない。 第2行290b内の光検出素子260 がアレー294 の第2行内の画素262 と整列する
と次のことが起る。行290a及び290b内の各光検出素子260 のポテンシャルウェル
内に電荷が発生する。行290b内の各光検出素子260 内の発生電荷がその前に転送
された電荷に加えられる。これがため、行290b内の光検出素子260 の電荷量はア
レー294 の行296aの各列の画素に存在する光の強度に対応するエネルギー値の2
倍を表わす。行転送クロック信号が行290b及び行290a内の各光検出素子260 から
その電荷をそれぞれ次の隣りの第3行290c及び290b内の同じ列292 の光検出素子
に転送する。 (1)行290 内の各光検出素子260 に、各光検出素子が整列する画素262 の光強
度に対応するエネルギー値を得ると共に、(2)このエネルギー値を次の隣りの行2
90内の同一の列292 の光検出素子に転送する上述の処理が行転送クロック信号の
255 サイクルに亘りくり返される。 255回のこのような行順次転送の終了後、アレー288 の第256 行又は最終行290
d内の光検出素子がアレー294 の第1行296a内の画素と整列する。第1行296a内
の各画素に対するその前の255 の累積エネルギー値が最終行290d内の各光検出素 子260 により得られた256 番目のエネルギーに加えられる。256 番目の行転送ク
ロック信号の発生前に、行296a内の画素262 に対応する512 個の光検出素子260
に累積されたエネルギー値が高速データ転送クロック信号により直列に読出され
る。各画素262 に対する累積エネルギー値はディジタル形態に変換され、しきい
値検出器により処理されて各画素262 に存在する光量がウエファ12内の対応する
位置に欠陥があることを示すか否かを決定する。 行転送クロック信号の256 番目のサイクルの発生時に、第2行296b内の各画素
262 に対するその前の255 の累積エネルギー値が最終行290d内の各光検出素子26
0 により得られた256 番目のエネルギー値に加えられる。行転送クロック信号の
257 番目のサイクルの発生前に、行296b内の画素に対応する512 個の光検出素子
260 の内容が読出され、上述のように処理される。 行転送クロック信号の順次のサイクル中、ストライプ領域254 の走査が続けら
れてアレー294 の行296 及び列298 内の各画素262 に対する256 個のエネルギー
値がアレー288 の対応する列292 及び行290d内の光検出素子260 に累積される。 上述の走査処理を特徴とするエネルギー値の累積にはいくつかの特徴がある。
第1に、行290a内の各光検出素子は1つの画素262 に対するエネルギー値を決し
て2回以上累積しない。第2に、特定の行296 内の画素262 と現在整列している
行290 内の光検出素子260 はこの特定の行296 の画素262 とその前に整列した次
の隣りの行290 内の光検出素子260 よりも累積エネルギー値が常に1回分多い。
第3に、行290d内の各光検出素子はこの素子が整列した画素262 に存在する光に
対応するエネルギー値を256 回累積することになる。 検査区域250 の端縁282 が光窓264 の辺266 を完全に通過すると、ストライプ
領域254 の走査は終了し、アレー294 の最終行296d内の画素の累積エネルギー値
がアレー288 の最終行290dの光検出素子から読み出される。X−段258 がウエフ
ァ12を減速して停止位置302 に停止させる(第11図に、この位置における検査区
域250 に対する光窓264 を破線で示してある)。次いでX−段258 及びY−段25
6 及びウエファ12をパス線分234aに沿って戻して出発位置286 に位置させる。こ
の時間中に光検出素子260 のポテンシャルウェルをクリアして次の隣りのストラ
イプ領域254 の走査に対し準備させる。第2及び後続のストライプ領域254 の走 査及び帰線は上述のように進行する。 当業者であれば上述した本発明の好適実施例に多くの変形を加えることができ
ること明らかである。例えば半導体ウエファの代わりにフォトマスクを欠陥検査
することができる。しかし、この場合には検査システム10及び100 を、レーザ光
がフォトマスクを透過するよう変更する必要がある。第2の例として、検査シス
テム100 で使用するプレート形のビームスプリッタ116 の代わりに立方体形の偏
光ビームスプリッタを用いることができる。立方体形ビームスプリッタは光反射
から生ずる背景雑音を低減するが、レンズ系200 の設計値を変更して斯かるビー
ムスプリッタにより導入される球面収差を低減する必要がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTIONTechnical field   The present invention relates to an inspection system for use in the production of microcircuits, in particular a plurality of redundant circuits each.
Rear used in the manufacture of microcircuits of the type including an array of dies with patterns
The present invention relates to a real-time defect inspection system.Background of the Invention   Missing patterns in photomasks used in large-scale manufacturing of semiconductor devices and integrated circuits
Two very similar inspection systems for defect inspection are described in Watkins US Pat.
No. 0949 and Massen U.S. Pat. No. 3,614,232. this
These systems require simultaneous inspection of all dies, usually including a regular array of identical dies. Aperiodic defects, i.e. the same as in the other die in the array.
It detects defects in one die that is not repeated.   This involves a parallel laser emission of all dies of the photomask to be inspected from the laser.
Achieved by simultaneously illuminating
You. The spatial distribution of this composite diffraction pattern consists of two components, the first component of the die
The second component is the interference pattern of a single die of the array.
is there. The first and second patterns are sometimes die interference patterns and intra-die interference patterns.
It is called N. The light transmitted through the photomask is incident on the biconvex lens, and this lens
The spatial filter located at a distance equal to one focal length behind this lens
Distributed.   The spatial filter is a known error-free reference photomask corresponding to the photomask to be inspected.
It has a two-dimensional Fourier transform pattern of a disc. This filter is error-free Fourier transform
The part corresponding to the spatial frequency component of the conversion pattern is opaque, and the error-free Fourier transform
Parts not included in the turn are transparent. Both Watkins and Massen patents are lenses
Did not specify the design parameters of And the lens should be inspected in the Massen patent
Numerical aperture and magnification suitable to cover the area of the photomask
Is only stated.   The spatial frequency components corresponding to photomask defects to be inspected are mostly spatial
It passes through the filter and can be processed in two ways. Watkins system
Then, the light transmitted through the spatial filter is passed through a properly positioned biconvex lens for inspection.
Image of the photomask to be removed (does not contain any information blocked by the spatial filter
) Is formed. The imaging light that is not blocked by the spatial filter is
Appear at the position indicating the position where the defect exists in the workpiece. Massen's system is empty
The output signal that detects the transmitted light of the inter-filter by the photodetector and drives the “good / bad” alarm
Issue.   Watkins and Massen systems determine the presence of defects in an object pattern
Requires both inter-die interference pattern and intra-die interference pattern information
It is. Die-to-die interference pattern information is particularly problematic because of this information
Consists of light spots located in close proximity, resolved by a Fourier transform lens This is because it is extremely difficult to do so. Furthermore, the realization of such a lens is an inverse Fourier
Form an image of a test pattern from a Fourier-transformed light pattern using an E-transform lens
Difficult for inspection systems. The reason is that the design of each of these lenses is interchangeable.
A system that achieves both Fourier transform pattern and image forming functions in harmony
This is because it is necessary to achieve the overall design. This is why such a system design
Makes it increasingly difficult to obtain the resolution required for inter-die interference pattern information
. The above-mentioned lens design problem involves simultaneous inspection of the entire area of each die of the photomask array to be inspected.
Also occur in systems of the type to be inspected, thus making such systems unreliable
And make it useless.Summary of the Invention   Therefore, the object of the present invention is to provide a highly reliable defect detection used in the manufacture of microcircuits.
Inspection system.   Another object of the invention is to apply Fourier optics technology, but usually to the same die array.
Die to determine the presence of defects during the fabrication of microcircuits of the type
An object of the present invention is to provide an inspection system that does not use inter-interference pattern information.   Still another object of the present invention is to provide an aberration-free Fourier transform pattern from a microcircuit pattern.
A precise image corresponding to defects in the microcircuit pattern.
It is to provide a defect inspection system that can be formed.   Still another object of the present invention is to use the intra-die interference pattern information for the same die, usually.
Provide a defect inspection method for determining the presence of a defect in a microcircuit array pattern
It is in.   The present invention relates to a defect inspection method and system for manufacturing microcircuits.
Here, a tie including an array of circuit dies each having a number of redundant circuit patterns is described.
Real-time inspection system for inspecting surface defects of semiconductor wafers
I will explain. Such semiconductor wafers are, for example, random access memories, read
And a dedicated memory and a digital multiplier.   Two preferred embodiments of the inspection system include a Fourier transform laser located along the optical axis.
And the inverse Fourier transform lens are used to illuminate the patterned wafer
A spatial frequency component spectrum from the selected area, and selectively Can be filtered to generate image patterns of defects in the illuminated area of the wafer
To These lenses are aligned with the optical axis rather than the diffracted light across the wafer.
Due to the light diffracted by the Ephadie and other dies located in close proximity to this die
Collect the diffracted light. This collection limitation limits the applicability of inspection systems to many
Limited to dies with redundant circuit patterns, Fourier transform patterns and filters
Use of lenses that introduce off-axis aberrations that alter the characteristics of the filtered defect image
Can be used.   These lenses are relatively easy to manufacture. The reason is that the redundant circuit pattern
Spatially spaced at intervals of about 1.0 millimeter, typically repeating at 50 micron intervals
Generate several components, such spatial frequency components can be resolved by conventional optical elements
It is. Fourier transform and imaging area is light from wafer die only aligned with optical axis
It is preferably large enough to accommodate The spatial filter is such a die
Rejects the spatial frequency of the error-free Fourier transform of
Includes only turn information.   The wafer is positioned in the front focal plane of the Fourier transform lens and the wafer pattern
The surface is illuminated with a parallel laser beam. Fourier transform pattern on illumination wafer surface
Are formed at the back focal plane of the Fourier transform lens. Use the pre-fabricated spatial filter
The redundant circuit pattern of the illuminated die on the wafer is placed in the plane of the
Effectively block the light from the defect and allow the light emanating from the defect to pass.   The inverse Fourier transform lens is the light transmitted or reflected by the spatial filter
The light that has been diffracted and filtered by the illuminated wafer die
Performs a Lie transform. Whether the spatial filter is transmissive or reflective depends on this
It depends on the embodiment of the inspection system to be incorporated. The filtered image is a two-dimensional light
Projects onto the surface of the detector array, thereby addressing defects only in the die on the optical axis
Detect the presence of light. The photodetector array is centered on the optical axis and
Light sensing table large enough to cover the image plane area where the defect image corresponding to b
It has an area. Various wafer surfaces with multiple redundant circuit patterns
Inspection of all the defects in the part is performed by mounting the wafer on a two-dimensional translation stage.
As the stage is moved, the illumination area defined by the laser beam is cut across the wafer surface. Scan continuously from a to the die until the desired portion of the wafer is illuminated
To achieve. Movement and translation of the translation stage by using the time delay integration technique
And inspection of various parts of the wafer surface with multiple redundant circuit patterns.
It is possible to perform the scan in a raster sequence.   The present invention eliminates the need to manufacture a spatial filter using an error-free wafer.
It is advantageous. The reason is that defects present in such wafers are
This is because light of insufficient intensity is generated to expose the medium.   The present invention is applicable to a part of a test pattern having a large number of redundant circuit patterns.
A defect in the pattern to be inspected is detected using only the interference pattern information in (a). Of the present invention
Inspection methods can be used to inspect only a part of a large number of redundant circuit patterns.
No interference pattern information is needed and such partial inspections should be sufficiently statistically sampled.
Determining the defect distribution over the entire pattern to be inspected by performing ringing
It is based on the premise that it can be done.Detailed Description of the Preferred Embodiment   FIG. 1 shows about a quarter micron present in a periodic structure with a large number of redundant circuit patterns.
Inspection system 10 of the present invention designed to detect semiconductor wafer defects of
1 shows a first preferred embodiment of the present invention. Fig. 2 shows the inspection system 10
1 shows a preferred semiconductor wafer 12. Wafers 12 are generally of the same die 14
Includes a regular array, with at least about 20 dies along the X-axis 18 and Y-axis 20
Of redundant circuit patterns 16. Each die 14 is typically about 3 mm on a side.
It is a square of Torr. Reference photos A to C submitted separately are photographs of an example of one die 14.
At successively higher magnifications shows a number of repetitive circuit patterns in such a die.
These circuit patterns are rectangular as shown in Reference Photos A to C.
For simplicity, these circuit patterns 16 are square with a side of about 50 microns.
Shall be.   In FIG. 1, the inspection device 10 comprises a laser light source 22 which is 442.5
A substantially parallel beam 24 of a monochromatic light beam 24 of nanometer is projected on a lens 26,
Focuses this ray at a point 28 located in the back focal plane of the lens 26. Diverges from focal point 28
Light beam 30 strikes a small mirror 32 located at a small distance from focal point 28 and is relatively thin circular The light beam is reflected toward a Fourier transform lens section. This lens section 34 is the first
Although shown as a single lens element in the figure, as will be described later, five lens elements are used.
Will be revealed. The mirror 32 is located at the center of the Fourier transform plane defined by the lens section 34.
Block the area. The size of this region is small enough that other regions in the Fourier transform plane
The defect information at the location is hardly obstructed by the mirror 32.   The effective center of the Fourier transform lens section 34 is slightly smaller than one time the focal length from the mirror 32.
Project parallel light rays 36 onto the patterned surface of wafer 12
You. The wafer 12 is mounted in a chuck 38 that forms part of a two-dimensional translation stage 40.
. The wafer 12 is located in the object plane or front focal plane 42 of the lens section 34, and the parallel ray 36
Illuminate the patterned surface of the wafer 12. The parallel ray 36 is the surface of the wafer 12.
Illuminates an area of 20 mm in diameter. Diffracted in the illuminated area of wafer 20
The reflected ray 44 passes through the lens section 34 and is illuminated in the rear focal plane 46 of the lens section 34.
A Fourier transform pattern of the wafer surface is formed.   The Fourier transform pattern is a bright light source distributed in the expected manner in the back focal plane 46.
Including pot array. The illuminated area of the wafer 12 with a diameter of 20 mm
Gives a Fourier transform pattern with reasonable accuracy. The reason is that the wafer 12 has a lot of redundancy
This is because it is composed of a circuit pattern. However, lens section 34 is only 3 mm
An essentially astigmatic image of defects in a semiconductor wafer with an object field of Torr diameter
Design to form. The predetermined die is moved with respect to the illumination area by the translation stage 40.
Therefore, the entire predetermined die can be inspected for defects. Because of this,
A fairly large area of the wafer is illuminated and precise Fourier transformation of the redundant circuit pattern
In this case, a lens having a relatively small object field diameter is placed in the illumination area.
Introduces aberration into the Fourier transform pattern formed by condensing the light diffracted by
To a minimum.   A spatial filter 50 prepared in advance is located in the Fourier transform plane 46. Space fill
Data 50 was diffracted by a recording medium such as a photographic plate by all the dies 14 of the wafer 12.
It can be manufactured by exposure to light. This is achieved with the wafer 12 to be inspected
can do. The reason is that defect information carried by relatively low-intensity light is
The Fourier transform information which does not expose the photographic plate but is carried by relatively high intensity light is This is for exposing the photographic plate. The spatial filter 50 is a computer-based filter.
It can also be manufactured by using a method of generating a Fourier transform pattern.   The spatial filter 50 is the space of the error-free Fourier transform of the illuminated die 14 of the wafer 12
Rejects frequency, but emits light from defects in this die and other light near this die.
Passes the light diffracted by the die. Defect transport not blocked by spatial filter 50
The transmitted light beam 52 enters the inverse Fourier transform lens section 54. This lens classification is a single lens
Although shown as elements, it includes four lens elements as described below. Reverse foo
The Rier transform lens section 54 is a filter for the filtered light path of the illuminated wafer die 14.
Inverse Fourier transform the turn. Lens section 54 focuses from rear focal plane 46 of lens section 34.
It is located at a distance of one time the point distance. The elements of lens sections 34 and 54 are aligned along the same optical axis 48.
And the translation stage 49 moves the wafer die 14 across the optical axis 48.   The photodetector array 58 is centered on the optical axis 48 in the image plane 60 and resides in the die 14 on the optical axis.
An image of the existing defect is received. The image plane 60 is located in the back focal plane of the lens section 54. Les
The magnification of the lens section 54 is large enough that the resolution limit of the image substantially matches the pixels of the photodetector array 58.
To In particular, the photodetector array 58 is approximately 10 mm in a 30 mm diameter image section.
Assume that it has a light-sensing surface 62 that measures mx 10 millimeters. This is
To detect defects in the 3 mm diameter area of the wafer die 14 on the optical axis
A 10x magnification is appropriate for.   In order to detect the entire pattern surface of the wafer 12, the translation stage 40
Each part of the die 14 is sequentially moved to the optical axis 48 and illuminated with light generated from the light source 22. Stationary
The area of the light-sensing surface 62 of the photodetector array 58 determines the amount of detected light with respect to the optical axis 48.
Is limited to the area of a part of the image corresponding to only the wafer die 14 to be processed. Because of this,
Image information corresponding to any part of the illuminated off-optical axis of the wafer die 14 is obtained by a photodetector.
I can't reach Leh 58. The movement of the parallel moving stage 40 is performed continuously in a line-sequential raster system.
A time delay technique to collect defect image information for each die on the wafer 12 pattern surface
Perform surgery.   The Fourier transform lens section 34 and the inverse Fourier transform section 54 are part of one optical system.
It has a total of 10 elements as shown in FIG. Optical system 68 design
Is two important design parameters, the minimum spot diameter at the Fourier transform surface 46. “D1”And the minimum spot diameter“ dTwoComplicated by stringent requirements for "
become. The minimum spot diameter on the Fourier transform plane 46 is the largest expected circuit pattern.
Are needed to resolve the bright spots that occur in this plane. putter
If the square 16 is square, the required spot diameter d1Is the following formula:         d1<< λf1/ c Where λ is the wavelength of light emitted from the laser light source 22, f1Is the fruit of lens section 34
The effective focal length and c are the lengths of one side of the square pattern 16. 20 micron spot
Diameter d1Can be achieved for c <300 microns.   The minimum spot diameter on the image plane 60 determines the smallest detectable defect size. minimum
Spot diameter dTwoIs determined by the synergistic action of the lens sections 34 and 54 and the image magnification "m". dTwo/
Defects of diameter greater than m can be measured from the spatial extent of the image. dTwo/
Defects with a diameter smaller than m, i.e., defects with a resolution lower thanTwoHas an image spread equal to
Have an image intensity that decreases quadratically with increasing diameter. Sub-resolution defects
Inspection system 10 must achieve sufficiently low electronic or optical noise to detect
Need to be designed. The design parameters for the minimum spot diameter on the image plane are
In a preferred embodiment of stem 10 dTwo= 10 microns, m = 10 and dTwo/ m = 1 micron to diameter 3
It can be achieved over an image field of 0 millimeters.   3 and 4, the optical system 68 is a paraxial diffraction-limited optical system,
Accepts light diffracted into ± 15 ° -20 ° telesetonic ric cones and objects (ie,
Forming a periodic structure of the Fourier transform of the redundant circuit pattern of the wafer die 14)
Produces a detectable image of defects greater than 4 microns in diameter. The design of lens section 34
A paraxial diffraction-limited light pattern is formed on the Fourier transform surface 46 with asymmetric characteristics.
The reason for the asymmetry is that the diffraction angle of the optical system 68 is relatively large (± 15 ° to 20 °) and
This is because the surface to be imaged having a diameter of 3 mm is appropriately large. Lens section 54
Significantly longer focal length f to achieve 10x image magnificationTwoNeed. Lens classification 54
Design has an asymmetric characteristic and the entrance pupil is located close to the front lens element 72 of lens section 34.
To offset the residual aberration introduced by the lens section 34 and extend the length of the optical system 68.
And the diameter of the lens element incorporated therein is minimized.   The object surface of the lens section 54 is positioned so as to be substantially in contact with the Fourier transform surface 46, and the To obtain a compact spatial filter configuration. Between the lens section 54 and the Fourier transform surface 46,
For introducing the illumination beam through the Fourier transform plane and supporting the spatial filter 50
Sufficient space is required to accommodate the mechanical structure. Optical system 68
-fTwo/ f1 Is designed to be an inverted image of an object having a magnification of. Where fTwoIs Len
F at the effective focal length ofTwo= 600mm, f1Is the effective focal point of lens section 34
F at distance1= 60 millimeters, which results in a magnification “m” of 10.   The lens section is designed to meet the following two performance requirements. First most important
The requirements are for any object on the object plane or 3 mm diameter object located in the front focal plane 42.
Light diffracted into a telecentric cone ± 15 ° -20 ° from point is small enough for aberration
To form a paraxial diffracted light image with extremely small geometric distortion.
To do it. The second requirement is ± 15 ° to 20 ° through a 20 mm diameter object.
° Plane waves propagating in the range have the smallest vignetting and 20 micron
An object of the present invention is to generate a light pattern having a spot diameter equal to or smaller than the spot diameter.   Since the residual aberration introduced into the lens section 54 by the lens section 34 is multiplied,
It is almost impossible to remove this residual aberration by compensation aberration in the lens section 54
It is. Therefore, as a design requirement, the lens section 34 is located on the Fourier transform surface 46.
For incident plane waves over a diffraction angle of ± 15 ° to 20 ° and an entrance pupil diameter of 20 mm.
(1) Being isopranatism (ie, the aberration is a small part of the Fourier transform image field)
The lens is kept constant over a linear
(2) Being essentially aplanat (ie, spherical aberration and
(3) be essentially anastigmat (ie, astigmatism)
(Having a flat image surface without aberration).   To generate a paraxial diffracted light image on image plane 60, lens section 34 must be
For a point-like object located within a 3 mm diameter area in the anterior focal plane 42
It is necessary to generate a plane wave. For this purpose, a main beam within a diffraction angle range of ± 15 ° to 20 ° is used.
Make the rays telecentric during the design of the lens section 34, i.e. parallel to the optical axis 48
It is necessary to make the residual aberration supplied to the lens section 54 extremely small so that it can be compensated.
You.   As a design approach to lens section 34, lens section 34 emanates from an object at infinity Which receives light within the range of ± 15 ° to 20 ° and the entrance pupil is located at the front focal plane 42
And As a result, the Fourier transform pattern is located at the back focal plane 46 of the lens.   In particular, lens section 34 comprises five elements coaxially positioned along optical axis 48.
Including. Element 72 is a biconvex lens, and element 74 is a positive meniscus lens.
The lens is located close to the entrance pupil of the lens system 68 to suppress spherical aberration. Biconcave
The lens 76 suppresses the curvature of field. Biconvex lens 78 and positive meniscus lens 80 are focused
It is located in the light beam to suppress astigmatism. Thus, a diffraction angle of ± 15 ° to 20 °
To achieve the aberration suppression imposed by the range, lens section 34 comprises five elements 72,
Requires 74, 76, 78 and 80, and these elements are made of high refractive index glass.   The design of the lens section 54 is such that the object is located at the front focal plane 42 of the lens section 34 at 3 mm.
Residual spherical aberration introduced by lens section 34 when located within an object of
Coma is to be canceled. The biconvex lens element 70 and the biconcave lens element 84
The residual spherical aberration introduced by the lens section 34 which is located close to the
cancel. The negative meniscus lens element 86 is the frame yield introduced by lens section 34.
Offset the difference. The weak positive refractive power meniscus lens element 88 is the refractive of the lens section 54
Dissipating forces allow lens elements 70, 84 and 86 to cancel residual aberrations from lens section 34
It is possible to introduce light spherical aberration and coma aberration. Lens element 88
Also serves to correct astigmatism in the image plane 60. Weak positive plano-convex lens
The zoom element 90 is located close to the image plane 60 to suppress geometric distortion of the image. But the element
A positive power of 90 weakens field curvature and astigmatism correction. Image quality at image plane 60
Is the higher order introduced by lens section 34 and such cancellation of field curvature and astigmatism.
Barely meet design goals due to limitations imposed by the presence of residual spherical aberration
You.   Tables I and II below show the design specifications for the optical system 68 and the spacing between adjacent elements.
It is.   Table I shows the design values of the elements of the lens section 34 and the spatial filter 50, and Table II shows the lens
The design value of the element of the section 54 is shown. Tables a to w correspond to the surfaces with letter symbols in FIG.
The surface “a” corresponds to the object plane 42, and the surface “w” corresponds to the image plane 60. Surface l1And lTwo
Corresponds to the spatial filter. The radius of curvature and diameter are shown for each surface. These surfaces are flat surfaces a, l1, LTwo, v and w are spherical.
The positive radius of curvature of the surface is such that the center of curvature is on the right side in FIG.
The radius of curvature indicates that the center of curvature is to its left. Unit of measurement is millimeter
The width in the width direction up to the next surface is measured from left to right in FIG.
You.   FIG. 5 shows a defect in a semiconductor wafer of the type inspected by the inspection system 10 described above.
FIG. 3 is a schematic diagram of a second preferred embodiment 100 of the inspection system of the present invention designed to detect.
is there. The inspection system 100 of this example substantially satisfies the same performance specifications as the inspection system 10.
It is designed as follows. Inspection system 100 was written to the liquid crystal layer spatial filter 102
Equipped with a folded Fourier transform optical system including a Fourier transform spectral pattern
You. The liquid crystal spatial filter 102 has a regular period of the pattern surface of the semiconductor wafer 12.
Scatters light at the spatial frequency associated with the spatial structure and defects in the pattern surface
Reflects light of the relevant spatial frequency. Is spatial filter 102 a defect in wafer 12?
It reflects the light emanating from it and provides the folded Fourier optics of the inspection system 100.   The inspection system 100 is a substantially parallel beam of 442.5 nanometer monochromatic light 106.
A light source 104 for generating a laser beam, the light beam being incident on a lens 108,
The lens focuses this beam at the center of the aperture of the pinhole spatial filter 112.
Focus on 0. The light beam generated by the laser 104 is linearly polarized in the plane of FIG.
Have been. The beam 114 diverging from the focal point 110 is a plate-type polarizing beam splitter.
At 116, this splitter converts the polarized light into a plane perpendicular to the plane of the paper in FIG.
It reflects, but transmits polarized light in the plane of the paper of FIG. Quarter wave plate 118
Receives the light beam 114 transmitted through the beam splitter 116 and turns it into circularly polarized light. Four
The circularly polarized light beam emitted from the half-wave plate 118 becomes a fairly thin circular beam and becomes a Fourier
Propagating toward the conversion lens section 120. This lens section 120 is a single lens in FIG.
Although shown as a lens element, it is realized by five lens elements as described later.   The effective center of the Fourier transform lens section 120 is focused by the pinhole spatial filter 112.
The parallel circularly polarized light beam 122 is placed at a distance of one time the point distance and the surface of the wafer 12 is patterned.
To project. The wafer 12 is mounted in a chuck 38 on a translation stage 40. Parallel rays
122 illuminates a 20 mm diameter area of the surface of the wafer 12. Wafer 12
It is located in the anterior focal plane or object plane 124 as described above for inspection system 10.   The circularly polarized light beam 126 diffracted in the illumination area of the wafer 12 is divided into a lens section 120 and a quarter.
The wave propagating through the quarter-wave plate 118, and transmitted from the quarter-wave plate 128
A linearly polarized light beam 128 is emitted. This light beam 128 is converted by the polarizing beam splitter 116
The light is reflected in the direction of the quarter wave plate 130, which turns the light beam 128 into circularly polarized light. The circularly polarized light beam 132 exiting the quarter-wave plate 130 is applied to the laser absorption layer of the spatial filter 120.
134. Ray 132 is applied to the back focal plane 136 of lens section 120 on the illumination wafer surface.
Form a Fourier transform pattern.   The spatial filter 102 is the error-free Fourier transform of the illuminated die 14 of the wafer 12
It absorbs and blocks inter-frequency, but reflects and transmits light emanating from defects in this die.
Spend. The spatial filter 102 differs from the spatial filter 50 in two main respects. No.
First, the error-free Fourier transform pattern is applied to the spatial filter 102 in the liquid crystal layer and the spatial filter.
In the filter 50, the data is written on the photosensitive emulsion on the photographic plate. Second, the spatial filter 102
Is a reflection type, and the spatial filter 50 is a transmission type.   The defect-carrying circularly polarized light beam 138 reflected by the spatial filter 102
, And the plate 130 converts the circularly polarized light beam 138 into a linearly polarized light in the plane of FIG.
Change to light ray 140. Ray 140 passes through beam splitter 116 and is inverse Fourier
The light enters the conversion lens section 142. This lens section is shown as a single lens in FIG.
, But includes five lens elements as described below. Inverse Fourier transform lens section
The component 142 performs an inverse Fourier transform of the filtered light pattern. Lens classification
142 is located at a distance of one time the focal length from the back focal plane 136 of the lens section 120. Les
The lens elements of lens sections 120 and 142 have two sections 14 in the plane of beam splitter 116.
6 and 148 are aligned along the same optical axis 144 which is bent. Translation stage
40 moves wafer die 14 across section 146 of optical axis 144.   The photodetector array 58 is centered on the optical axis 144 in the image plane 150, and the wafer on the optical axis is
An image of a defect present on the die is received. Image plane 150 is located at the back focal plane of lens section 142.
Place. Magnification of lens section 142 described for lens section 54 of inspection system 10
For the same reason, the same value as that of the lens section 54 is used. All pattern surface of wafer
Is accomplished in the same manner as described for the inspection system 10.   FIG. 6 is a cross-sectional view of the spatial filter 102, which
To form a laser smectic light valve on which a Fourier transform pattern is written.
You. The laser smectic light valve of the type used in the present invention was
Automation Technology Institute Conference in Montreal, Da
Kahn, Frederic J. et al. Paper “LARGE AREA, ENGIN-EERING D RAWING QUALITY DISPLAYS USING LASER ADDRESSED SMETIC LIQUID CRYSTAL LIGH
T VALVES ".   In FIG. 6, the spatial filter 102 comprises a pair of spaced glass substrates 160 and
And a liquid crystal material 164 between them. Laser absorption layer 166
It adheres to the inner surface of the glass substrate 160. A reflective electrode 168 is attached on the inner surface of the laser absorption layer 166.
Then, the transparent electrode 170 is attached to the inner surface of the glass substrate 162. Director alignment layer 172
It adheres to the inner surface of the reflective electrode 168 and the inner surface of the transparent electrode 170. Liquid contained in cell
The director 174 of the crystalline material 164 has a layered parallel order of the smectic phase. No error
The Fourier transform pattern is written in the spatial filter 102 as follows.   The thinly focused writing laser beam 176 passes through the glass
6 Focus on top. Laser absorption layer 160 absorbs incident laser light and converts it to heat
I do. This heat is rapidly conducted to a local area of the liquid crystal material 164, and the temperature of the local area is sufficiently increased.
This local part is heated to above the critical transition temperature. This temperature rise is about a few degrees Celsius
.   When the temperature of the liquid crystal material 164 exceeds the critical transition temperature, the director 174 is no longer
Without maintaining the layered parallel order of the smectic phase shown in Fig. 6, it is characteristic of ordinary isotropic liquids.
It has a random orientation. Turn off the focused laser beam or move to another writing position
When moved, the previously exposed local heat is dissipated to the glass substrates 160 and 162 and
The local cools rapidly to its ambient operating temperature. Glass substrates 160 and 162 are about 13 micron
The thickness is typically 100 to 500 times the thickness of the liquid crystal material 164. This place
The liquid crystal material 164 reorients the director 174 to a uniformly ordered smectic alignment.
Director 174 cools down at a rate that is insufficient to
Maintain disordered orientation.   The area of the spatial filter heated by the writing laser beam scatters the incident light,
The unheated areas of the spatial filter 102 do not scatter light. Therefore, the written area is empty
The incident light propagating in the direction of the arrow 178 in the inter filter is scattered. This light is scattered
Therefore, it is not focused by the lens section 142 (FIG. 5). Non-spatial filter 102
The writing area acts like a mirror.   The entire filter pattern is transparent to the transparent electrode 170 on the inner surface of the glass
It can be erased by applying an AC voltage between the reflective electrode 168 and the layer 166. it can. In this case, an electric field generated between the liquid crystal materials 164 causes the director 174 to generate an applied electric field.
Align light in parallel and thus scatter light perpendicular to the surfaces of glass substrates 160 and 162.
Not to be.   The error-free Fourier transform is converted into a spatial filter 102 by a laser beam scanning device.
The laser beam 176 is scanned along the surface of the glass substrate 160 and
By irradiating a fixed part, the writing area or light scattering point corresponding to the Fourier transform pattern
It can be written by forming.   The Fourier transform lens section 120 and the inverse Fourier transform lens section 142 are shown in FIG.
Thus, it is designed as a part of one optical system 200, and has a total of ten elements. Les
Lens section 120 is designed to satisfy the following two performance requirements. The first requirement is
From any point on the object with a diameter of 3 mm located at the object plane or the front focal plane 124
Light diffused in a ± 15 ° -20 ° telecentric cone with sufficiently small ray aberration
Parallel to enable the formation of very small geometric distortion paraxial diffraction-limited images
It is in. The second requirement is to use a long back focal length with the face of the beam splitter 116
To be able to fold the system. This optical system 200
The design is based on the minimum spot diameter “d” on the Fourier transform surface 136.1At the image plane 150
Minimum spot diameter “dTwoThe complexity is due to the stringent requirements for ". Spot diameter d1
And dTwoAnd design parameters for image magnification “m” are described for inspection system 10.
It is the same as solid.   To achieve a long back focal length, lens section 120 comprises five elements 202, 204, 206
, 208 and 210 are required.   Lens section 120 is in the form of a Berthele eyepiece. This is
Eyepieces have a long back focal length and a large aperture ratio
. Elements 204 and 206 are the strong negative refractions required on the input side of the Barcel eyepiece
A negative meniscus lens that gives power.   The lens section 120 forms a Fourier transform pattern from the incident plane wave, and
Cooperates with the lens section 142 to form an image ten times larger than the wafer 12 located at the front focal plane 124.
You. These two functions place severe constraints on the design of lens section 120. The reason is,
Dominant light of the fan beam associated with the diffraction energy producing the Fourier transform pattern This is because the line becomes a light ray constituting the on-axis image point of the enlarged image. Under these conditions
The magnified image shows that the chief ray is not exactly parallel to the optical axis 144, ie not telecentric
Sometimes exhibit extremely strong spherical aberration. The chief ray follows a sine relationship with the Fourier transform surface 136.
(Ie, the height of the intersection is the diffraction angle of the focal length of lens section 120)
If not equal to the sine factor), the magnified image shows very strong coma. This frame
If the magnitude of aberration and spherical aberration is not corrected in the lens section 120, the lens section 142
It is not possible to correct for.   The residual spherical aberration has a spherical aberration correction surface located downstream of the beam splitter 116.
Is corrected by the flat plate 212. The aspheric correction plate 212 removes substantially all of the spherical aberration.
However, due to its position and shape, coma aberration that is not very strong in the magnified image is introduced.
You. This coma is removed by the lens section 142.   Lens section 142 consists of five elements 214, 216, 218, 220 and 222,
The element is preferably mounted in a long tube. Elements 214, 216 and 218 are aspheric
It operates as a triplet located immediately after the correction plate 212. Elements 214, 216 and 21
8 bending mainly corrected for coma introduced by the aspherical correction plate 212
And select their power distribution and glass type in Petzval
Choose to suppress the song. Elements 220 and 222 correct system residual astigmatism
I do.   Tables III and IV show the design specifications of the optical system 200 and the spacing between adjacent elements.
is there. Table III shows the elements of lens section 120, quarter wave plates 118 and 130, beams
The design values of the splitter 116, the spatial filter 102, and the aspherical correction plate 212 are shown.
The design values of the elements of the lens section 142 are shown. Surfaces a to 11 are provided with the letters and symbols shown in FIG.
Surface "a" corresponds to the object plane, surface "ll" corresponds to the image plane 150
I do. Surfaces l-aa are quarter wave plates 118 and 130, beam splitters, spatial filters.
It corresponds to the filter 102 and the aspherical correction plate 212. Some surfaces have two symbols
, One symbol represents the surface on which light propagating toward the spatial filter 102 is incident.
, The other symbol represents the surface on which the light reflected by the spatial filter 102 is incident.
The radius of curvature and the diameter are shown for each surface, and these surfaces are plane surfaces a,
It is spherical except for the surface z which is aspherical with l-y, aa and ll. Surface positive song
rate The radius indicates that the center of the curvature is on the right side of the figure (FIG. 7), and the negative radius of curvature is
The center of the curvature is shown on the left side of the figure. Dimensions are in millimeters,
The axial distance to the next surface is measured in the positive direction from left to right in FIG.
You.   Beam splitter 116 undergoes an eccentricity of 45 ° rotation in a plane perpendicular to the plane of FIG.
. The aspheric correction plate 212 has an eccentricity of -2.1642 mm vertically downward in FIG.
receive. Eccentricity defines a new coordinate system (a coordinate system that has been moved and / or rotated).
A subsequent surface is defined in the coordinate system. Eccentric surface is local to new coordinate system
Aligned along a suitable mechanical axis. The new mechanical axis is changed by another eccentricity
Used until   Since the defect inspection techniques of the detection systems 10 and 100 are the same, the following description
Perform only for system 10. Referring to FIGS. 1 and 8, defects in wafer 12 are shown.
The presence of a predetermined threshold amount located in the inspection area 250 of the defect image field in the image plane 60.
It is determined by detecting the region of the light intensity exceeding. The inspection area 250 is shown in FIG.
Included in the outline 252 shown by the dashed line determined by the outer edge of the die adjacent to the periphery of the wafer 12.
It is an area to be filled. Since the lens section 54 gives 10 times magnification, the defect image in the image plane 60
The field of view has an area 100 times the area of the inspection area 250.   Determining the presence of defects in the wafer 12 requires the wafer to be stripped 1.0 mm wide.
And the parallel moving stage 40 is moved in a raster scanning manner to
The entire surface of the wafer 12 is scanned by the emitted 20 mm × 20 mm spot.
Achieved by tripe illuminating sequentially. Photodetector array 58 is centered on optical axis 48
And has a 10 mm x 10 mm light sensitive surface 62,
The photodetector array is on the 1.0mm x 1.0mm optical axis of the wafer 12.
Only the aberration-free inverse Fourier transform pattern corresponding to the illumination region is detected. (Len
The 10x magnification given by the size section 54 is 1.0 mm x 1.0 mm
The dimensions of the illumination wafer area correspond to the detection area of 10 mm x 10 mm.
Let )   The translation stage 40 moves the wafer 12 in a plane 42 by 20 mm × 20 mm.
An XY positioning table that can be positioned with respect to the light beam 36 of the camera. Translation
The upper or Y-stage 256 of the moving stage 40 supports the chuck 38 and places the wafer 12 in the plane 42.
And move it in the Y direction. The lower stage of the translation stage 40 or the X-stage 258 flattens the wafer 12.
It is moved in the X direction within the surface 42. A preferred example of the XY positioning table is Ken.
Jington Laboratories (Richmond, California, USA) Model 8500.   The control circuit (not shown) of the translation stage 40 divides each stripe region of the wafer with the optical axis 48.
And the wafer 12 is moved at a constant speed. Translation stage 40
Is the defect image in the image plane 60 for the position of the translation stage 40 and a known position on the wafer 12.
Position information indicating the position of the defect in the area. Detection of defects in the image is described below
This is done according to a time delay integration technique.   9A and 9B show the outline of the lower left corner of the wafer of FIG.
Raster scan of region 254 and translation stage 40 moving along these stripe regions
It is an enlarged view of each path. FIG. 10 shows the stripe region in FIG. 9B.
FIG. 4 is an enlarged view of a portion of the photodetector element forming a light sensitive surface 62 of a photodetector array 58;
The dimensions of the element 260 and the lens section 54 have a magnification of 10 times, so that
It shows a one-to-one correspondence between a pixel 262 having one dimension. Photo detector
Array 58 consists of 206336 photodetectors arranged in 430 rows × 512 columns as described below.
Have children.   9A, 9B and 10, the photodetector array 58 includes a light window 26 through which light to be detected passes.
With 4. The light window 264 has sides 266 and 268 that define the length and sides 270 and 270 that define the width.
And 272. In general, the light window 264 is fixedly arranged so as to be aligned with the optical axis 48.
You. Due to the movement of the wafer 12, the defect image field of view showing an enlarged image of the inspection area 250 closes the optical window.
Move across. However, for clarity, the following description
The 12 inspection zones 250 will be described as moving across the light window 264.   During normal scanning operation, the translation stage 40 moves the wafer 12 across the light window 264 in the X direction.
To move, side 272 of light window 264 aligns with line segment 278 of inspection area 250. Light window 26
The movement of the wafer 12 across 4 is from the effective starting position 276 in FIGS. 9B and 10.
A path segment 274a extending rightward is defined along the stripe region 254. Of light window 264
Sides 266 and 268 are parallel to the Y-direction, and these sides cause the detector array 58 to move in the X-direction.
Area 254 (section 9B) corresponding to the portion of the inspection area 250 traveling across
(Three shown in the figure) are determined.   After the line segment 282 of the inspection area 250 passes through the side 266 of the light window 264, the translation stage 40
Wafer 12 is moved along a retrace path segment 284a extending to the left in FIGS. 9B and 10. To a starting position 286 for scanning the second adjacent stripe region 254.
. During retrace, the Y-stage 256 divides the wafer 12 into the width of the stripe region 254 (ie, 1.0 mm).
), And the X-stage 258 moves the wafer through the path segment 27.
Move by a distance equal to the length of 4a. After returning, the translation stage 40 exits the wafer 12.
From the starting position 286, move along the path segment 274b in the X direction to
Scan region 254.   The above scanning and retrace operations are repeated until the entire inspection area 250 crosses the optical axis 48.
. However, the length of the scanning and retrace path segments may vary depending on the difference in the X-direction dimensions of the inspection area 250.
Make the difference.   Referring specifically to FIG. 10, the photodetector array 58 of the preferred embodiment includes a row 290 and a column 292.
Coupled RCA model 6220-044 including array 288 of photodetectors 260 arranged in a matrix
Device. Array 288 has 403 rows and 512 columns of photodetectors. Row 290
Are a group of elements 260 arranged in a straight line perpendicular to the inspection direction (ie, in the Y direction).
292 is a group of elements 260 arranged in a straight line parallel to the scanning direction (ie, in the X direction).
. Each row 290 and each column 292 has a size of 6.45 milliliters and 10.24 millimeters, respectively.
Have a length. Each photodetector 260 is 16 microns long and 20 microns wide.
Thus, the width of each stripe region 254 is equal to the total length of a row of 403 photodetectors.
. Each photodetector 260 emits from a portion of the inspection area 250 that is aligned therewith through a light window 264.
Incident on the potential well, and the intensity of the
A corresponding amount of charge or measured energy value is stored.   Each stripe area 254 in the inspection area 250 is detected by the enlargement processing of the lens section 54
It is divided into an array 294 of pixels 262 having the same dimensions as the element 260. Array 294
Of pixels 262 are arranged in rows 296 and columns 298, each row having 403 pixels, and each column having
It has a number of pixels determined by the length of the stripe region 264. Within the stripe area
Of light crosses the inspection area 250 across the light window 264 along each stripe region 254
And move the energy value corresponding to the light intensity of each pixel according to the method described below.
Detected by taking out.   The X-stage 258 moves the wafer 12 from the departure position 276 to the left in the X direction to the side of the light window 264.
268 is the inspection area The scanning process is started by accelerating the movement until it coincides with the 250 line segment 300.
X-stage 258 then moves wafer 12 along stripe region 254 at a predetermined constant speed.
Move.   The detector elements 260 in the first row 290a of the array 288 are aligned with the pixels in the first row 296a of the array 294.
When queuing, the following occurs: The potential of each of the photodetectors 260 in row 290a
A charge is generated in the luwer. The charge amount corresponds to the light intensity existing in the corresponding pixel
(The potential well of the photodetector 260 is not scanned before scanning the stripe region 254.
Does not accumulate). Row transfer clock supplied to each row 290 of array 288
The signal causes the charge from each photodetector element 260 in row 290a to be transferred to the next adjacent second row 290b.
Are transferred to the photodetectors in the same column 292. In this transfer, the photodetector and the pixel
(X-stage 258 moves wafer 12 along stripe region 254).
And continuous movement, so there is no noise resulting from aliasing between adjacent pixel rows.
There is a visible amount of image degradation). After the charge transfer from row 290a to row 290b, the light in row 290a
No accumulated charge exists in the potential well of the detection element.   Photodetectors 260 in second row 290b are aligned with pixels 262 in second row of array 294
And the following happens. Potential well of each photodetector 260 in rows 290a and 290b
A charge is generated inside. Charge generated in each photodetector 260 in row 290b is transferred before
Added to the charge. Therefore, the charge amount of the photodetector 260 in the row 290b is
2 of the energy value corresponding to the intensity of light present in the pixel in each column of row 296a of ray 294.
Represents double. A row transfer clock signal is output from each of the photodetectors 260 in rows 290b and 290a.
The charge is transferred to the next adjacent photodetector in the same column 292 in the third row 290c and 290b, respectively.
Transfer to   (1) Each light detection element 260 in the row 290 has the light intensity of the pixel 262 where each light detection element is aligned.
And (2) this energy value in the next adjacent row 2
The above-described process of transferring to the photodetectors in the same column 292 in 90 is performed by the row transfer clock signal.
Repeated for 255 cycles.   After the completion of 255 such line sequential transfers, the 256th or last line 290 of the array 288
The photodetectors in d align with the pixels in the first row 296a of array 294. In the first row 296a
The previous 255 accumulated energy values for each pixel in It is added to the 256th energy obtained by the child 260. 256th row transfer
Prior to the generation of the lock signal, 512 photodetectors 260 corresponding to pixels 262 in row 296a
Energy values are read out in series by the high-speed data transfer clock signal.
You. The accumulated energy value for each pixel 262 is converted to digital form and the threshold
The amount of light present at each pixel 262 as processed by the value detector corresponds to the corresponding amount in wafer 12.
Determine whether to indicate that the location is defective.   When the 256th cycle of the row transfer clock signal occurs, each pixel in the second row 296b
The accumulated energy value of 255 before 262 is used for each photodetector 26 in the last row 290d.
Added to the 256th energy value obtained by zero. Row transfer clock signal
Before the occurrence of the 257th cycle, 512 photodetectors corresponding to the pixels in row 296b
The contents of 260 are read and processed as described above.   Scanning of the stripe region 254 continues during successive cycles of the row transfer clock signal.
256 energy for each pixel 262 in row 296 and column 298 of array 294
The values are accumulated in the photodetectors 260 in the corresponding columns 292 and rows 290d of the array 288.   There are several features in the accumulation of energy values characteristic of the scanning process described above.
First, each photodetector in row 290a determines an energy value for one pixel 262.
Do not accumulate more than once. Second, currently aligned with pixel 262 in a particular row 296
The photodetector element 260 in row 290 is the next row aligned with pixel 262 in this particular row 296.
, The accumulated energy value is always larger by one time than that of the light detection elements 260 in the row 290 adjacent to.
Third, each photodetector in row 290d is exposed to the light present at pixel 262 where the element is aligned.
The corresponding energy value will be accumulated 256 times.   When the edge 282 of the inspection area 250 completely passes through the side 266 of the light window 264, a stripe is formed.
The scanning of the area 254 is completed, and the accumulated energy value of the pixel in the last row 296d of the array 294 is obtained.
Are read from the photodetectors in the last row 290d of the array 288. X-stage 258 is wafer
12 is decelerated and stopped at the stop position 302 (FIG. 11 shows the inspection area at this position).
Light window 264 for region 250 is shown in dashed lines). Then the X-stage 258 and the Y-stage 25
6 and the wafer 12 are returned along the path segment 234a to the starting position 286. This
During the period of time, the potential well of the photodetector 260 is cleared and the next adjacent stratum is cleared.
A preparation is made for scanning of the ip area 254. Running of the second and subsequent stripe regions 254 The search and retrace proceed as described above.   One skilled in the art can make many variations to the preferred embodiment of the invention described above.
It is clear that. For example, defect inspection of photomask instead of semiconductor wafer
can do. However, in this case, the inspection systems 10 and 100 are
Need to be changed to transmit through the photomask. As a second example, the inspection system
Instead of the plate-shaped beam splitter 116 used in the system 100, a cubic
An optical beam splitter can be used. Cube beam splitter reflects light
The background noise resulting from this is reduced, but the design values of the lens
There is a need to reduce the spherical aberration introduced by the muscle splitter.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の欠陥検査システムの第1の好適実施例の光学系を示す線図、 第2図は第1図及び第6図のシステムによる欠陥検査に好適なタイプの通常同
一のダイの規則正しいアレーを具える半導体ウエファを示す線図、 第3図は第1図の欠陥検査システム内に組み込まれるフーリエ変換及び逆フー
リエ変換レンズ系の非対称性を示す簡略図、 第4図は第3図のレンズ系の光学素子を示す図、 第5図は本発明の欠陥検査システムの第2の好適実施例の光学系を示す線図、 第6図は第5図の欠陥検査システムに使用する空間フィルタの断面図、 第7図は第5図の欠陥検査システムに組み込まれるフーリエ変換及び逆フーリ
エ変換レンズ系の光学素子を示す図、 第8図は第2図の半導体ウエファ内の欠陥の存在及び位置を検出するための走
査機構の斜視図、 第9A図は第8図の半導体ウエファの左下コーナ部の3つのストライプ領域を示
す部分拡大図、 第9B図は第8及び9A図のストライプ領域の拡大図であって、欠陥像面内の欠陥
像を検出するための第8図の走査機構によるラスタ走査パスを光検出器と相対的
に示す図、 第10図は倍率が10倍の場合における欠陥像面内の画素のアレーと本発明で使用
する電荷結合装置の光検出素子のアレーを示す図である。 10 欠陥検査システム 12 ウエファ 14 ダイ 16 冗長回路パターン 22 レーザ光源 34 フーリエ変換レンズ 40 平行移動段 50 空間フィルタ 54 逆フーリエ変換変換レンズ 58 光検出器アレー 100 欠陥検査システム 102 空間フィルタ 104 レーザ光源 116 ビームスプリッタ 118 λ/4板 120 フーリエ変換レンズ 130 λ/4板 142 逆フーリエ変換レンズ 250 検査区域 254 ストライプ領域 260 光検出素子 264 光窓 288 光検出素子アレー 262 画素 294 画素アレー
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an optical system of a first preferred embodiment of a defect inspection system of the present invention, and FIG. 2 is suitable for defect inspection by the systems of FIGS. 1 and 6. And FIG. 3 is a simplified diagram showing the asymmetry of the Fourier transform and inverse Fourier transform lens systems incorporated in the defect inspection system of FIG. FIG. 4 is a diagram showing an optical element of the lens system shown in FIG. 3, FIG. 5 is a diagram showing an optical system of a second preferred embodiment of the defect inspection system of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a sectional view of a spatial filter used in the defect inspection system of FIG. 7, FIG. 7 is a diagram showing optical elements of a Fourier transform and inverse Fourier transform lens system incorporated in the defect inspection system of FIG. 5, and FIG. The presence of defects in the semiconductor wafer and 9A is a partially enlarged view showing three stripe regions at the lower left corner of the semiconductor wafer shown in FIG. 8, and FIG. 9B is a partially enlarged view showing the stripe regions shown in FIGS. 8 and 9A. FIG. 10 is an enlarged view showing a raster scanning path by the scanning mechanism of FIG. 8 for detecting a defect image in a defect image plane relative to a photodetector. FIG. 10 shows a case where the magnification is 10 times. FIG. 2 is a diagram showing an array of pixels in a defect image plane and an array of photodetectors of a charge-coupled device used in the present invention. 10 Defect inspection system 12 Wafer 14 Die 16 Redundant circuit pattern 22 Laser light source 34 Fourier transform lens 40 Parallel movement stage 50 Spatial filter 54 Inverse Fourier transform transform lens 58 Photodetector array 100 Defect inspection system 102 Spatial filter 104 Laser light source 116 Beam splitter 118 λ / 4 plate 120 Fourier transform lens 130 λ / 4 plate 142 Inverse Fourier transform lens 250 Inspection area 254 Stripe area 260 Photodetector 264 Optical window 288 Photodetector array 262 pixels 294 pixels array

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.光軸に沿って配置された第1及び第2レンズを具え、第1レンズにより被検
体から、選択的にフィルタリングし得る周波数成分を有する空間周波数スペクト
ルを発生させ、第2レンズにより被検体内に存在する欠陥の像を発生させる結像
システムにおいて、多数の冗長回路パターンを有する少なくとも一つのダイを含
む被検体内の欠陥を検出するに当り、 光軸と整列するダイ回路パターン及び光軸に近接して位置するダイ回路パター
ンを含む複数のダイ回路パターンを照明し、 照明された複数のダイ回路パターンのフーリエ変換パターンを略々表わす光パ
ターンであってダイ内干渉パターン情報を含む光パターンを発生させ、この光パ
ターンの発生において、第1レンズによる集光を光軸と整列する照明されたダイ
回路パターン及び光軸に近接して位置する照明されたダイ回路パターンとにより
回折された光に制限して光パターンの発生時に光パターンに導入されるオフアク
シス収差を最小にし、 透明部分と、前記多数のダイ回路パターンに対応する無誤り基準パターンのフ
ーリエ変換パターンに一致する不透明部分とを有する光フィルタを前記光パター
ンを受け、前記光パターンの空間周波数成分を阻止するように配置し、 この光フィルタにより阻止されなかった空間周波数成分であって、光軸と交差
する所定の空間領域内に存在する前記ダイ内の多数の回路パターンより少数の回
路パターンに対応する空間周波数成分を集光して集光空間周波数成分をレンズ導
入収差を殆ど含まないものに制限して欠陥の像を形成し、 阻止されなかったダイ内空間周波数成分を処理してダイ内の欠陥の位置及び大
きさを決定することを特徴とする欠陥検査方法。 2.被検体の位置を光軸の位置に対し変化させて異なる所定数のダイ回路パター
ンを光軸と交差する空間領域内に位置させてこれらのダイ回路パターンのダイ内
空間周波数成分を処理することを特徴とする請求項1記載の方法。 3.阻止されなかったダイ内空間周波数成分の処理は光検出器の光感知表面を光
軸を中心に配置して行い、その光感知表面を前記集光空間周波数成分に対応する
欠陥の像が現れる像面区域より小さい面積にすることを特徴とする請求項1記載
の方法。 4.第1及び第2レンズは共働して照明されたダイ回路パターンにより回折され
た光を受光し、これらダイ回路パターンに対応する空間周波数成分から像を形成
するものとすることを特徴とする請求項1記載の方法。 5.第1レンズは複数の素子から成る第1レンズ区分を具え、第2レンズは複数
の素子から成る第2レンズ区分を具え、第1及び第2レンズ区分は非対称性の近
軸回折−被制限レンズ系を構成することを特徴とする請求項4記載の方法。 6.照明手段が略々平行な光を発生する請求項1記載の方法において、更に、 被検体上に、各々一連の隣接ダイを含む複数の隣接ストライプを定め、 被検体と照明平行光とを各ストライプの長さに沿って相対的に移動させて所定
数のダイ回路パターンを光軸に対し中心の位置で照明し、 光軸に対し中心の位置にあるこれらダイ回路パターンに対応する阻止されなか
った空間周波数成分を処理することを特徴とする欠陥検査方法。 7.被検体を移動可能にし、照明平行光は光軸に対し固定にすることを特徴とと
する請求項6記載の方法。 8.集光する空間周波数成分は照明されたダイ回路パターンの全部より少数の回
路パターンに対応するものとすることを特徴とする請求項1記載の方法。9. 第1部分に多数の冗長回路パターンを有する少なくとも一つのダイを含むタ
イプの被検体内の欠陥を検出する光学系において、当該光学系は光軸を有し、且
前記被検体の第1部分の一部分であって、光軸と整列するダイ回路パターン及
び光軸に近接して位置するダイ回路パターンを含む複数のダイ回路パターンが存
在する第2部分を照明する照明手段と、 照明された複数の回路パターンのフーリエ変換パターンを略々表わす光パター
ンであってダイ内干渉パターン情報を含む光パターンを発生するパター ン発生手段であって、比較的小さい物体視野径を有するレンズを含み、このレン
ズにより光軸と整列する照明されたダイ回路パターン及び光軸に近接して位置す
る照明されたダイ回路パターンにより回折された光を集光して光パターンの発生
時に光パターンに導入されるオフアクシス収差を最小にするパターン発生手段
、 透明部分と、前記多数のダイ回路パターンに対応する無誤り基準パターンのフ
ーリエ変換に一致する不透明部分とを有し、前記光パターンを受けてその空間周
波数成分を阻止する光フィルタと、 この光フィルタにより阻止されなかった空間周波数成分を集光する集光手段
あって、光軸と交差する所定の空間領域内に存在する前記ダイ内の多数の回路パ
ターンより少数の回路パターンに対応する空間周波数成分を集光して集光空間周
波数成分をレンズ導入収差を殆ど含まないものに制限する集光手段と、 阻止されなかったダイ内空間周波数成分のみを処理してダイ内の欠陥の位置及
び大きさを決定する処理手段とを具えたことを特徴とする欠陥検出用光学系。10 .前記照明手段は略々平行な光を放出し、当該光学系は、更に、被検体の位置
を照明平行光の位置に対し変化させて異なる複数のダイ回路パターンを照明平行
光で照明される被検体の第2部分に位置させてこれらのダイ回路パターンのダイ
内空間周波数成分を処理させる位置決め手段を具えていることを特徴とする請求
記載の光学系。11 .前記パターン発生手段及び集光手段は、前記照明手段により照明される被検
体の第2部分と交差する光軸に沿って配置された各別の第1及び第2レンズで構
成してあることを特徴とする請求項記載の光学系。12 .前記パターン発生手段及び前記集光手段は照明された複数のダイ回路パター
ンにより回折された光を受光し、これらダイ回路パターンに対応する空間周波数
成分から像を形成する別の第1及び第2レンズで構成してあることを特徴とす
る請求項記載の光学系。13 .第1レンズは複数の素子から成る第1レンズ区分を具え、第2レンズは複 数のレンズ素子から成る第2レンズ区分を具え、第1及び第2レンズ区分は非対
称特性の近軸回折−被制限レンズ系を構成することを特徴とする請求項12記載の
光学系。14 .第1レンズは複数の素子から成る第1レンズ区分を具え、第2レンズは複数
のレンズ素子から成る第2レンズ区分を具え、第1レンズ区分がフーリエ変換パ
ターンを形成すると共に第2レンズ区分と共働して照明された複数のダイ回路パ
ターン内の欠陥の拡大像を与えるようにしてあることを特徴とする請求項12記載
の光学系。15 .前記パターン発生手段及び前記集光手段は照明された複数のダイ回路パター
ンにより回折された光を受光し、これらのダイ回路パターンに対応する空間周波
数成分から像を形成する折り返しフーリエ変換光学系で構成してあることを特徴
とする請求項記載の光学系。16 .前記光フィルタは露光済感光媒体を具えていることを特徴とする請求項
載の光学系。17 .前記フーリエ変換パターンはフーリエ変換像を表わすことを特徴とする請求
記載の光学系。18 .被検体は半導体ウエファであることを特徴とする請求項記載の光学系。19 .前記第2部分は前記第1部分よりかなり小さいことを特徴とする請求項
載の光学系。20 .前記照明手段は略々平行な光を放射し、前記処理手段は光軸を中心に配置さ
れた光感知表面を有する光検出器を具え、この光検出器は行及び列の第1アレー
に配列された複数の光検出素子を含み、これら光検出素子によって前記光パター
ン内に、行及び列の第2アレーに配列された複数の画素をそれぞれ含む複数の隣
接ストライプ領域を定め、且つ各光検出素子はこれら画素の任意の1つに存在す
る光量に対応する測定エネルギーを発生するようにし、且つ当該光学系は、更に
、 被検体を照明平行光に対し移動させて前記光検出器を前記光パターンのストラ
イプ領域に沿って走査させて第1アレーの1列内の各光検出素子が第2アレーの
1列内の各画素を順次横切って各画素に存在する光量に対応するエ ネルギー値を取得するようにする移動手段と、 第1アレーの1列内の全光検出素子により各画素に対し取得されたエネルギー
値の和に比例する合計エネルギー値を累積する累積手段と、 この合計エネルギー値からその画素の光量が被検体内の欠陥を表わすか否かを
決定する手段とを具えていることを特徴とする請求項記載の光学系。21 .前記光検出器は電荷結合装置であることを特徴とする請求項20記載の光学系
22 .照明平行光を固定し、前記移動手段により各ストライプ領域を前記光検出器
の光感知表面を横切って順次走査させるようにしてあることを特徴とする請求項
20記載の光学系。23 .前記移動手段は各ストライプ領域を照明平行光を横切って連続的に移動させ
ることを特徴とする請求項22記載の光学系。24 .前記第1アレーが第1行を有すると共に全部でN個の行を有する請求項20
載の光学系において、更にストライプ領域に対する第1アレーの位置を検出する
位置検出手段を具え、この位置検出手段は前記累積手段と共働して第1アレーの
第1行内の光検出素子の各々が第2アレーの任意の1画素と整列するときその画
素のエネルギー値を1回だけ累積し、第N行内の光検出素子の各々が第2アレー
の任意の1画素と整列するときその画素のエネルギー値をN回累積するようにし
てあることを特徴とする請求項20記載の光学系。
[Claims] 1. A first lens and a second lens disposed along the optical axis, wherein the first lens generates a spatial frequency spectrum having frequency components that can be selectively filtered from the subject, and the second lens generates a spatial frequency spectrum in the subject. In an imaging system for generating an image of an existing defect, a die circuit pattern aligned with an optical axis and a proximity to the optical axis for detecting a defect in a subject including at least one die having multiple redundant circuit patterns. Circuit pattern putter
Illuminating a plurality of die circuit patterns including a down causes a light pattern representing substantially the Fourier transform pattern of the illuminated plurality of die circuit patterns to generate light patterns including the interference pattern information die, the optical path
An illuminated die that aligns the light collected by the first lens with the optical axis during the turn
With the circuit pattern and the illuminated die circuit pattern located close to the optical axis
Off-activities introduced into the light pattern when the light pattern is generated by limiting the diffracted light
Receiving an optical filter having a transparent portion and an opaque portion corresponding to the Fourier transform pattern of the error-free reference pattern corresponding to the plurality of die circuit patterns to minimize the cis aberration; A spatial frequency component not blocked by the optical filter, the number of circuit patterns being smaller than the number of circuit patterns in the die existing in a predetermined spatial region intersecting the optical axis. lens guiding the collection space frequency components by condensing the corresponding spatial frequency component
Defect inspection characterized by forming an image of a defect by limiting it to one containing almost no incident aberration, and processing the unrejected spatial frequency components in the die to determine the position and size of the defect in the die. Method. 2. By changing the position of the subject with respect to the position of the optical axis, and positioning a predetermined number of different die circuit patterns in a spatial region intersecting the optical axis, and processing the in-die spatial frequency components of these die circuit patterns. The method of claim 1, wherein: 3. Processing of unblocked intra-die spatial frequency components is performed by placing the light-sensitive surface of the photodetector about the optical axis, the light-sensitive surface corresponding to the focused spatial frequency component.
2. The method according to claim 1, wherein the area is smaller than the image area where the image of the defect appears . 4. The first and second lenses cooperatively receive light diffracted by the illuminated die circuit pattern and form an image from spatial frequency components corresponding to the die circuit patterns. Item 7. The method according to Item 1. 5. The first lens comprises a first lens section comprising a plurality of elements, the second lens comprises a second lens section comprising a plurality of elements, and the first and second lens sections comprise an asymmetric paraxial diffraction-limited lens. 5. The method according to claim 4, wherein said system comprises a system. 6. 2. The method of claim 1 wherein the illumination means generates substantially parallel light. The method of claim 1, further comprising: defining a plurality of adjacent stripes on the object, each including a series of adjacent dies, and applying the object and the illuminated parallel light to each stripe. Are illuminated a predetermined number of die circuit patterns at a center position with respect to the optical axis by moving relatively along the length of the optical circuit, and the corresponding die circuit patterns at the center position with respect to the optical axis are not blocked. A defect inspection method characterized by processing spatial frequency components. 7. 7. The method according to claim 6, wherein the object is movable, and the illumination parallel light is fixed with respect to the optical axis. 8. The method of claim 1 wherein the spatial frequency components to be collected correspond to less than all of the illuminated die circuit patterns. 9. An optical system for detecting a defect in an object of a type including at least one die having a plurality of redundant circuit patterns in a first portion, the optical system having an optical axis, and
One said a portion of the first portion of the subject, the die circuit patterns及aligned with the optical axis
A plurality of die circuit patterns including the die circuit patterns located proximate to a fine optical axis exist
A pattern generating means for generating a light pattern comprising illuminating means for illuminating a second portion, the die in the interference pattern information to a light pattern representing substantially the Fourier transform pattern of a plurality of circuit pattern is illuminated to standing Including a lens having a relatively small object field diameter,
The illuminated die circuit pattern aligned with the optical axis by
Generates a light pattern by condensing the light diffracted by the illuminated die circuit pattern
A pattern generating means for minimizing off-axis aberrations sometimes introduced into the light pattern , a transparent portion, and an opaque portion corresponding to a Fourier transform of an error-free reference pattern corresponding to the multiple die circuit patterns, an optical filter for blocking the spatial frequency component by receiving light pattern, the spatial frequency components not blocked by the optical filter with focusing means for focusing
A plurality of circuit paths in the die existing in a predetermined spatial region intersecting the optical axis.
Focuses spatial frequency components corresponding to fewer circuit patterns than turns
Condensing means for limiting the wave number component to one containing almost no lens-introduced aberration, and processing means for processing only the unblocked spatial frequency components in the die to determine the position and size of the defect in the die. An optical system for detecting defects. 10 . The illuminating means emits substantially parallel light, and the optical system further changes the position of the subject with respect to the position of the illuminated parallel light to illuminate a plurality of different die circuit patterns with the illuminated parallel light. 10. The optical system according to claim 9 , further comprising positioning means positioned at the second portion of the sample to process the in-die spatial frequency components of these die circuit patterns. 11 . The pattern generating means and the light condensing means are constituted by separate first and second lenses arranged along an optical axis intersecting a second part of the subject illuminated by the illuminating means. The optical system according to claim 9, wherein: 12 . Said pattern generating means and the focusing means receives light diffracted by the plurality of die circuit patterns illuminated, the first and second from the spatial frequency component of each other for forming an image corresponding to these die circuit patterns 10. The optical system according to claim 9 , wherein the optical system comprises a lens. 13 . The first lens comprises a first lens section comprising a plurality of elements, the second lens comprises a second lens section comprising a plurality of lens elements, and the first and second lens sections comprise paraxial diffraction-limited elements having asymmetric properties. 13. The optical system according to claim 12, comprising a lens system. 14 . The first lens comprises a first lens section comprising a plurality of elements, the second lens comprises a second lens section comprising a plurality of lens elements, the first lens section forming a Fourier transform pattern and the second lens section. 13. The optical system according to claim 12 , wherein the optical system is adapted to provide an enlarged image of a defect in the plurality of die circuit patterns illuminated in cooperation. 15 . The pattern generating means and the condensing means are configured by a folded Fourier transform optical system that receives light diffracted by a plurality of illuminated die circuit patterns and forms an image from spatial frequency components corresponding to the die circuit patterns. The optical system according to claim 9, wherein: 16 . The optical system of claim 9, wherein the optical filter comprises an exposed photosensitive medium. 17 . The optical system according to claim 9, wherein the Fourier transform pattern represents a Fourier transform image. 18 . 10. The optical system according to claim 9 , wherein the subject is a semiconductor wafer. 19 . The optical system according to claim 9, wherein the second portion is significantly smaller than the first portion. 20 . The illuminating means emits substantially parallel light, and the processing means comprises a light detector having a light sensitive surface disposed about the optical axis, the light detectors being arranged in a first array of rows and columns. And a plurality of adjacent stripe areas each including a plurality of pixels arranged in a second array of rows and columns in the light pattern, and each of the plurality of light detection elements is provided. The element generates a measurement energy corresponding to the amount of light present in any one of these pixels, and the optical system further moves the subject with respect to the illuminating parallel light to cause the photodetector to emit the light. By scanning along the stripe region of the pattern, each photodetector in one row of the first array sequentially traverses each pixel in one row of the second array to obtain an energy value corresponding to the amount of light present in each pixel. Move to make Means for accumulating a total energy value proportional to the sum of energy values obtained for each pixel by all the photodetectors in one column of the first array; and calculating the light amount of the pixel from the total energy value. 10. An optical system according to claim 9 , further comprising: means for determining whether or not a defect in the object is represented. 21 . 21. The optical system according to claim 20, wherein the photodetector is a charge-coupled device. 22 . 2. The method of claim 1, wherein the parallel illumination light is fixed, and the moving means sequentially scans each stripe region across the light sensing surface of the photodetector.
20. The optical system according to 20 . 23 . 23. The optical system according to claim 22, wherein said moving means moves each stripe region continuously across the illumination parallel light. 24 . 21. The optical system according to claim 20, wherein said first array has a first row and has a total of N rows, further comprising position detecting means for detecting a position of the first array with respect to the stripe region. Cooperates with the accumulating means to accumulate the energy value of the pixel only once when each of the photodetectors in the first row of the first array is aligned with any one pixel of the second array, 21. The optical system according to claim 20, wherein when each of the photodetectors is aligned with an arbitrary pixel of the second array, the energy value of that pixel is accumulated N times.

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