JP5414743B2 - Macro inspection device - Google Patents

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Description

本発明は、被検査物の表面の凹凸パターンのサイズ変動を検査するマクロ検査装置に関する。   The present invention relates to a macro inspection apparatus that inspects a size variation of a concavo-convex pattern on a surface of an inspection object.

半導体、液晶等の製造工程で行われる検査の一つにマクロ検査がある。マクロ検査は、基板上に設けられた膜等の表面状態(平坦度、パターンの形状、欠陥の有無など)を広い範囲で一度に視覚的に把握することができる点で有効な検査である。   One of inspections performed in the manufacturing process of semiconductors, liquid crystals, etc. is a macro inspection. The macro inspection is effective in that the surface state (flatness, pattern shape, presence / absence of defects, etc.) of a film or the like provided on the substrate can be visually grasped at once in a wide range.

公開特許公報2009-139333は、被検査物の表面の平坦度を検査するマクロ検査装置を開示する。このマクロ検査装置は、被検査物の表面の光照射領域のエッジからの反射光をラインセンサで受光することにより、被検査物の表面の平坦度を検査する。   Japanese Patent Application Publication No. 2009-139333 discloses a macro inspection apparatus for inspecting the flatness of the surface of an object to be inspected. This macro inspection apparatus inspects the flatness of the surface of the inspection object by receiving reflected light from the edge of the light irradiation region on the surface of the inspection object with a line sensor.

公表特許公報2010-537219は、暗視野検査装置を開示する。この暗視野検査装置は、被検査対象からの散乱光を利用して被検査対象の表面状態(欠陥、パターン形状)を検査する。   Published patent publication 2010-537219 discloses a dark field inspection apparatus. This dark field inspection apparatus inspects the surface state (defect, pattern shape) of an inspection object using scattered light from the inspection object.

特開2009−139333号公報JP 2009-139333 A 特表2010−537219号公報Special table 2010-537219 gazette

特許文献1のマクロ検査装置は、明視野光学系において、指向性の高い光照射領域のエッジからの反射光を利用することにより、検出感度を向上させる点で、有効な装置である。しかし、被検査物の表面の凹凸パターン、特に微細なパターンのサイズ変動を検出するには、さらなる検出感度の向上が必要とされる。   The macro inspection apparatus of Patent Document 1 is an effective apparatus in that the detection sensitivity is improved by using reflected light from the edge of a light irradiation region with high directivity in a bright field optical system. However, it is necessary to further improve the detection sensitivity in order to detect the size variation of the uneven pattern on the surface of the object to be inspected, particularly the fine pattern.

特許文献2の暗視野検査装置は、暗視野光学系において、撮像部での散乱光の捕集効率を向上させる点に特徴がある。しかし、被検査対象からの散乱光を利用しているので、被検査物の表面の凹凸パターン、特に微細なパターンのサイズ変動を検出するには有効な装置ではない。   The dark field inspection apparatus of Patent Document 2 is characterized in that in the dark field optical system, the collection efficiency of scattered light in the imaging unit is improved. However, since scattered light from the object to be inspected is used, it is not an effective device for detecting the size variation of the uneven pattern on the surface of the object to be inspected, particularly a fine pattern.

したがって、本発明の目的は、被検査物の表面の凹凸パターン、特に微細なパターンのサイズ変動およびその分布を高感度で検出することができるマクロ検査装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a macro inspection apparatus capable of detecting a concavo-convex pattern on the surface of an object to be inspected, in particular, a fine pattern size variation and its distribution with high sensitivity.

本発明は、被検査物の表面の凹凸パターンのサイズ変動を検査するマクロ検査装置である。そのマクロ検査装置は、被検査物を乗せるためのステージと、被検査物の表面に対して所定の角度方向から被検査物側に光を照射する拡散光源と、被検査物の表面からの反射光を受光可能なラインセンサと、被検査物とラインセンサとの間に設けられ、反射光のうち拡散光源のエッジ部からの光束に起因する反射光束が、ラインセンサの両端の少なくとも一方に設けられた所定領域でのみ受光されるように、反射光をラインセンサに導くための光学系と、を備える。   The present invention is a macro inspection apparatus that inspects the size variation of the uneven pattern on the surface of an inspection object. The macro inspection apparatus includes a stage for placing an inspection object, a diffusion light source that irradiates light to the inspection object side from a predetermined angle direction with respect to the surface of the inspection object, and reflection from the surface of the inspection object. A line sensor that can receive light, and a reflected light beam that is provided between the object to be inspected and the line sensor, and that is caused by the light beam from the edge of the diffused light source among the reflected light, is provided on at least one of both ends of the line sensor. And an optical system for guiding the reflected light to the line sensor so that the light is received only in the predetermined region.

本発明によれば、被検査物の表面の凹凸パターンのサイズ変動を反映した反射光束をラインセンサの端に設定した所定領域で受光することにより、微細なパターンのサイズ変動およびその分布を高感度で検出することができる。   According to the present invention, a reflected light beam reflecting the size variation of the uneven pattern on the surface of the object to be inspected is received in a predetermined region set at the end of the line sensor, thereby highly sensitive to the fine pattern size variation and its distribution. Can be detected.

本発明の一態様では、光学系はレンズを含み、所定領域の幅(wt)は、当該レンズの分解能(a)と光学倍率(b)との積(wt=a×b)により定められる。また、光学系は、反射光束を所定領域に導くためのナイフエッジを含むことができる。   In one embodiment of the present invention, the optical system includes a lens, and the width (wt) of the predetermined region is determined by the product (wt = a × b) of the resolution (a) and the optical magnification (b) of the lens. Further, the optical system can include a knife edge for guiding the reflected light flux to a predetermined region.

本発明の一態様によれば、光学系のレンズあるいはナイフエッジの設定により、所定領域の最適化を図ることにより、微細なパターンのサイズ変動の検出感度をより向上させることが可能となる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to further improve the detection sensitivity of a fine pattern size variation by optimizing a predetermined region by setting a lens or knife edge of an optical system.

本発明の一態様では、ラインセンサの出力は、所定領域で受光される反射光束に応じたラインセンサの出力は、凹凸パターンのサイズ変動に対して線形に変化する。   In one embodiment of the present invention, the output of the line sensor changes linearly with respect to the size variation of the concavo-convex pattern according to the reflected light beam received in the predetermined region.

本発明の一態様によれば、微細なパターンのサイズ変動をラインセンサの出力から直接、あるいはその画像処理結果から精度良く検出することができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to accurately detect a minute pattern size variation directly from an output of a line sensor or from an image processing result thereof.

本発明の一実施形態のマクロ検査装置を示す図である。It is a figure which shows the macro inspection apparatus of one Embodiment of this invention. 凹凸パターンのサイズ変動を検出する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to detect the size variation of an uneven | corrugated pattern. 遷移領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a transition area | region. 周期井戸構造における反射角度の変移を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the reflection angle in a periodic well structure. 本発明の一実施例による検査結果を示す図である。It is a figure which shows the test result by one Example of this invention.

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態のマクロ検査装置100である。図1において、円形のステージ1上に被検査物2が載る。ステージ1は、ステージ・コントローラ4の制御下で、リニアモータ3によって、回転(θ)、水平(X)あるいは垂直(Y)の方向に移動する。拡散光源5は、コントローラ8の制御下で、ステッピング・モータ7によって、円弧状のレール6に沿って移動する。拡散光源5は、ステージ1上の被検査物2の上面に対して所定の角度に設定される。所定の角度は、測定状態に応じて任意に設定可能である。拡散光源5の明るさは、光源用の電源10によって調整される。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a macro inspection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an inspection object 2 is placed on a circular stage 1. The stage 1 is moved in the direction of rotation (θ), horizontal (X) or vertical (Y) by the linear motor 3 under the control of the stage controller 4. The diffused light source 5 is moved along the arc-shaped rail 6 by the stepping motor 7 under the control of the controller 8. The diffusion light source 5 is set at a predetermined angle with respect to the upper surface of the inspection object 2 on the stage 1. The predetermined angle can be arbitrarily set according to the measurement state. The brightness of the diffused light source 5 is adjusted by the light source 10.

ラインセンサカメラ9は、光源5と同様に、コントローラ8の制御下で、ステッピング・モータ7により、円弧状のレール6に沿って移動する。ラインセンサカメラ9の前部には、被検査物の表面からの反射光をラインセンサ9に導くための所定の光学系12が設けられる。なお、光学系12は、被検査物とラインセンサとの間にあればよく、ラインセンサ9と一体型であってもよい。ラインセンサカメラ9の出力は画像処理手段11に入る。画像処理手段11は、ステージ・コントローラ4、コントローラ8、ラインセンサカメラ9および拡散光源5用の電源10を制御する。なお、図1では、拡散光源5とラインセンサカメラ9はそれぞれ1つしか記載されていないが、被検査物のサイズや形状に応じてそれぞれ2以上配置してもよい。以上が図1の概要である。次に、図1の各構成についてさらに説明する。   Similarly to the light source 5, the line sensor camera 9 is moved along the arc-shaped rail 6 by the stepping motor 7 under the control of the controller 8. A predetermined optical system 12 for guiding reflected light from the surface of the inspection object to the line sensor 9 is provided at the front of the line sensor camera 9. The optical system 12 only needs to be between the inspection object and the line sensor, and may be integrated with the line sensor 9. The output of the line sensor camera 9 enters the image processing means 11. The image processing unit 11 controls the power supply 10 for the stage controller 4, the controller 8, the line sensor camera 9, and the diffused light source 5. In FIG. 1, only one diffusion light source 5 and one line sensor camera 9 are shown, but two or more may be arranged according to the size and shape of the object to be inspected. The above is the outline of FIG. Next, each configuration in FIG. 1 will be further described.

ステージ1は、円形以外の任意の形状を有することができる。ステージ1は、被検査物2の表面以外からの反射光ができるだけ発生しにくい構造を有することが望ましい。具体的には、被検査物2が透明で、かつその表面での散乱光が十分に発生する場合、ステージ1は、拡散光源5の光(波長)に対して鏡面となる材料からなることが望ましい。被検査物2の表面が鏡面で、かつその表面での散乱光が発生しない場合、ステージ1は、拡散光源5の光(波長)を吸収 し、つや消しの材料からなることが望ましい。   The stage 1 can have any shape other than a circle. It is desirable that the stage 1 has a structure in which reflected light from other than the surface of the inspection object 2 is hardly generated as much as possible. Specifically, when the inspection object 2 is transparent and sufficiently scattered light is generated on the surface thereof, the stage 1 may be made of a material that becomes a mirror surface with respect to the light (wavelength) of the diffused light source 5. desirable. When the surface of the inspection object 2 is a mirror surface and no scattered light is generated on the surface, the stage 1 preferably absorbs the light (wavelength) of the diffused light source 5 and is made of a matte material.

被検査物2としては、例えば、半導体基板(半導体ウエハ)上の薄膜、ガラス基板上の液晶層、ハードディスク、パターンド・メディアなどであって、その表面の少なくとも一定の領域に凹凸パターンを有するものが該当する。ただし、被検査物2はこれらに限られず、基本的に所定の面積の表面を有し、凹凸パターンを有するものであれば基本的に何でもよい。ここで言う凹凸パターンとは、凹凸が繰り返される周期構造を意味する。また、凹凸パターンのサイズとは、凹凸パターンを構成する凸部の幅、凹部の幅、あるいはピッチ(1つの凹凸の幅)のいずれか1つあるいは複数の意味で用いている。そのサイズは、例えばナノメートル(nm)レンジからマイクロメートル(μm)レンジまでの任意のサイズを含む。   The inspection object 2 is, for example, a thin film on a semiconductor substrate (semiconductor wafer), a liquid crystal layer on a glass substrate, a hard disk, a patterned medium, etc., and has a concavo-convex pattern in at least a certain region on the surface thereof Is applicable. However, the object to be inspected 2 is not limited to these, and may basically be anything as long as it basically has a surface with a predetermined area and has an uneven pattern. The concavo-convex pattern referred to here means a periodic structure in which the concavo-convex is repeated. In addition, the size of the concave / convex pattern is used to mean one or more of the width of the convex portion, the width of the concave portion, or the pitch (width of one concave / convex portion) constituting the concave / convex pattern. The size includes, for example, any size from the nanometer (nm) range to the micrometer (μm) range.

拡散光源5は、所定の面積に渡って指向性の無いほぼ均一な光を発するものであればよく、均一な光を発することができる面光源と呼ばれるものでもよい。拡散光源5としては、発光源としては白熱電球やハロゲン電球などの電球型、蛍光灯型、あるいはLEDやレーザダイオードなどの発光素子をアレイ上に配置したものを含めて任意に選択することができる。また、拡散効果を得るための光学系(レンズ、拡散板など)は、発光源との一体型として、あるいは発光源の出力部の外側に設置することができる。発光源の波長は、広域波長あるいは所定の波長帯を選択することができる。その選択は、被検査物の状態(材質、光特性など)、ラインセンサカメラ9および光学系12の光学特性(波長特性など)に応じておこなわれる。   The diffused light source 5 only needs to emit substantially uniform light having no directivity over a predetermined area, and may be a so-called surface light source capable of emitting uniform light. As the diffused light source 5, the light source can be arbitrarily selected including a light bulb type such as an incandescent bulb or a halogen bulb, a fluorescent lamp type, or a light emitting element such as an LED or a laser diode arranged on an array. . In addition, an optical system (lens, diffuser plate, etc.) for obtaining a diffusion effect can be installed integrally with the light source or outside the output part of the light source. As the wavelength of the light source, a wide wavelength or a predetermined wavelength band can be selected. The selection is performed according to the state (material, optical characteristics, etc.) of the inspection object and the optical characteristics (wavelength characteristics, etc.) of the line sensor camera 9 and the optical system 12.

ラインセンサカメラ9は、受光素子(画素)を一列に並べることによって、1次元毎に画像を取得できるものであれば良い。ラインセンサカメラ9には、例えば1次元のCCDが含まれる。その画素数は、被検査物2のサイズに応じて選択される。被検査物2のサイズが大きくて1つのラインセンサカメラ9ではカバーできない場合は、2以上のラインセンサカメラを用いる。   The line sensor camera 9 only needs to be capable of acquiring an image for each dimension by arranging light receiving elements (pixels) in a line. The line sensor camera 9 includes, for example, a one-dimensional CCD. The number of pixels is selected according to the size of the inspection object 2. When the size of the inspection object 2 is large and cannot be covered by one line sensor camera 9, two or more line sensor cameras are used.

拡散光源5とラインセンサカメラ9は、ステッピング・モータ7によって、所定の最小制御角度Δθ単位で、被検査物2の表面に対する角度を可変することができる。ステッピング・モータ7による最小制御角度Δθは、例えば1/1000度以下である。その最小制御角度はできるだけ小さいほうが望ましい。   The diffusion light source 5 and the line sensor camera 9 can vary the angle with respect to the surface of the inspection object 2 by a predetermined minimum control angle Δθ by the stepping motor 7. The minimum control angle Δθ by the stepping motor 7 is, for example, 1/1000 degrees or less. The minimum control angle is preferably as small as possible.

光学系12は、被検査物2の表面からの反射光のうち拡散光源5のエッジ部からの光束に起因する反射光束が、ラインセンサ9の両端の少なくとも一方に設けられた所定領域でのみ受光されるように構成される。光学系12は、レンズあるいはナイフエッジなどの反射光束の軌道を調整するための光学備品を含む。光学系12の機能についてはさらに後述する。   The optical system 12 receives a reflected light beam caused by a light beam from the edge portion of the diffused light source 5 out of reflected light from the surface of the inspection object 2 only in a predetermined region provided at at least one of both ends of the line sensor 9. Configured to be. The optical system 12 includes an optical fixture for adjusting the trajectory of the reflected light beam such as a lens or a knife edge. The function of the optical system 12 will be further described later.

画像処理手段11は、所定の測定プログラムに基づき、ラインセンサカメラ9からの画像情報を処理する。画像処理手段11は、コントローラ4、8および照明用電源10を制御する。画像処理手段11は、ラインセンサカメラ9の制御用のカード(回路基板)、コントローラ4、8あるいは照明用電源10を制御するための回路基板、画像データを格納するためのメモリ等を有する。画像処理手段11としては、例えば、画像処理結果などを表示する表示部、測定条件などを入力する入力部などを有するパーソナル・コンピュータ(PC)が該当する。   The image processing means 11 processes the image information from the line sensor camera 9 based on a predetermined measurement program. The image processing means 11 controls the controllers 4 and 8 and the illumination power supply 10. The image processing means 11 includes a card (circuit board) for controlling the line sensor camera 9, a circuit board for controlling the controllers 4 and 8 or the power supply 10 for illumination, a memory for storing image data, and the like. The image processing means 11 corresponds to, for example, a personal computer (PC) having a display unit for displaying image processing results and the like, an input unit for inputting measurement conditions and the like.

図2は、図1のマクロ検査装置100における凹凸パターンのサイズ変動を検出する方法を説明するための図である。図2では、図1の場合と同じ構成については同一の符号を付している。なお、図2では、光束の流れをわかりやすくするために、被検査物2が光を透過する物質である場合について記載している。被検査物2が光を反射する物質からなる場合は、拡散光源5は、被検査物2の右側、すなわちラインセンサカメラ側に、より具体的には被検査物2に対して線対称な位置に置かれる。   FIG. 2 is a diagram for explaining a method of detecting the size variation of the concavo-convex pattern in the macro inspection apparatus 100 of FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Note that FIG. 2 shows a case where the inspection object 2 is a substance that transmits light in order to facilitate understanding of the flow of the light beam. When the inspection object 2 is made of a material that reflects light, the diffused light source 5 is positioned on the right side of the inspection object 2, that is, on the line sensor camera side, more specifically, in a line-symmetrical position with respect to the inspection object 2. Placed in.

図2では、図1の光学系12として、レンズ121とナイフエッジ122を用いて、ラインセンサ内のCCD91へ向かう光束を制御している。ナイフエッジ122は上側または下側の一方だけに設けてもよい。図2の光学配置は、一種の暗視野光学系を構成している。すなわち、被検査物2に対する拡散光源5側
のCCD91の視野範囲W1の外側に拡散光源5は配置され、拡散光源5からの拡散光、例えば光束L6、L7はCCD91の視野範囲外となっている。言い換えれば、CCD91の視野範囲W1を構成する光束L1とL4の範囲内の光束のみがCCD91に入射可能となっている。光束L1とL4は、被検査物2に対してのいわば暗視野光学系と明視野光学系の境界を示す光束である。
In FIG. 2, a lens 121 and a knife edge 122 are used as the optical system 12 in FIG. 1 to control the light flux toward the CCD 91 in the line sensor. The knife edge 122 may be provided only on one of the upper side and the lower side. The optical arrangement of FIG. 2 constitutes a kind of dark field optical system. That is, the diffused light source 5 is disposed outside the visual field range W1 of the CCD 91 on the diffused light source 5 side with respect to the inspection object 2, and the diffused light from the diffused light source 5, for example, the light beams L6 and L7 are outside the visual field range of the CCD 91. . In other words, only the light beams within the range of the light beams L1 and L4 constituting the visual field range W1 of the CCD 91 can enter the CCD 91. The luminous fluxes L1 and L4 are so-called luminous fluxes indicating the boundary between the dark field optical system and the bright field optical system with respect to the inspection object 2.

この状態において、本発明は一般的な暗視野光学系と異なり、正反射光の一部 、すなわち遷移領域における光束をCCD91にて受光させることを特徴とする。ここで、遷移領域とは暗視野光学系から明視野光学系へ遷移する所定領域、言い換えれば両者の境界領域を意味する。遷移領域は、CCD91の画素範囲の上端部または下端部に予め設定される。   In this state, unlike the general dark field optical system, the present invention is characterized in that the CCD 91 receives a part of the regular reflection light, that is, the light flux in the transition region. Here, the transition region means a predetermined region where the dark field optical system transitions to the bright field optical system, in other words, a boundary region between the two. The transition area is preset at the upper end or lower end of the pixel range of the CCD 91.

図3は、遷移領域を説明するための図である。図3において、CCD91の画素範囲W3の下端の所定領域が遷移領域W4である。遷移領域W4はCCD91の画素範囲W3の上端に設けてもよい。図3では、図2にも示されている、被検査物2に対してのいわば暗視野光学系と明視野光学系の境界を示す光束L4がちょうどCCD91の画素範囲W3の下端に入射する様子が示されている。光束L4は、図2に例示されるように、拡散光源5のエッジ部(下端)からの光束が被検査物2の表面で反射した反射光束L4に相当している。したがって、反射光束L4は被検査物2の表面の凹凸パターンのサイズ変動の状態を反映しており、この反射光束L4を検出することによりそのサイズ変動の状態を検出することが可能となる。   FIG. 3 is a diagram for explaining the transition region. In FIG. 3, a predetermined area at the lower end of the pixel range W3 of the CCD 91 is a transition area W4. The transition region W4 may be provided at the upper end of the pixel range W3 of the CCD 91. In FIG. 3, the light beam L <b> 4 indicating the boundary between the dark field optical system and the bright field optical system, which is also shown in FIG. 2, is incident on the lower end of the pixel range W <b> 3 of the CCD 91. It is shown. As illustrated in FIG. 2, the light beam L4 corresponds to a reflected light beam L4 in which the light beam from the edge portion (lower end) of the diffused light source 5 is reflected from the surface of the inspection object 2. Therefore, the reflected light beam L4 reflects the size variation state of the uneven pattern on the surface of the inspection object 2, and the size variation state can be detected by detecting the reflected light beam L4.

本発明では、この反射光束L4、より具体的には、拡散光源5のエッジ部(下端)からの光束が被検査物2の表面で反射した反射光束L4を遷移領域W4に導くことにより、被検査物2の表面の凹凸パターンのサイズ変動の状態を検出する。すなわち、反射光束L4が遷移領域W4に入射するか否か、あるいはその入射量が多いか少ないかにより、光強度(光感度)15が大きく変化することを利用して、検査物2の表面の凹凸パターンのサイズ変動の状態を高感度で検出することが可能となる。なお、図3において符号5で指示される破線部は、拡散光源5が写り込んでいる様子をイメージしたものであり、遷移領域W4は、いわば拡散光源5のエッジ部が写り込むか否かで光強度(光感度)15が大きく変化することになる。検出感度は、遷移領域W4における光強度(光感度)15の傾斜角度が急峻であるほど高感度になる。   In the present invention, the reflected light beam L4, more specifically, the reflected light beam L4 reflected from the surface of the inspection object 2 by the light beam from the edge portion (lower end) of the diffused light source 5 is guided to the transition region W4. The state of the size variation of the uneven pattern on the surface of the inspection object 2 is detected. That is, by utilizing the fact that the light intensity (photosensitivity) 15 varies greatly depending on whether the reflected light beam L4 is incident on the transition region W4 or whether the amount of incident light is large or small, the surface of the inspection object 2 is changed. It is possible to detect the size variation state of the uneven pattern with high sensitivity. In FIG. 3, the broken line portion indicated by reference numeral 5 is an image of the appearance of the diffused light source 5, and the transition region W <b> 4 is based on whether or not the edge portion of the diffused light source 5 is reflected. The light intensity (light sensitivity) 15 changes greatly. The detection sensitivity becomes higher as the inclination angle of the light intensity (light sensitivity) 15 in the transition region W4 becomes steeper.

遷移領域W4の範囲はレンズ121の解像度等に依存し、例えば、レンズ121の分解能を5μmとすると、光学倍率Mが1〜0.1倍において、CCD91面上の遷移領域W4は、5〜0.5μmの範囲となる。   The range of the transition area W4 depends on the resolution of the lens 121. For example, when the resolution of the lens 121 is 5 μm, the transition area W4 on the CCD 91 surface is 5-0 when the optical magnification M is 1 to 0.1 times. The range is 5 μm.

次に、本発明の一実施形態のマクロ検査装置100による被検査物の表面の凹凸パターンのサイズ変動の検出について説明する。表面に凹凸パターンのような周期構造を持つ被検査物で反射した光束は、僅かではあるがその周期構造への入射角度に対して反射角度がずれる事がある。本発明は、この僅かな反射角度のずれによってCCD9の遷移領域W4への反射光束の入射位置(入射光量)が変化することを利用する。すなわち、反射角度のずれに起因する遷移領域W4への入射光量の変化(=CCD出力の変化)から凹凸パターンのサイズ変動の状態を検出する。   Next, detection of the size variation of the concavo-convex pattern on the surface of the inspection object by the macro inspection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described. A light beam reflected by an inspection object having a periodic structure such as an uneven pattern on the surface may slightly shift the reflection angle with respect to the incident angle on the periodic structure. The present invention utilizes the fact that the incident position (incident light amount) of the reflected light beam on the transition region W4 of the CCD 9 changes due to this slight deviation in the reflection angle. That is, the size variation state of the concavo-convex pattern is detected from the change in the amount of incident light (= change in the CCD output) to the transition region W4 caused by the deviation in the reflection angle.

図4は、凹凸パターンのような周期構造における反射角度の変移を説明するための図である。図4では、例として、光波長以下の深さhとピッチpを持つ微細な周期井戸(凹凸)構造16へ点光源Sから光(La、Lb)が入射している場合を想定している。このような微細な周期井戸構造においては、井戸の底面を基準とした等価な反射面18の高さyは、下記の式(1)に示すように、上面からの反射光強度と底面からの反射光強度の加重平均により決定することができる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the change in the reflection angle in a periodic structure such as an uneven pattern. In FIG. 4, as an example, it is assumed that light (La, Lb) is incident from a point light source S to a fine periodic well (concave / convex) structure 16 having a depth h and a pitch p equal to or less than the light wavelength. . In such a fine periodic well structure, the equivalent height y of the reflective surface 18 with respect to the bottom surface of the well is expressed by the reflected light intensity from the top surface and the bottom surface as shown in the following formula (1). It can be determined by a weighted average of reflected light intensity.

すなわち、上面反射率をr1、底面反射率をr2、入射角をa、上面幅をw、周期構造のピッチを p とするとき、

y=h*r1*w/(r1*w+r2*z) ------------(1)
ここに、
z=max(0,p−w−2h*tan(a)) ------(2)

点光源からの入射光の場合は、入射位置 x により下記の式(3)に示すように入射角 a が変化する。したがって、上の式(1)、(2)から反射面18の高さ y も位置 x の関数となり、等価的に反射面18が傾きdy/dxを持つことがわかる。この反射面18の傾きdy/dxが微小な反射角度のずれを表す。

x=R*tan(a) ----------(3)
<=>
a=arctan(x/R) -------(4)
That is, when the top surface reflectance is r1, the bottom surface reflectance is r2, the incident angle is a, the top surface width is w, and the pitch of the periodic structure is p,

y = h * r1 * w / (r1 * w + r2 * z) ------------ (1)
here,
z = max (0, p−w−2h * tan (a)) ------ (2)

In the case of incident light from a point light source, the incident angle a changes as shown in the following equation (3) depending on the incident position x. Therefore, from the above equations (1) and (2), it can be seen that the height y of the reflecting surface 18 is also a function of the position x, and the reflecting surface 18 has an inclination dy / dx equivalently. The inclination dy / dx of the reflecting surface 18 represents a slight deviation in the reflection angle.

x = R * tan (a) ---------- (3)
<=>
a = arctan (x / R) ------- (4)

以下、式(1)から(4)を用いて等価的な反射面18の傾きdy/dxを求める。

dz/da=0 (z=0) ---------------------------------(5)
dz/da=−2h/cos2(a) (z>0)------------------ (5b)
dy/dz=−h*r1*w/(r1*w + r2*z)2*r2----------- (6)
da/dx=1/(dx/da)=1/(R/cos2(a))=cos2(a)/R----- (7)
dy/dx=0 (z=0)---------------------------------(8a)
dy/dx
= dy/dz*dz/da*da/dx
=−h*r1*w/(r1*w+r2*z)2*r2 *{−h/cos2(a)}*cos2(a)/R
= 2h2*r1*r2*w/(r1*w+r2*z)2/R (z>0)------(8b)
Hereinafter, the equivalent inclination dy / dx of the reflecting surface 18 is obtained using the equations (1) to (4).

dz / da = 0 (z = 0) --------------------------------- (5)
dz / da = −2h / cos 2 (a) (z> 0) ------------------ (5b)
dy / dz = −h * r1 * w / (r1 * w + r2 * z) 2 * r2 ----------- (6)
da / dx = 1 / (dx / da) = 1 / (R / cos 2 (a)) = cos 2 (a) / R ----- (7)
dy / dx = 0 (z = 0) --------------------------------- (8a)
dy / dx
= dy / dz * dz / da * da / dx
= −h * r1 * w / (r1 * w + r2 * z) 2 * r2 * {− h / cos 2 (a)} * cos 2 (a) / R
= 2h 2 * r1 * r2 * w / (r1 * w + r2 * z) 2 / R (z> 0) ------ (8b)

周期井戸(凹凸)構造16からレンズ121までの距離をL とするとき、反射光変移によるレンズ121の入射位置の変移 b は下記の式ように計算することができる。このレンズ入射位置の変移bが、CCD9の遷移領域W4への反射光束の入射位置(入射光量)の変化を引き起こす。

b=0 (z=0)--------- (9a)
b=L*dy/dx
=L*2h2*r1*r2*/R*w/(r1*w+r2*z)2
(z>0) --------- (9b)
When the distance from the periodic well (concave / convex) structure 16 to the lens 121 is L, the change b of the incident position of the lens 121 due to the reflected light shift can be calculated by the following equation. This change b of the lens incident position causes a change in the incident position (incident light amount) of the reflected light beam to the transition region W4 of the CCD 9.

b = 0 (z = 0) --------- (9a)
b = L * dy / dx
= L * 2h 2 * r1 * r2 * / R * w / (r1 * w + r2 * z) 2
(z> 0) --------- (9b)

図4の周期井戸(凹凸)構造16のモデルを用いて計算した結果、例えば周期構造における線幅(図4の上面幅w) の差が数ナノメートルの場合、約0.1ラジアン前後の反射角度差が生じる。この場合、周期井戸(凹凸)構造16からレンズ121までの距離をLを約800mmとしたラインセンサ9では、約100nm前後の入射距離差を生ずる。本発明では、この約100nm前後の入射距離差を上述した遷移領域W4の範囲で受光することにより、数nmという微小な周期井戸(凹凸)構造のサイズ変動を検出することが可能となる。すなわち、遷移領域W4の範囲においては、反射光束の微小な反射角度の違いが、大きな感度の違いとして検出可能となる。   As a result of calculation using the model of the periodic well (concave / convex) structure 16 in FIG. 4, for example, when the difference in the line width (upper surface width w in FIG. 4) in the periodic structure is several nanometers, the reflection angle difference is about 0.1 radians. Occurs. In this case, in the line sensor 9 in which the distance from the periodic well (unevenness) structure 16 to the lens 121 is about 800 mm, an incident distance difference of about 100 nm is generated. In the present invention, by receiving this difference in incident distance of about 100 nm in the above-described transition region W4, it is possible to detect a size variation of a minute periodic well (unevenness) structure of several nm. That is, in the range of the transition region W4, a minute difference in reflection angle of the reflected light beam can be detected as a large difference in sensitivity.

例えば、CCD9のピクセルサイズ50μm、画素サイズ14μmの場合、光学倍率は0.28倍となる。このとき、レンズの分解能が5μmだとすると、CCD9の面上においての遷移領域W4の範囲は、5×0.28で1.4μmとなる。100nm(0.1μm)前後の入射距離差は、(0.1/1.4)で約7%の重みをもつことが分かる。従って、線幅(図4の上面幅w) の差が数nmの場合、コントラストとして、約255×0.07=18輝度として検出することが可能となる。   For example, when the pixel size of the CCD 9 is 50 μm and the pixel size is 14 μm, the optical magnification is 0.28 times. At this time, assuming that the resolution of the lens is 5 μm, the range of the transition region W4 on the surface of the CCD 9 is 5 × 0.28, which is 1.4 μm. It can be seen that the incident distance difference around 100 nm (0.1 μm) has a weight of about 7% at (0.1 / 1.4). Therefore, when the difference in line width (upper surface width w in FIG. 4) is several nm, it is possible to detect the contrast as about 255 × 0.07 = 18 luminance.

本発明の一実施例として、1つの基板を6つの領域に分けて、領域毎に線幅(凸部幅)の異なる凹凸パターンを形成し、各領域での凹凸パターンを検査した。凹凸パターンはフォトレジストからなり、線幅は60〜90nmの範囲6段階で変化させた。このときの検査条件を以下に示す。

・基板からレンズまでの距離L:1m
・CCDのピクセルサイズ:150μm
・画素サイズ:14μm
・光学倍率:0.0933
・レンズの分解能:5μm
・遷移領域W4の幅:0.465μm
As an example of the present invention, one substrate was divided into six regions, and uneven patterns having different line widths (convex portion widths) were formed in each region, and the uneven patterns in each region were inspected. The concavo-convex pattern was made of a photoresist, and the line width was changed in six steps in the range of 60 to 90 nm. The inspection conditions at this time are shown below.

・ Distance L from the substrate to the lens: 1m
・ CCD pixel size: 150μm
・ Pixel size: 14μm
・ Optical magnification: 0.0933
・ Lens resolution: 5μm
・ Width of transition region W4: 0.465 μm

図5は、本発明の一実施例による検査結果を示す図である。図5の縦軸は凹凸パターンのパターン線幅(凸部幅)であり、横軸は反射光強度(相対輝度)である。反射光強度(相対輝度)は、所定領域W4で受光される反射光束に応じたラインセンサ9の出力に基づき算出した相対値である。図5の6つの黒丸19は6つの線幅の凹凸パターンの測定結果である。測定結果を外挿(フィッテイング)して得られたグラフ20から明らかなように、本発明の一実施例によれば、パターン線幅と反射光強度とはほぼ線形な関係にあることがわかる。したがって、本発明の一実施例によれば、凹凸パターンの線幅の変動を反射光強度、言い換えれば輝度値、あるいは画像処理後のグレースケールとして検出することができる。   FIG. 5 is a diagram showing a test result according to an embodiment of the present invention. The vertical axis in FIG. 5 is the pattern line width (convex part width) of the concave-convex pattern, and the horizontal axis is the reflected light intensity (relative luminance). The reflected light intensity (relative luminance) is a relative value calculated based on the output of the line sensor 9 corresponding to the reflected light beam received in the predetermined area W4. The six black circles 19 in FIG. 5 are measurement results of the concavo-convex pattern having six line widths. As is apparent from the graph 20 obtained by extrapolating the measurement results, it can be seen that according to one embodiment of the present invention, the pattern line width and the reflected light intensity are in a substantially linear relationship. . Therefore, according to one embodiment of the present invention, the fluctuation of the line width of the concavo-convex pattern can be detected as the reflected light intensity, in other words, the luminance value or the gray scale after image processing.

本発明の実施形態について、図1から図5を例にとり説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。   The embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to these embodiments. The present invention can be implemented in variously modified, modified, and modified embodiments based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

1 ステージ
2 被検査物
3 リニアモータ
4、8 コントローラ
5 光源
6 レール
7 ステッピング・モータ
9 ラインセンサカメラ
10 光源用電源
11 画像処理装置
15 光強度(光感度)
16 期井戸構造
18 想反射面
100 クロ検査装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stage 2 Inspected object 3 Linear motor 4, 8 Controller 5 Light source 6 Rail 7 Stepping motor 9 Line sensor camera
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply 11 for light sources Image processing apparatus
15 Light intensity (light sensitivity)
16th well structure 18 Virtual reflection surface 100 Black inspection device

Claims (5)

被検査物の表面の凹凸パターンのサイズ変動を検査するマクロ検査装置であって、
前記被検査物を乗せるためのステージと、
前記被検査物の表面に対して所定の角度方向から前記被検査物側に光を照射する拡散光源と、
前記被検査物の表面からの反射光を受光可能なラインセンサと、
前記被検査物と前記ラインセンサとの間に設けられ、前記反射光のうち前記拡散光源のエッジ部からの光束に起因する反射光束が、前記ラインセンサの両端の少なくとも一方に設けられた所定領域でのみ受光されるように、前記反射光を前記ラインセンサに導くための光学系と、を備え
前記被検査物に対する暗視野光学系と明視野光学系の境界領域に前記拡散光源のエッジ部が位置するように前記拡散光源が配置される、マクロ検査装置。
A macro inspection device for inspecting the size variation of the uneven pattern on the surface of the object to be inspected,
A stage for placing the object to be inspected;
A diffusion light source that irradiates light on the inspection object side from a predetermined angle direction with respect to the surface of the inspection object;
A line sensor capable of receiving reflected light from the surface of the inspection object;
A predetermined region provided between at least one of the both ends of the line sensor, which is provided between the object to be inspected and the line sensor, and a reflected light beam caused by a light beam from an edge portion of the diffused light source among the reflected light. only as received by, and an optical system for guiding the reflected light to the line sensor,
A macro inspection apparatus , wherein the diffused light source is arranged such that an edge portion of the diffused light source is located in a boundary region between a dark field optical system and a bright field optical system with respect to the inspection object.
前記光学系はレンズを含み、
前記所定領域の幅(wt)は、当該レンズの分解能(a)と、光学倍率(b)との積(wt=a×b)により定められる、請求項1のマクロ検査装置。
The optical system includes a lens;
The macro inspection apparatus according to claim 1, wherein the width (wt) of the predetermined region is determined by a product (wt = a × b) of the resolution (a) of the lens and the optical magnification (b).
前記光学系は、前記反射光束を前記所定領域に導くためのナイフエッジを含む、請求項1または2のマクロ検査装置。   The macro inspection apparatus according to claim 1, wherein the optical system includes a knife edge for guiding the reflected light beam to the predetermined region. 前記所定領域で受光される前記反射光束に応じた前記ラインセンサの出力は、前記凹凸パターンのサイズ変動に対して線形に変化する、請求項1〜3のいずれか1項のマクロ検査装置。   The macro inspection apparatus according to claim 1, wherein an output of the line sensor according to the reflected light beam received in the predetermined area changes linearly with respect to a size variation of the uneven pattern. 前記ラインセンサの出力信号を受け取り、前記ラインセンサの前記所定領域での受光量の変化に対応した輝度分布の画像を生成する画像処理手段と、
前記拡散光源の角度を変えるための光源駆動手段と、
前記ラインセンサの角度を変えるためのラインセンサ駆動手段と、
前記被検査物の表面の所定領域での前記凹凸パターンのサイズ変動を検査するために、前記ステージを所定の間隔で移動させることができる移動手段と、
をさらに含む、請求項1ないし4のいずれか1項のマクロ検査装置。
Image processing means for receiving an output signal of the line sensor and generating an image of a luminance distribution corresponding to a change in received light amount in the predetermined area of the line sensor;
Light source driving means for changing the angle of the diffused light source;
Line sensor driving means for changing the angle of the line sensor;
A moving means capable of moving the stage at a predetermined interval in order to inspect a size variation of the uneven pattern in a predetermined region of the surface of the inspection object;
The macro inspection apparatus according to claim 1, further comprising:
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