TWI568116B - Lighting fixtures and pattern inspection devices - Google Patents

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TWI568116B
TWI568116B TW104100280A TW104100280A TWI568116B TW I568116 B TWI568116 B TW I568116B TW 104100280 A TW104100280 A TW 104100280A TW 104100280 A TW104100280 A TW 104100280A TW I568116 B TWI568116 B TW I568116B
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Riki Ogawa
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Description

照明裝置及圖案檢查裝置
本發明係關於照明裝置及圖案檢查裝置。
近年來，隨著大規模電路(LSI)之高積體化及大容量化，半導體元件所要求之電路線寬越來越窄。該些半導體元件使用形成有電路圖案之原畫圖案(也稱為光罩或光柵。以下總稱為光罩)，例如藉由被稱為步進機之縮小投影曝光裝置，在晶圓上曝光轉印圖案而進行電路形成，依此來製造。
對需花龐大製造成本的LSI之製造而言，提升良率不可欠缺。當在將圖案轉印至半導體晶圓上之光罩具有圖案缺陷時，有使良率下降之情形。因此，需要使檢查LSI製造所使用之光罩之缺陷的圖案檢查裝置高精度化。
為了提高分解能而使圖案檢查裝置高精度化，近來使用照明光之波長短者。例如，使用波長為200nm以下之深紫外光。以照明光而言，使用為相干光之雷射光。
可是相干光有干涉性高，產生斑紋(干涉條紋)且檢查精度下降之問題。因此，有藉由使雷射光通過旋轉相位 板，減少斑紋之方法(日本專利公開公報2012-150036號)。
本發明係提供可使減少斑紋和確保光量並存之照明裝置及圖案檢查裝置。
本發明之一態樣之照明裝置具備：光源，其係產生雷射光；旋轉相位板，其係被隨機配置，形成有複數之階差區域，使上述雷射光通過來改變相位；和積分器，其係陣列狀地配置有複數透鏡，被射入通過上述旋轉相位板之上述雷射光，上述透鏡之上述雷射光之射入容許角為上述旋轉相位板之上述雷射光之1次繞射角之最大值以上。
本發明之態樣之照明裝置具備：光源，其係產生雷射光；旋轉相位板，其係被隨機配置，形成有複數之階差區域，使上述雷射光通過來改變相位；積分器，其係陣列狀地配置有複數透鏡，被射入通過上述旋轉相位板之上述雷射光，將上述雷射光之峰值波長設為λ，將上述階差區域之最小間距設為d，將上述透鏡之有效直徑設為D，將上述透鏡之焦點距離設為f之時，滿足式(1)之關係。
sin-1(λ/d)≦tan-1(D/2f)...式(1)
本發明之態樣之圖案檢查裝置具備：光源，其係產生雷射光；旋轉相位板，其係被隨機配置，形成有複數之階差區域，使上述雷射光通過來改變相位；和積分器，其係陣列狀地配置有複數透鏡，被射入通過上述旋轉相位板之 上述雷射光，上述透鏡之上述雷射光之射入容許角為上述旋轉相位板之上述雷射光之1次繞射角之最大值以上；光學畫像取得部，其係將通過上述積分器之上述雷射光當作照明光，對形成有圖案之基板照明，並取得上述圖案之光學畫像；和比較部，其係比較上述光學畫像和參照畫像。
10‧‧‧照明裝置
11‧‧‧雷射光
12‧‧‧光束擴展器
14‧‧‧旋轉相位板
16‧‧‧積分器
16a、16b、16c‧‧‧透鏡
18‧‧‧聚焦透鏡
50‧‧‧區域
60‧‧‧光軸
100‧‧‧圖案檢查裝置
101‧‧‧光罩
102‧‧‧XYθ平台
103‧‧‧光源
104‧‧‧放大光學系統
105‧‧‧光二極體陣列
106‧‧‧感測器電路
107‧‧‧位置電路
108‧‧‧比較電路
109‧‧‧磁碟記憶裝置
110‧‧‧控制計算機
112‧‧‧設計畫像作成電路
113‧‧‧自動載入器控制電路
114‧‧‧平台控制電路
115‧‧‧磁帶記憶裝置
116‧‧‧軟碟裝置
117‧‧‧CRT
118‧‧‧圖案監視器
119‧‧‧印表機
120‧‧‧匯流排
122‧‧‧雷射測長系統
130‧‧‧自動載入器
150‧‧‧光學畫像取得部
160‧‧‧控制電路
170‧‧‧照明光學系統
201‧‧‧X軸馬達
202‧‧‧Y軸馬達
203‧‧‧θ軸馬達
圖1為第1實施形態之照明裝置之構成圖。
圖2A、2B、2C為第1實施形態之旋轉相位板之概念圖。
圖3為第1實施形態之作用之說明圖。
圖4為第1實施形態之作用之說明圖。
圖5為表示第2實施形態之圖案檢查裝置之全體構成的概念圖。
圖6為第2實施形態之光學畫像之取得順序之說明圖。
以下，針對本發明之實施形態，一面參照圖面一面進行說明。
(第1實施形態)
本發明之照明裝置具備：光源，其係產生雷射光；旋轉相位板，其係被隨機配置，形成有複數之階差區域，使 雷射光通過來改變相位；和積分器，其係陣列狀地配置有複數透鏡，被射入通過旋轉相位板之雷射光，上述透鏡之雷射光之射入容許角為旋轉相位板之雷射光之1次繞射角之最大值以上。
圖1為本實施形態之照明裝置之構成圖。本實施形態之照明裝置被用於檢查光罩之圖案檢查裝置。
本實施形態之照明裝置10具備有光源103及照明光學系統170。而且，照明光學系統170具備有光束擴展器12、旋轉相位板14、積分器16及聚焦透鏡18。
光源103為圖案檢查之照明光的光源。作為照明光，產生屬於相干光之雷射光11。
光源103係例如產生峰值波長(λ)為193nm之ArF準分子雷射。雷射光11之峰值波長(λ)從提升圖案檢查之精度之觀點來看以10nm以上200nm以下為佳。
光束擴展器12係放大從光源103發光之雷射光11。光束擴展器12係由例如兩片之透鏡所構成。
圖2A、2B、2C為本實施形態之旋轉相位板之概念圖。圖2A為上視圖，圖2B為以圖2A之虛線框所包圍之區域50的放大圖，圖2C為圖2B之XX剖面圖。
當試著放大圖2A所示之旋轉相位板14之區域50時，在其表面如圖2B所示般，隨機配置複數之階差區域A。如圖2C所示般，階差區域A係相對於相鄰之無階差區域B，僅被挖掘雷射光之波長(λ)以下之深度的區域。
旋轉相位板14係藉由無圖示之馬達而以旋轉軸為中 心高速旋轉。旋轉相位板之旋轉數係如為每秒5000轉以上每秒2萬轉以下。
對旋轉相位板垂直射入之雷射光11係在通過階差區域A之情形和通過階差區域B之情形下相位變化。依此，藉由使被照射於當作檢查對象物之光罩101(圖1)的雷射光之相位時間變化，可減少斑紋。
在此，如圖2B所示般，將階差區域A之最小間距設為d。為最小間距之d從減少斑紋之觀點來看越小為佳。為最小間距之d係以1μm以上100μm以下為佳。
積分器16係陣列狀地配置複數透鏡16a、16b、16c。構成積分器16之透鏡16a、16b、16c並不特別限定，即使為例如柱狀透鏡亦可，即使為兩片構成之透鏡亦可。構成積分器16之透鏡16a、16b、16c係像側成為遠心。
積分器16被射入通過旋轉相位板14之雷射光16。藉由雷射光11通過積分器16，提升被照射至光罩101之照明光的照度之均勻性。
聚焦透鏡18具備使雷射光11聚光之功能。通過積分器16之雷射光11藉由聚焦透鏡18被聚光，被照射至光罩101。
圖3、圖4為本實施形態之作用之說明圖。圖3為旋轉相位板14之繞射角之說明圖。圖4為積分器16之射入容許角之說明圖。
圖3為旋轉相位板14之一部分區域之放大圖。旋轉相位板14係藉由具備階差區域A，也當作繞射格子而發 揮功能。因此，如圖3所示般，藉由垂直射入至旋轉相位板14之表面的雷射光11通過旋轉相位板14，被分歧成直線光L0、1次繞射光L1、2次繞射光L2還有無圖示之3次以上之繞射光。
在此，直線光L0和1次繞射光所構成L1所構成之角度為1次繞射角，將1次繞射角記成θA。1次繞射角θA藉由直接觀察通過旋轉相位板14之雷射光11之圖案，可以實際測量。
再者，將1次繞射角θA之最大值係將雷射光之峰值波長設為λ，將階差區域A之最小間距設為d之時，可以下式表示sin-1(λ/d)...式(2)
圖4為構成積分器16中之1個透鏡16a之放大圖。
透鏡16a可對光軸60僅射出一定角度範圍之射入光。將該角度範圍之最大值定義成積分器16之射入容許角θB。
超過射入容許角θB而射入至透鏡16a之光，例如在透鏡16a內成為漫射光，不從透鏡16a被射出。因此，超過積分器16之射入容許角θB之射入光，不到達至光罩101之期待位置，成為光量損失。依此，在照射面之光量對應此而下降。在照射面之光量下降係與缺陷之檢查精度下降有關。
射入容許角θB為透鏡16a之特性值。射入容許角θB係將透鏡16a之有效直徑設為D，將透鏡之焦點距離設為 f之時，可以下式表示：tan-1(D/2f)．．．式(3)並且，透鏡之有效直徑表示離開透鏡之焦點之光通過透鏡之後，成為平行光之範圍的值。
在本實施形態之照明裝置10中，將積分器16之雷射光11之射入容許角θB設為旋轉相位板14之雷射光11之1次繞射角θA設為之最大值以上。換言之，如從式(2)、式(3)導出般，將雷射光之峰值波長設為λ，將階差區域A之最小間距設為d，將透鏡之有效直徑設為D，將透鏡之焦點距離設為f之時，滿足式(1)之關係。
以下，針對本實施形態之照明裝置10之作用進行說明。在本實施形態中，藉由設置旋轉相位板14，減少斑紋。同時，藉由設置積分器16，可以提升照明光之照度之均勻性。
原本如上述般，旋轉相位板14因也當作繞射格子而發揮功能，故產生了繞射光。再者，在積分器16存在射入容許角θB。當繞射光之繞射角超過射入容許角θB之時，產生光量之損失。
在本實施形態之照明裝置10中，如上述般，將積分器16之雷射光11之射入容許角θB設為旋轉相位板14之雷射光11之1次繞射角θA設為之最大值以上。換言之，如從式(2)、式(3)導出般，將雷射光之峰值波長設為λ，將階差區域A之最小間距設為d，將透鏡之有效直徑設為D，將透鏡之焦點距離設為f之時，滿足式(1)之關係。
藉由該構成，至少旋轉相位板14之1次繞射光被射入至積分器16，並且有效被射出，到達至光罩101表面。因此，可以抑制積分器16中之光量損失。依此，可以實現減少斑紋及確保光量並存的照明裝置。
並且，為了提升檢查精度，雷射光11之峰值波長λ以波長越短越佳。峰值波長λ以10nm以上200nm以下為佳。
當波長λ成為短波長時，為了減少斑紋，以縮小階差區域A之最小間距d為佳。如此一來，從式(2)明顯可知1次繞射角θA之最大值變得更大，光量損失之問題顯著。因此，為了提升檢查精度，滿足式(1)之照明裝置之構成更為重要。
再者，為了提升檢查精度，不僅雷射光11之峰值波長λ之短波長化，以雷射光11之峰值之半值寬(半峰全幅值)較窄為佳。雷射光11之峰值之半值寬以λ/10000以下為佳。
藉由半值寬(半峰全幅值)變窄，雷射光11之相干性增大。因此，為了減少斑紋，以更縮小階差區域A之最小間距d為佳。如此一來，為了提升檢查精度，滿足式(1)之照明裝置之構成更為重要。
(第2實施形態)
本實施形態之圖案檢查裝置具備：光源，其係產生雷射光；旋轉相位板，其係被隨機配置，形成有複數之階差區域，使雷射光通過來改變相位；和積分器，其係陣列狀 地配置有複數透鏡，被射入通過旋轉相位板之雷射光，雷射光之射入容許角為旋轉相位板之雷射光之1次繞射角以上；光學畫像取得部，其係將通過積分器之雷射光當作照明光，對形成有圖案之基板照明，並取得圖案之光學畫像；和比較部，其係比較光學畫像和參照畫像。
本實施形態之圖案檢查裝置具備有第1實施形態之照明裝置。因此，針對與第1實施形態重覆之內容省略記載。
圖5為表示本實施形態之圖案檢查裝置之全體構成的概念圖。本實施形態之圖案檢查裝置100為檢查對象物為光罩101之光罩檢查裝置。圖案檢查裝置100具備有光源103、照明光學系統170、光學畫像取得部150及控制電路160。
光學畫像取得部150具備有XYθ平台102、放大光學系統104、光二極體陣列105、感測器電路106、雷射測長系統122及自動載入器130。再者，在控制電路160中，屬於電腦之控制計算機110經成為資料傳送路之匯流排120，連接於位置電路107、成為比較部之一例的比較電路108、設計畫像作成電路112、自動載入器控制電路113、平台控制電路114、成為記憶裝置之一例的磁碟記憶裝置109、磁帶記憶裝置115、軟碟裝置(FD)116、CRT117、圖案監視器118及印表機119。再者，XYθ平台102係藉由X軸馬達201、Y軸馬達202、θ軸馬達203而被驅動。
在本實施形態之圖案檢查裝置100中，光源103、照明光學系統170具備有與在第1實施形態中所說明之照明裝置10相同之構成。
在圖5中，說明本實施形態，並且針對需要之構成部分予以記載。對於圖案檢查裝置100，即使包含通常所需之外的其他構成當然亦可。
接著，針對使用本實施形態之圖案檢查裝置100之光罩101之缺陷檢查方法進行說明。
於開始檢查前，首先藉由利用自動載入器控制電路113被控制之自動載入器130，形成有圖案之光罩101被載入在被設置成可藉由XYθ各軸之馬達在水平方向及旋轉方向移動之XYθ平台102上。而且，被載置在XYθ平台102上。再者，於光罩101之圖案形成時所使用之設計圖案之資訊(設計圖案資料)係從裝置外部被輸入至圖案檢查裝置100，被記憶在屬於記憶裝置(記憶部)之一例的磁碟記憶裝置109。
XYθ平台102係在控制計算機110之控制下藉由平台控制電路114而被驅動。藉由驅動至X方向、Y方向、θ方向之3軸馬達201、202、203般之驅動系統可移動。該些X軸馬達201、Y軸馬達202、θ軸馬達203係可以例如使用步進馬達。
而且，XYθ平台102之移動位置係藉由雷射測長系統122來測量，被供給至位置電路107。再者，XYθ平台102之光罩101係從藉由自動載入器控制電路113被驅動 之自動載入器130自動性地被搬送，於檢查結束後，自動性被排出。再者，放大光學系統104係藉由例如壓電轉換元件等被驅動，影像之焦點朝光二極體陣列105對準。
圖6為本實施形態之光學畫像之取得順序之說明圖。被檢查區域如圖6所示般，例如朝向Y方向，假設性地被分割成掃描寬度W之長條狀之複數的檢查條帶。而且，以又被分割之各檢查條帶連續被掃描之方式，控制XYθ平台102之動作，一面在X方向移動一面取得光學畫像。
在光二極體陣列105中，連續性地輸入如圖6所示之掃描寬度W之畫像。而且，在取得第1檢查條帶中之畫像之後，此次一面在相反方向移動第2檢查條帶中之畫像，一面同樣地連續輸入掃描寬度W之畫像。而且，於取得第3檢查條帶中之畫像之時，一面在與第2檢查條帶中之相反方向，即是取得第1檢查條帶中之畫像之方向移動，一面取得畫像。如此一來，藉由連續取得畫像，可以縮短浪費的處理時間。
被形成在光罩101之圖案上，藉由被配置在XYθ平台102之上方的光源103被照射光。從光源103被照射之雷射光11經照明光學系統170照射光罩101。藉由照明而通過光罩101之光經由放大光學系統104射入且在光二極體陣列105成像以作為光學影像。在光二極體陣列105上成像之圖案之影像係藉由光二極體陣列105而被光電轉換，又藉由感測器電路106被A/D(類比數位)轉換。在光二極體陣列105上設置有例如TDI(時間積分)感測器般之 感測器。如上述般，光學畫像取得部150取得被檢查資料之每檢查條帶的光學畫像資料(條帶資料)。
被輸出至感測器電路106之各檢查條帶之測量資料(光學畫像資料)，係在每檢查條帶依序與從位置電路107被輸出之表示XYθ平台102上之光罩101之位置的資料，一起被輸出至比較電路108。測量資料係每畫素例如8位元之無符號的資料，以例如0~255表現各畫素之亮度的色調。藉由該些光源103、照明光學系統170、放大光學系統104、光二極體陣列105及感測器電路106，構成高倍率之檢查光學系統。
設計畫像作成電路(參照畫像作成部)112，係在每規定的區域，從磁碟記憶裝置109通過控制計算機110而讀出設計圖案資料，將所讀出之光罩101之設計圖案資料轉換(展開處理)成二值至多值之屬於影像資料的設計畫像資料(參照畫像資料)。規定之區域若為與成為比較對象之光學畫像對應之畫像的區域(領域)即可。所作成的參照畫像資料被輸入至比較電路108。
因構成被定義成設計圖案資料之圖案的圖形係以長方形或三角形為基本圖形，故在設計圖案資料，以例如圖形碼之資訊，該圖形碼係區別圖形之基準位置中之座標(x、y)、邊之長度、長方形或三角形等之圖形類別的識別碼，存儲有定義各圖案之圖形之形狀、大小、位置等的圖形資料。
當如此之圖案資料被輸入至設計畫像作成電路112 時，展開至每圖形之資料為止，解釋表示其圖形資料之圖形形狀的圖形碼、圖形尺寸等。而且，當作被配置在以規定之量子化尺寸之柵格為單位之格子內的圖案，展開二值至多值之畫像資料。而且，被展開之畫像資料(展開畫像資料)被儲存在電路內之無圖示之圖案記憶體或磁碟記憶裝置109內。換言之，讀取設計圖案資料，且對將檢查區域以規定之尺寸當作單位之格子進行虛擬分割而產生的每格子，運算設計圖案中之圖形所佔據之佔有率，將n位元之佔有率資料輸出至無圖示之圖案記憶體或是磁碟記憶裝置109。例如，將一個格子當作1畫素而予以設定為佳。而且，當1畫素持有1/28(=1/256)之分解能時，若僅使配置在畫素內之圖形的區域部分，持有1/256之分解能時，僅被配置在畫素內之圖形之區域的部分，分配1/256之小區域而運算畫素內之佔有率。而且，被展開之畫像資料係作為相對於各畫素以8位元之佔有率資料來定義之區域單位之畫像資料，儲存在圖案記憶體或磁碟記憶裝置109中。
而且，對被展開之畫像資料進行資料處理(畫像處理)，施予適當之檔案處理。光學畫像資料(測量資料)係藉由放大光學系統104之解像特性或光二極體陣列105之孔徑效應處於過濾器作用之狀態，換言之為連續變化之類比狀態。因此，藉由也對畫像強度(濃淡值)為數位值之設計側之影像資料的展開畫像資料，施予沿著規定之模型的過濾處理，可以配合測量資料。例如，施予進行放大或縮小 處理之尺寸處理、圓角處理或模糊處理之過濾處理。如此一來作成設計畫像資料。
而且，在比較電路108內，讀出每條帶之光學畫像資料，且以光學畫像資料成為與參照資料相同尺寸之區域之畫像之方式，切出光學畫像資料。而且，比較電路108係利用規定之判定條件，進行所對應之光學畫像資料和參照資料之定位之後，對每畫素進行比較。如此之檢查手法為晶粒至資料庫(die to database)檢查。而且，輸出比較結果。比較結果若藉由磁碟記憶裝置109、磁帶記憶裝置115、軟碟裝置(FD)116、CRT117、圖案監視器118或印表機119被輸出即可。並且，亦可使用本實施形態之圖案檢查裝置100，對光學畫像資料彼此進行比較之晶粒至晶粒(die to die)檢查。
如上述般，進行光罩101之圖案之缺陷檢查。
在本實施形態之圖案檢查裝置100中，具備有在第1實施形態中所說明之照明裝置10。因此，取得減少斑紋和確保光量並存的照明光。依此，實現提升缺陷之檢查精度的圖案檢查裝置。尤其，可在雷射光之波長短，且半值寬小之區域中取得高的檢查精度。
以上，一面參照具體例一面針對本發明之實施形態進行說明。上述實施形態終究只是舉出的一個例，並不限定本發明。再者，即使適當組合各實施形態之構成要素亦可。
例如，在實施形態中，雖然圖案檢查裝置舉出檢查光 罩之圖案之缺陷的光罩檢查裝置為例而進行說明，但是檢查晶圓之圖案之缺陷的晶圓檢查裝置亦可適用本發明。
在實施形態中，雖然針對與裝置構成或製造方法等無直接需要的部分等省略記載，但可以適當選擇使用所需之裝置構成或製造方法等。其他，具備本發明之要素、所屬技術領域中具有通常知識者可適當變更設計的所有照明裝置及圖案查裝置包含在本發明之範圍內。本發明之範圍係藉由申請專利範圍及其均等物之範圍來定義。
10‧‧‧照明裝置
11‧‧‧雷射光
12‧‧‧光束擴展器
14‧‧‧旋轉相位板
16‧‧‧積分器
16a、16b、16c‧‧‧透鏡
18‧‧‧聚焦透鏡
101‧‧‧光罩
103‧‧‧光源
170‧‧‧照明光學系統

Claims (5)

  1. 一種照明裝置，其特徵在於具備：光源，其係產生雷射光；旋轉相位板，其係被隨機配置，形成有複數之階差區域，使上述雷射光通過來改變相位；及積分器，其係陣列狀地配置有複數之透鏡，被射入通過上述旋轉相位板之上述雷射光，將上述雷射光之峰值波長設為λ，將上述階差區域之最小間距設為d，將上述透鏡之有效直徑設為D，將上述透鏡之焦點距離設為f之時，滿足式(1)之關係sin-1(λ/d)≦tan-1(D/2f)...式(1)。
  2. 如請求項1所記載之照明裝置，其中上述雷射光之峰值波長為10nm以上200nm以下。
  3. 如請求項2所記載之照明裝置，其中上述雷射光之峰值之半峰全幅值為λ/10000以下。
  4. 如請求項1所記載之照明裝置，其中上述最小間距為10μm以上100μm以下。
  5. 如請求項1所記載之照明裝置，其中上述透鏡為柱狀透鏡。
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