照明装置、缺陷检测系统、光刻机以及缺陷检测方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域,特别涉及一种照明装置、缺陷检测系统、光刻机以及缺陷检测方法。
背景技术
在半导体集成电路或平板显示的制备工艺中,为提高产品良率,污染控制是一个至关重要的环节。其中,作为图案模板的掩模版的玻璃(glass)面和薄膜(pellicle)面在夹持、传输、存储及曝光等过程中易受到污染和损伤等而产生缺陷,例如外来颗粒、指纹、划痕、针孔等。若曝光前不进行缺陷检测,在曝光过程中,上述缺陷的存在将直接影响光刻机的曝光性能及产品良率。故需要在掩模版曝光之前,进行缺陷检测,以确定掩模版是否可直接用于曝光,从而避免掩模版的缺陷对曝光的影响。
目前,针对掩模版的缺陷的检测方法主要利用照明装置和成像探测装置组成的缺陷检测系统来实现,具体是,先通过相应的照明装置投射测量光至掩模版上,该测量光在掩模版的缺陷处发生散射,产生的散射光会进入到对应的成像探测装置中,该成像探测装置探测该散射光的信号并对探测结果进行处理,以获得所述掩模版的缺陷的等效尺寸等信息。其中,为保证缺陷检测精度,照明装置需要提供远心照明,且远心程度越高,检测越精准。
但目前主要由照明装置和成像探测装置组成的缺陷检测系统的检测精度无法进一步提高,主要原因包括:
1、该缺陷检测系统一般集成在光刻机中,由于受限于光刻机内部的机械空间,因此现有的缺陷检测系统要求足够小,以避免占用光刻机内部过多的机械空间,由此导致其缺陷检测精度有限。
2、因掩模版的上表面和下表面均需要进行缺陷检测,故在实际检测过程中,需要将掩模版置于一版叉(掩模版承载装置)上。但因为版叉容易受到光刻机设备内部运动机构和外部振动的影响,而且照明装置提供的测量光的光强度分布梯度大,所以缺陷检测系统的缺陷检测结果(例如颗粒灰度)重复性差,严重影响缺陷的检测精度。
因此,需要一种新的照明装置以及缺陷检测系统、光刻机以及缺陷检测方法,以提高缺陷检测精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种照明装置、缺陷检测系统、光刻机以及缺陷检测方法,以解决缺陷检测精度低的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种照明装置,所述照明装置包括:沿光路依次设置的光照单元,光调整单元以及光分割单元;
所述光照单元用于提供线状光照,并传播至所述光调整单元;
所述光调整单元用于调整所述光照的发散角至预设值,且调整后的所述光照为远心光照;
所述光分割单元用于将经所述光调整单元后的所述光照分割为至少两束子光照;所述至少两束子光照交错分布且光强相互叠加形成的光斑包括呈平顶高斯分布的光斑。
可选的,在所述的照明装置中,所述至少两束子光照交错分布且光强相互叠加形成的所述光斑在长度方向上光强均匀,且在宽度方向上的部分光强呈平顶高斯分布;其中,所述长度方向和所述宽度方向相互垂直。
可选的,在所述的照明装置中,所述光分割单元包括楔形基板,所述光照经所述光调整单元后,透过所述楔形基板,以形成所述至少两束子光照。
可选的,在所述的照明装置中,所述光分割单元还包括平板玻璃。
可选的,在所述的照明装置中,所述平板玻璃和所述楔形基板拼接设置;部分所述光照经所述平板玻璃透射,部分所述光照经所述楔形基板透射。
可选的,在所述的照明装置中,所述平板玻璃和所述楔形基板相互叠置;部分所述光照经所述平板玻璃透射,部分所述光照依次经所述平板玻璃和所述楔形基板透射。
可选的,在所述的照明装置中,所述发散角的预设值范围为:大于20度且小于90度。
可选的,在所述的照明装置中,所述光调整单元包括柱面微透镜阵列、鲍威尔棱镜和\或扩散片。
可选的,在所述的照明装置中,所述照明装置还包括:扩束镜和准直镜组;其中,
所述扩束镜用于将所述光照经扩束,使所述光照的直径被扩大且能平行传播至所述光调整单元;
所述准直镜组用于所述准直镜组用于保持经所述光分割单元输出的交错分布的所述至少两束子光照的准直性。
基于同一发明构思,本发明还提供一种缺陷检测系统,包括所述照明装置和成像探测装置;其中,
所述照明装置用于提供光斑,以作为测量光,并将所述测量光投射至具有缺陷的待测物上,所述测量光在所述缺陷处发生散射并产生散射光;其中,所述照明装置提供的所述光斑包括呈平顶高斯分布的光斑;
所述成像探测装置用于接收和探测所述散射光,并对探测到的信息进行处理,以获得所述缺陷的信息。
可选的,在所述的缺陷检测系统中,所述缺陷的信息包括所述缺陷的等效尺寸以及位置坐标。
可选的,在所述的缺陷检测系统中,所述缺陷检测系统还包括焦面测量装置、第一运动台和第二运动台;其中,
所述焦面测量装置用于测量所述待测物相对于所述成像探测装置的位置;
所述第一运动台用于调整所述待测物相对于所述成像探测装置在第一方向上的间距;
所述第二运动台用于承载所述待测物并带动所述待测物沿第二方向移动,以实现所述测量光扫描所述待测物的整个表面。
可选的,在所述的缺陷检测系统中,所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
可选的,在所述的缺陷检测系统中,所述成像探测装置包括成像探测镜组以及探测器;所述成像探测镜组用于汇聚所述散射光,并传递至所述探测器中;所述探测器用于检测所述散射光并对检测到的信息进行处理,以获得所述缺陷信息。
基于同一发明构思,本发明还提供一种光刻机,所述光刻机包括所述缺陷检测系统。
基于同一发明构思,本发明还提供一种缺陷检测方法,包括:
所述照明装置提供光斑,以作测量光,其中,所述光斑包括呈平顶高斯分布的光斑;
所述测量光投射至待测物上,若所述测量光投射至所述待测物上的缺陷处,则发生散射并产生散射光,所述散射光传播至所述成像探测装置;
所述成像探测装置检测所述散射光,并获得缺陷信息。
可选的,在所述的缺陷检测方法中,所述缺陷的信息包括所述缺陷的等效尺寸以及位置坐标
综上,本发明提供一种照明装置、缺陷检测系统、光刻机以及缺陷检测方法。其中,所述照明装置包括:沿光路依次设置的光照单元,光调整单元以及光分割单元。所述光照单元用于提供线状光照,并传播至所述光调整单元。所述光调整单元用于调整所述光照的发散角至预设值且调整后的所述光照为远心光照。所述光分割单元用于将经所述光调整单元后的所述光照分割为至少两束子光照。所述至少两束子光照交错分布且光强相互叠加形成的光斑包括呈平顶高斯分布的光斑。因此,本发明通过所述光调整单元来增大所述光照的发散角至预设值,从而在有限的空间中实现远心照明,以提高缺陷检测精准度。并且,经所述光调整单元后的调整后产生的所述光斑包括呈平顶高斯分布的光斑,以保证在一定方向上部分光强的均匀,避免内部运动以及外界振动导致光强不均匀不稳定,以引起对缺陷检测的影响,进而保证了缺陷检测系统的高精准度,有利于提高产品良率。
附图说明
图1是本发明实施例的缺陷检测系统的结构示意图;
图2是本发明实施例的照明装置的结构示意图;
图3是本发明实施例的版叉的结构示意图;
图4是本发明实施例的版叉的振动示意图;
图5是本发明实施例的重复性与振动频率的仿真示意图;
图6是本发明实施例的一种光分割单元的结构示意图;
图7是本发明实施例的一种光分割单元的结构示意图;
图8是本发明实施例的子光照投射于同一像面的示意图;
图9是本发明实施例的平顶高斯光束的光强与光斑位置关系示意图;
图10是本发明实施例的光调整单元与光分割单元结合的Y方向截面图;
图11是本发明实施例的光调整单元与光分割单元结合的X方向截面图;
图12是本发明实施例的离焦前的测量光的光强与光斑位置关系示意图;
图13是本发明实施例的离焦后的测量光的光强与光斑位置关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。还应当理解的是,除非特别说明或者指出,否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等,而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
为解决上述技术问题,本实施例提供一种缺陷检测系统,请参阅图1,所述缺陷检测系统包括所述照明装置10和成像探测装置20。其中,所述照明装置10提供长度方向上光强均匀,且在宽度方向上的部分光强呈平顶高斯分布的光斑,以作为测量光,所述测量光投射至待测物M上。其中,所述长度方向和所述宽度方向相互垂直。进一步的,在所述缺陷检测系统中,所述宽度方向为检测的扫描方向。所述测量光经所述待测物M上缺陷会发生散射并产生散射光,所述散射光传播至所述成像探测装置20,经所述成像探测装置20检测后获得缺陷信息。若所述测量光投射至所述待测物M的表面上,并无缺陷,则所述测量光经所述待测物M反射并产生反射光,所述反射光并不进入所述成像探测装置20中。即,当所述待测物M表面并无缺陷时,所述成像探测装置20接收不到光束。
进一步的,所述成像探测装置20包括成像探测镜组201以及探测器202。所述成像探测镜组201用于汇聚所述散射光,并传递至所述探测器202中。所述探测器为光电探测器,用于检测所述散射光并对所述散射光进行光电转换,从而获得所述缺陷信息。所述缺陷信息包括所述缺陷的等效尺寸以及位置坐标。
此外,所述缺陷检测系统还包括焦面测量装置30、所述第一运动台40和第二运动台50。其中,所述焦面测量装置30用于测量所述待测物M相对于所述成像探测装置20的位置。典型的测量原理包括但不限于为多波长共焦测量法、三角测量法等。所述第一运动台40用于调整所述待测物M相对于所述成像探测装置20在第一方向上的间距,即根据所述焦面测量装置30的检测信息,来调整所述待测物M的垂向高度(Y方向),以保证所述散射光能够进入所述成像探测装置20中,以及所述反射光不进入所述成像探测装置20中。所述第二运动台50用于承载所述待测物M并带动所述待测物M沿第二方向(X方向)移动,以实现所述测量光扫描整个所述待测物M表面。其中,所述第一方向(Y方向)和所述第二方向(X方向)相互垂直。
基于同一发明构思,本实施例还提供一种光刻机,所述光刻机包括所述缺陷检测系统。
本实施例中的所述待测物M以掩膜版为例。目前,常用的掩模版的长宽约为152mm,通常有效区域在132mm*104mm以上,这样就要求照明装置10产生的线光斑至少需要大于104mm,优选大于125mm。为保证缺陷检测精准度,照明装置10产生的测量光有以下特征:所述测量光束中各个视场主光线之间的偏差小于5度,优选1度以下。即需要照明装置10提供为远心照明。其中,远心照明的照明视场d,准直镜组的焦距f以及测量光的发散角θ满足如下关系:
d=f*sin(θ)*2;
但由于光刻机内部的机械空间非常有限,则要求所述缺陷检测系统的结构小巧,即准直镜组的焦距f尽可能的缩小。因此,在保证远心照明的前提下,需要增大测量光的发散角θ,以满足上述要求。
因此,本实施例提供的所述照明装置10能够解决上述问题。请参阅图2,所述照明装置10所述包括光照单元101,光调整单元103以及光分割单元104。所述光照单元101用于提供线状光照,并传播至所述光调整单元103。可选的,所述光照单元101包括激光器,所述激光器提供线光斑。所述光调整单元103用于调整所述光照的发散角至预设值。所述光分割单元104用于将经所述光调整单元103后的所述光照分割为至少两束子光照;所述至少两束子光照交错分布且光强相互叠加形成的光斑包括呈平顶高斯分布的光斑。进一步的,在同一像面106上,所述至少两束子光照交错分布且光强相互叠加,以形成在长度方向上光强均匀,且在宽度方向上部分光强呈平顶高斯分布的光斑。其中,所述长度方向和所述宽度方向相互垂直,且所述至少两束子光照的传播方向与所述长度方向和所述宽度方向所在的平面呈一定的倾斜角度。进一步的,在缺陷检测中,所述宽度方向为检测的扫描方向,以保证扫描的过程中光强均匀,降低振动对检测的影响,便于提高后续检测的稳定性。
进一步的,所述光调整单元103和所述光分割单元104的位置可以互换,即所述光照可依次透过所述光调整单元103和所述光分割单元104;或者,所述光照可依次透过所述光分割单元104和所述光调整单元103。
其中,所述光照经过所述光调整单元103后的所述发散角能够调节至20度以上,从而可以使得准直镜组105的焦距可以控制在150mm以下,甚至125mm以下。因此,本实施例提供的所述照明装置10,能够满足缩小所述缺陷检测系统所占空间的要求,适应性及拓展性更好。
进一步的,所述光调整单元103包括但不限于为柱面微透镜阵列、鲍威尔棱镜和\或扩散片。所述发散角的预设值范围为:大于20度且小于90度,优选为40度、50度或60度等。
此外,因在实际检测中,所述掩模版的上下表面均需要进行缺陷检测,所以需要图3所示的版叉N来承载所述掩模版。所述版叉N的形状一般为回形,便于与所述掩模版的形状匹配。为承载所述掩模版且满足检测的需求,所述版叉N的厚度有限,也不可能做厚。这样便导致版叉N的模态较低,容易受到设备内部运动机构和外部振动的影响,进而导致所述掩模版的的振动,影响检测的精度。
请参阅图4,图4为所述掩模版在缺陷检测系统中检测时,版叉N受到内部运动机构和外部引入振动的影响,会发生振动示例。
虽然所述缺陷检测系统中的成像探测装置20中已经采用探测器积分的方式,对所述散射光进行了匀化。但由于振动导致所述测量光入射角度和成像探测装置20接收角度偏离掩模版的法线方向,会放大振动对检测的影响,探测器积分的方式并不能很好地解决该问题。请参阅图5,图5是所述缺陷检测系统中不同频率的振动对颗粒灰度测量重复性的灵敏度影响的仿真图。颗粒灰度重复性用于表征颗粒灰度检测重复性,颗粒灰度重复性越小表示颗粒度检测重复性越好,则检测精准度越高。仿真时各频率振动对应的振幅为1微米,横坐标为振动频率,纵坐标为对颗粒灰度重复性的影响。其中,重复性0.02对应灰度变化为2%。因此,从图5中可见,所述版叉N的振动影响对颗粒灰度检测重复性影响很大。
在仿真测试中,通过仿真分析图4实测的振动数据,发现所述版叉N的振动对颗粒测量灰度的重复性影响达到了16.7%,可见所述版叉N的振动对缺陷检测装置颗粒测量灰度重复性造成较大的影响。经分析,造成该影响的根本原因是测量光光强分布梯度大,以使得在振动时测量光分布于不同位置上所对应的停留时间发生变化,最终产生信号的重复性差异。换言之,由于垂向振动,会导致所述版叉N水平方向X上的速度瞬时发生变化。由于测量光光强分布为大梯度分布,以下两种情况采集到的能量会有很大差异:第一种情况:相对光强最高时所述版叉N速度最慢,相对光强最低时所述版叉N速度最快。第二种情况:相对光强最高时所述版叉N速度最快,相对光强最低时所述版叉N速度最慢。即,所述版叉N振动导致所述版叉N水平方向X上的速度瞬时发生变化,引起散射光的波动,从而影响颗粒测量灰度的重复性,致使缺陷检测精度降低。
对此,本实例提供的所述照明装置10通过所述光分割单元104,来获得所述光斑以降低所述测量光光强分布的梯度,从而能够保证光照强度的均衡,降低振动对检测精度的影响。
具体的,请参阅图6,所述光分割单元104包括所述平板玻璃1041和所述楔形基板1042。所述平板玻璃1041和所述楔形基板1042拼接设置。部分所述光照经所述平板玻璃1041透射,部分所述光照经所述楔形基板102透射。图6所示的拼接方式为上下拼接,除了图示的拼接方式,还可以为左右拼接,以使部分光照通过所述平板玻璃1041,剩余部分光照通过所述楔形基板102。
除了上述的设置方式,所述平板玻璃1041和所述楔形基板1042还可以相互叠置。请参阅图7,部分所述光照经所述平板玻璃1041透射,部分所述光照依次经所述平板玻璃1041和所述楔形基板1042透射。因所述光照单元提供的为典型的高斯光束,光强从视场的中间向两边削弱。因此,通过所述平板玻璃1041和所述楔形基板1042的作用可以获得至少两束子光照,每个所述子光照均为高斯光束。如图8所示,多个所述子光照在同一像面106上,且沿所述光分割单元104中的宽度方向上交错分布且光强相互叠加,光强波峰相互错开,并通过叠加作用,以获得图9所示的在长度方向上光强均匀,且在所述宽度方向上部分光强呈平顶高斯分布的光斑。进而实现,光强梯度变化较小,能够保证投射至所述掩模版上的测量光的光强均衡,以降低振动对检测的影响。
其中,所述光分割单元104可以为一个平板玻璃经加工而成图6和图7所示的结构。即所述平板玻璃1041和所述楔形基板1042可以为一体成型。
此外,所述光分割单元104还可以仅包括楔形基板1042。请参阅图11-12,所述光调整单元103中的所述柱面微透镜阵列、所述鲍威尔棱镜和\或扩散片与所述楔形基板1042一体成型。所述光照经所述柱面微透镜阵列和\或所述鲍威尔棱镜后,透过所述楔形基板1042,以形成所述至少两束子光照,进而形成图9所示的在长度方向上光强均匀,且在所述宽度方向上部分光强呈平顶高斯分布的光斑,以保证在扫描的过程中,光强稳定且均匀,降低振动对检测的影响,以提高检测精准度。
进一步的,除了通过设置所述光分割单元104获取所述光斑。还可以通过离焦的方式获得所述光斑。但是如图12和图13的比对图可见,离焦的方式或造成光斑宽度过大,因此优选以设置所述光分割单元104的方式,来获取所述光斑。
在设置所述光分割单元104后,再次以图4实测的振动数据进行仿真测试,发现所述版叉N的振动对颗粒测量灰度的重复性影响降低为6.6%,可见所述光分割单元104较大程度缓解了所述版叉N的振动对缺陷检测装置颗粒测量灰度重复性的影响。
其中,经验证,加入所述光分割单元104对所远心照明的影响程度仅为0.1度,对远心照明几乎没有影响。并且,所述光分割单元104中并不会发生干涉,对形成包括呈平顶高斯分布的所述光斑没有影响,因为实际产品中使用的半导体激光器主波长为640纳米,带宽为4纳米,则相干长度为0.1微米,假设加入的楔形基板1042是厚度为2微米的N-BK7,且折射率为1.51,则所述光照的分割部分与非分割部分的光程差为(1.51-1)*2=1.02微米,远远大于0.1微米,故不会发生干涉。因此,所述照明装置不仅能保证远心照明,还能够获取较为稳定的所述光斑作为测量光。
进一步的,请继续参阅图2,所述照明装置还包括扩束镜102和准直镜组105。其中,所述光照经所述扩束镜102后,形成平行传播且直径扩大的所述光照,再依次经所述光调整单元103和所述光分割单元104后,形成至少两束所述子光照,各所述子光照经所述准直镜组105透射后,不仅实现远心照明,还形成所述光斑。
基于同一发明构思,本实施例还提供一种缺陷检测方法,请参阅图1,包括:
步骤一:所述照明装置10提供光斑,以作为测量光;其中,所述光斑包括呈平顶高斯分布的光斑。
优选的,在同一像面上,所述光斑在长度方向上光强均匀,且在宽度方向上的部分光强呈平顶高斯分布,其中,所述长度方向和所述宽度方向相互垂直,所述宽度方向为扫描方向。即,即在扫描方向上,所述光斑的光强几乎呈平顶高斯分布,以保证在扫描的过程中光强均匀且稳定。此外,在所述光调整单元103的作用下,所述光斑为远心光照。
步骤二:所述测量光投射至待测物M上,若所述测量光投射至所述待测物M上的缺陷处,则发生散射并产生散射光,所述散射光传播至所述成像探测装置20。若所述测量光投射至所述待测物M的表面上,并无缺陷,则所述测量光经所述待测物M反射并产生反射光,所述反射光并不进入所述成像探测装置20中。即,当所述待测物M表面并无缺陷时,所述成像探测装置20接收不到光束。
步骤三:所述成像探测装置20检测所述散射光,并获得缺陷信息。即,所述探测器202通过光电转换,以获取所述缺陷的等效尺寸或位置信息,以避免所述缺陷对曝光的效果的影响,进而提高产品良率。
综上所述,本实施例提供的所述照明装置、缺陷检测系统、光刻机以及缺陷检测方法。通过所述光调整单元30来增大所述光照的发散角至预设值,从而在有限的空间中实现远心照明,以提高缺陷检测精准度。并且,通过所述光分割单元40形成在长度方向上光强均匀,且在宽度方向的部分光强呈平顶高斯分布的光斑,以避免内部运动以及外界振动导致光强不均匀不稳定,以引起对缺陷检测的影响,进而保证了缺陷检测系统的高精准度,有利于提高产品良率。
此外还应该认识到,虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围。