缺陷检测装置及缺陷检测的校正方法与流程

1.本发明涉及光刻机领域，特别涉及一种缺陷检测装置及缺陷检测的校正方法。


背景技术：

2.在集成电路或平板显示器的制备工艺中，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。
3.目前，针对掩模版的缺陷的检测方法主要利用照明单元和图像探测单元组成的缺陷检测装置来实现，具体是，先通过相应的照明单元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图像探测单元中，该图像探测单元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，照明单元需要提供远心照明，且远心程度越高，检测越精准。
4.但目前主要由照明单元和图像探测单元组成的缺陷检测装置的检测精度无法进一步提高，主要原因包括:
5.1、该缺陷检测装置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装置要求足够小，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。
6.2、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，而且照明单元提供的测量光的光强度分布梯度大，所以缺陷检测装置的缺陷检测结果(例如颗粒灰度)重复性差，严重影响缺陷的检测精度。
7.因此，需要一种新的缺陷检测装置及缺陷检测的校正方法，以提高缺陷检测精度。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种缺陷检测装置及缺陷检测的校正方法，以解决缺陷检测精度低的问题。
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种缺陷检测装置，包括：照明单元、图像探测单元、焦面测量单元以及控制存储单元；
10.所述照明单元用于提供测量光；
11.所述图像探测单元用于获取所述测量光经待测物上的缺陷后发生散射并产生的散射光的光强，并根据所述光强获得所述待测物上的缺陷信息；
12.所述焦面测量单元用于测量所述待测物与所述图像探测单元之间的实时距离，并
根据所述实时距离获取所述待测物的实时振幅；
13.所述控制存储单元用于将所述图像探测单元获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元获取的实时振幅相匹配，以获得并存储光强与振幅的对应关系，以及根据所述对应关系补偿所述图像探测单元探测到的所述散射光的光强，以校正所述缺陷信息。
14.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述控制存储单元还包括编码器，所述编码器用于标记时间变化量，以将每一时间段标记为对应的码值区间。
15.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述缺陷检测装置还包括位置调整单元，所述位置调整单元用于调整所述待测物的位置。
16.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述位置调整单元包括第一运动台和第二运动台；
17.所述第一运动台用于根据所述焦面测量单元获得的实时距离来调整所述待测物相对于所述图像探测单元在第一方向上的间距；
18.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。
19.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
20.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述照明单元包括发光器和扩束镜；所述发光器用于提供光照；所述扩束镜用于扩束经所述发光器发出的所述光照，以使所述光照的直径被扩大且能平行传播。
21.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述照明单元还包括光调整镜组，所述光调整镜组用于调整经扩束后的所述光照的发散角至预设值。
22.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述光调整单元镜组包括柱面微透镜阵列和/或鲍威尔棱镜。
23.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述照明单元还包括准直镜组，所述准直镜组用于对经所述光调整镜组的所述光照进行扩束并形成平行的所述测量光。
24.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述图像探测单元包括探测镜组以及探测器；所述探测镜组用于汇聚所述散射光，并传递至所述探测器中；所述探测器用于扫描检测所述待测物。
25.可选的，在所述的缺陷检测装置中，所述焦面测量单元包括调焦传感器；所述调焦传感器用于测量所述待测物与所述图像探测单元之间的实时距离，并根据所述实时距离获取所述待测物的实时振幅。
26.基于同一发明构思，本发明还提供一种缺陷检测的校正方法，包括：
27.所述照明单元提供测量光；
28.所述测量光经所述待测物上的缺陷后发生散射并产生散射光，所述图像探测单元获取所述散射光的光强，并根据所述光强获得缺陷信息；
29.所述控制存储单元将所述图像探测单元获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元获取的所述待测物的实时振幅相匹配，以获取并存储光强与振幅的对应关系，以及根据所述对应关系来补偿所述图像探测单元探测到的所述散射光的光强，以校正所述缺陷信息。
30.可选的，在所述的缺陷检测的校正方法中，将所述焦面测量单元的测量频率与所
述图像探测单元的采集频率相匹配，以使所述待测物的振幅和对应的所述散射光的光强相匹配。
31.可选的，在所述的缺陷检测的校正方法中，在所述控制存储单元将所述图像探测单元获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元获取的所述待测物的实时振幅相匹配之前，采用所述控制存储单元中的编码器标记时间变化量，以将每一时间段标记为对应的码值区间。
32.可选的，在所述的缺陷检测的校正方法中，在所述的缺陷检测的校正方法中对所述光强的补偿方法包括：
33.对所述码值区间内的所述实时振幅进行平均化处理，以获得平均振幅；
34.将所述码值区间内每一码值对应的所述实时振幅减去所述平均振幅，以获得振幅相对值矩阵；
35.根据光强与振幅的对应关系，将振幅相对值矩阵转换为光强波动比例系数矩阵；
36.将所述码值区间内的每一所述码值对应的所述光强形成的光强矩阵，点除所述光强波动比例系数矩阵，以对所述光强进行补偿，并获得补偿后的光强。
37.可选的，在所述的缺陷检测的校正方法中，获得补偿后的所述散射光的光强之后，所述图像探测单元根据补偿后的所述散射光的光强，获得校正后的所述缺陷信息。
38.综上所述，本发明提供一种缺陷检测装置及缺陷检测的校正方法，其中，所述缺陷检测装置包括：照明单元、图像探测单元、焦面测量单元以及控制存储单元。所述照明单元提供测量光；所述测量光经待测物上的缺陷后发生散射并产生散射光，所述图像探测单元获取所述散射光的光强，并根据所述光强获得缺陷信息。但因缺陷检测装置的内部运动和外部振动会引起待测物振动，从而影响检测精度。故本发明利用了所述控制存储单元将所述图像探测单元获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元获取的实时振幅相匹配，以获得并存储光强与振幅的对应关系。然后，根据所述对应关系补偿所述图像探测单元探测到的所述散射光的光强，以校正所述缺陷信息。由此，经补偿后的所述光强，能够降低待测物振动对散射光光强的影响，以使得所述图像探测单元根据所述散射光获取的缺陷信息的误差降低，实现对所述缺陷信息的校正，进而提高缺陷检测精度及产品良率。
附图说明
39.图1是本发明实施例的缺陷检测装置的结构示意图；
40.图2是本发明实施例的照明单元的结构示意图；
41.图3是本发明实施例的版叉的结构示意图；
42.图4是本发明实施例的版叉的振动示意图；
43.图5是本发明实施例的颗粒测量灰度的重复性的测试仿真图；
44.图6是本发明实施例的缺陷检测的校正方法流程图；
45.图7是本发明实施例的码值区间振幅与光强相对应的示意图；
46.图8是本发明实施例的版叉振动与光强波动的测试图；
47.图9是本发明实施例的补偿后光强波动的示意图；
48.图10是本发明实施例的补偿后的颗粒测量灰度的重复性的测试仿真图。
具体实施方式
49.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。
50.为解决上述技术问题，本实施例提供一种缺陷检测装置，请参阅图1，所述缺陷检测装置包括：照明单元10、图像探测单元20、焦面测量单元30、位置调整单元40以及控制存储单元50。所述照明单元10用于测量光。可选的，所述测量光为远心光照。所述图像探测单元20用于获取所述测量光经待测物m上的缺陷后发生散射并产生的散射光的光强，并根据所述光强获得缺陷信息。所述焦面测量单元30用于测量所述待测物m与所述图像探测单元20之间的实时距离，并根据所述实时距离获取所述待测物m的实时振幅。所述位置调整单元40用于调整所述待测物m的位置。所述控制存储单元50用于将所述图像探测单元20获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元30获取的实时振幅相匹配，以获得并存储光强与振幅的对应关系，以及根据所述对应关系补偿所述图像探测单元20探测到的所述散射光的光强，以校正所述缺陷信息。
51.因此，本实施例提供的所述缺陷检测装置通过将散射光的光强与待测物的实时振幅相关联，并据此获得二者的对应关系，从而根据对应关系实现对光强的补偿，进而实现对缺陷信息的校正，避免了因内部运动机构和外部振动所引起的待测物的振动对缺陷检测精度的影响，以提高缺陷检测精度及产品良率。
52.请继续参阅图1，所述控制存储单元50包括编码器501。所述编码器501用于标记时间变化量，以将每一时间段标记为对应的码值区间。即，一个时间点对应一个码值，每一码值区间对应一时间段。其中，根据测试需要工程师可选定一码值区间，并在所述码值区间内，将所述图像探测单元20获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元30获取的实时振幅相匹配，以获取光强与振幅的对应关系，并根据所述对应关系补偿所述光强，以校正所述缺陷信息。进一步的，所述编码器501可设置在所述第二运动台402上。
53.所述位置调整单元40包括第一运动台401和第二运动台402。所述第一运动台401用于根据所述焦面测量单元30获得的实时距离来调整所述待测物m相对于所述图像探测单元20在第一方向(本实施例中是指z方向)上的间距。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。即根据所述焦面测量装置30获得的实时距离，来调整所述待测物m的垂向高度(z方向的高度)，以保证所述散射光能够进入所述图像探测单元20中，以及当所述测量光投射至所述待测物m的表面上并无缺陷时，所述测量光经所述待测物m反射并产生反射光，所述反射光不进入所述图像探测单元20中。
54.所述第二运动台402用于承载所述待测物m并带动所述待测物m沿第二方向(本实施例中是指水平方向y)移动，以实现所述测量光扫描所述待测物m的整个表面。其中，所述第一方向z和所述第二方向y相互垂直。
55.进一步的，本实施例中的所述待测物m以掩膜版为例。目前，请参阅图2，常用的掩
模版的长宽约为152mm，通常有效区域在132mm*104mm以上，这样就要求照明单元10产生的线光斑至少需要大于104mm，优选大于125mm。
56.为保证缺陷检测精准度，照明单元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。即需要照明单元10提供的测量光为远心光照。其中，远心光照的照明视场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：
57.d＝f*sin(θ)*2；
58.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装置的结构小巧，即准直镜组104的焦距f尽可能的缩小。则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。
59.对此，本实施例提供一照明单元10。请继续参阅图2，所述照明单元10包括沿光路依次设置的发光器101、扩束镜102、光调整镜组103以及准直镜组104。其中，所述发光器101例如为一激光发射器，用于提供线状光照，并传播至所述扩束镜102。所述扩束镜102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镜组103。所述光调整镜组103包括柱面微透镜阵列和\或鲍威尔棱镜，用于调整所述光照的发散角至预设值，并传播至所述准直镜组104。所述准直镜组104用于对所述光照扩束并形成平行的所述测量光。其中，所述光照经过所述柱面微透镜阵列和\或鲍威尔棱镜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104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单元10，能够满足缩小所述缺陷检测装置所占空间的要求，适应性及拓展性更好。
60.进一步的，所述发散角的预设值范围为：大于20度且小于90度，优选为25度、30度或35度等。
61.请继续参阅图1，所述图像探测单元20包括探测镜组201以及探测器202。当所述待测物m表面存在缺陷时，所述测量光经所述缺陷发生散射，并产生散射光。所述探测镜组201用于汇聚所述散射光，并传递至所述探测器202中。当所述待测物m表面并无缺陷时，所述图像探测单元20接收不到光束，所述测量光经所述待测物m表面反射至所述图像探测单元20之外。所述探测器202为一探测相机，用于持续拍摄所述散射光的图片，并根据所述图片获得所述散射光的光强，进而获得所述待测物的缺陷信息。其中，所述缺陷信息包括所述缺陷的等效尺寸信息以及位置坐标信息。
62.进一步的，所述焦面测量单元30包括调焦传感器。所述调焦传感器用于测量所述待测物m与所述图像探测单元20之间的实时距离，并根据所述实时距离可以计算出所述待测物m的实时振幅，即所述待测物m随时间变化的振动情况。
63.然而，在实际检测中，待测物m(本实施例中是指掩模版)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。
64.请参阅图4，图4为所述掩模版在缺陷检测时，版叉n受到内部运动机构和外部引入振动的影响而发生振动的测试图。可见所述版叉n的振动会对检测精度产生直接的影响。虽
然所述缺陷检测装置中的图像探测单元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，但仍无法降低振动对检测精度的的影响。此外，由于所述版叉n的振动，所述测量光入射角度和图像探测单元20接收角度会偏离掩模版的法线方向，致使放大了振动对检测精度的影响。
65.因颗粒测量灰度的重复性为缺陷检测的核心指标，且要求颗粒尺寸小于30微米时，颗粒测量灰度的重复性小于
±
3微米。则通过对图4实测的振动数据进行仿真，发现该振动对颗粒测量灰度的重复性影响高达16.7％。请参阅图5，在颗粒尺寸为25微米处，由于振动较大，经多次测量的颗粒测量灰度的重复性最高达到
±
8微米，不能满足精准检测的要求。可见，振动对缺陷检测会造成较大的干扰。
66.经分析可知，当出现振动时，测量光分布于相应视场位置上所对应的停留时间发生变化，使得获取的光强值波动较大，则对应的重复性差。换言之，由于垂向振动，会导致所述版叉n在水平方向(y方向)上的速度瞬时发生变化，加之测量光光强分布梯度大，部分光强高部分光强弱，若水平速度不稳定，则获取的各个视场内的光强值很难精准。以下两种情况为例，第一种情况是：在相对光强最高的视场位置，所述版叉n的水平瞬时速度最慢，则获取的该视场位置的光强过高，且在相对光强最低的视场位置，所述版叉n的水平瞬时速度最快，则可能捕获不了低光强的数值。因此，第一种情况最终获取的该视场位置的光强便偏高。第二种情况是：在相对光强最高的视场位置，所述版叉n的水平瞬时速度最快，则可能捕获不了高光强的数值。在相对光强最低的视场位置，所述版叉n的水平瞬时速度最慢，则获取的该视场位置的光强过低。因此，第二种情况最终获取的该视场位置的光强便偏低。
67.由此可见，所述版叉n的垂向振动会导致所述版叉n水平方向y上的速度瞬时发生变化，引起散射光的波动，影响颗粒测量灰度的重复性，进而影响获取光强信息的准确性，使得缺陷检测精度降低。
68.因此，本实施提供的所述缺陷检测装置能够对振动导致的误差进行校正。本实例提供的所述缺陷检测装置中的所述控制存储单元50能够将所述图像探测单元20获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元30获取的所述待测物m的实时振幅，在设定的码值区间内相匹配，以获取光强与振幅的对应关系，并根据所述对应关系来补偿所述光强，进而对所述缺陷信息进行校正，从而降低了振动对检测精度的影响，具体请详见如下所述缺陷检测的校正方法。
69.基于同一发明构思，本实施例还提供一种缺陷检测校正方法，请参阅图1和6，包括：
70.步骤一s10：所述照明单元10提供测量光。经所述光调整镜组103中的柱面微透镜阵列和\或鲍威尔棱镜，以及配合所述准直镜组104的作用下，所述照明单元10不仅能够提供远心光照，还能够满足缩小所述缺陷检测装置所占空间的要求，以使其适应性及拓展性更好。
71.步骤二s20：所述测量光经所述待测物m上的缺陷后发生散射并产生散射光，所述图像探测单元20获取所述散射光的光强，并根据所述光强获得缺陷信息。
72.步骤三s30：采用所述控制存储单元50中的编码器501标记时间变化量，以将每一时间段标记为对应的码值区间，再利用所述控制存储单元50将所述图像探测单元20获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元30获取的所述待测物m的实时振幅，在选定的码值
区间内相匹配，以获取光强与振幅的对应关系，并根据所述对应关系来补偿所述光强，进而对所述缺陷信息进行校正。
73.其中，先对所述编码器501的码值进行线性拟合，以实现配合所述图像探测单元20的图像采集帧数和所述焦面测量单元30的采集频率。然后，将拟合后的所述编码器501的码值替代原码值，再截取设定的码值区间。
74.其次，将所述焦面测量单元30的测量频率与所述图像探测单元20的采集频率相匹配，以使在同一码值下，对应的所述待测物m的振幅和对应的所述散射光的光强相匹配。具体的，请参阅图7，本实施例选取码值区域[5185330，8451997]为例。在码值区域[5185330，8451997]内，对应的所述图像探测单元20采集的图像203为第1帧至第3500帧。经匹配后，第1帧图片的光强对应与码值5185330，第3500帧图片的光强对应与码值8451997，相应的区间内的其他码值也与相应的图片对应。同样，调焦传感器在码值区域[5185330，8451997]内也具有相应的读数，则调焦传感器在码值5185330时的读数与第1帧图片的光强对应，在码值8451997时的读数与第3500帧图片的光强对应。此外，区间内的其他码值与对应的图片和对应的调焦传感器的读数一一匹配。
[0075]
其中，所述编码器501为硬触发模式，在对调焦传感器读数时，同时读取编码器501数值，并通过编码器501数值将调焦传感器读数和图片采集帧对应起来。之后，如图8所示，对获得的所述散射光的光强与所述待测物m的实时振幅，进行归一化处理，以获取光强与振幅的对应关系。
[0076]
获取光强与振幅的对应关系后，对所述码值区间内的所述实时振幅进行平均化处理，以获得平均振幅。再将所述码值区间内每一码值对应的所述实时振幅减去所述平均振幅，以获得振幅相对值矩阵。最后，根据光强与振幅的对应关系，将振幅相对值矩阵转换为光强波动比例系数矩阵。并将所述码值区间内的每一所述码值对应的所述光强形成的光强矩阵，点除所述光强波动比例系数矩阵，以对所述光强进行补偿，以获得补偿后的光强。获得补偿后的光强之后，所述图像探测单元20根据所述补偿后的光强，获得校正后的所述缺陷信息。
[0077]
其中，图9为补偿后的光强波动的示意图，图10为补偿后的颗粒测量灰度的重复性的测试仿真图。可见，补偿后的所述颗粒测量灰度的重复性由
±
8微米降至
±
2.1微米，符合检测要求，极大的提高缺陷检测精度。
[0078]
综上所述，本实施例提供的所述缺陷检测装置及缺陷检测的校正方法，利用了所述控制存储单元50将所述图像探测单元20获取的所述散射光的光强与所述焦面测量单元30获取的实时振幅相匹配，以获得并存储光强与振幅的对应关系。然后，根据所述对应关系补偿所述图像探测单元20探测到的所述散射光的光强，以校正所述缺陷信息。由此，经补偿后的所述光强，能够降低待测物振动对散射光光强的影响，以使得所述图像探测单元20根据所述散射光获取的缺陷信息的误差降低，实现对所述缺陷信息的校正，进而提高缺陷检测精度及产品良率。并且，经所述光调整镜组103中的柱面微透镜阵列和\或鲍威尔棱镜，以及配合所述准直镜组104的作用下，所述照明单元10不仅能够提供远心光照，还能够满足缩小所述缺陷检测装置所占空间的要求，以使其适应性及拓展性更好。
[0079]
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。