JPH01128538A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置製造用ホトマスク上の微小異物を
高速、高感度で検出するのに好適な異物検査装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の異物検査装置は、特開昭５９−６５４２８号公報
に記載されているように、直線偏光レーザと、特定の入
射角度で前記レーザ光を入射する手段と、偏光板および
レンズを用いた結像光学系とで構成され、直線偏光を被
検査試料に照射した際、ホトマスク基板及びパターンか
らの散乱光は異物からの散乱光と偏光方向が異なること
を利用して異物だけを輝かせ検出している。このことは
、計測自動制御学会論文集（ＤＶＯＩ、　１７９　Ｎｏ
、　２ｍＰ２５２〜Ｆ２４２．１９１３１．にも述べら
れている。この方式によれば、パターンからの散乱光強
度は２〜３μｍＡ物からの散乱光と比較して十分に小さ
く、２〜５μｍ異物ｆ　／＜ターンと弁別し【検出する
ことが可能である。

尚、複数の視野の構出器による慣出系茫待つものとして
は、特開昭５９−６０５４５号公報記載のものがあるが
、これは回路パターン等の凹凸を有さない基板を対象と
して、正反射光を検出するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の異物検査装置では、斜方照明による散乱光強度の
大小で異物とパターンとの弁別を行っている。この方式
の問題点としては、微小な異物では、斜方照明によ多発
生する散乱光が、パターンと同程度あるいはそれ以下に
まで微弱となシ、パターンとの弁別が不能となる点がる
る。一方、ホトマスク上の異物検出に対する要求性能は
、ＬＳＩ加工技術の微細化に伴い、年々よシ微小な異物
まで検出できることが求められている。

ホトマスクの中でも特にレチクルの場合、第２７図に示
される様に、レチクル７１上のＬＳ１チップパターン４
Ｂは、ウェハ５９上に１チツプ毎に繰シ返して露光され
る。そこでレチクル７１上に存在する異物４９は、ウェ
ハ５９において全【のチップに共通して露光されること
となル、全チップに共通な欠陥７２が発生する。このた
め、レチクル上異物の検査装置には厳格な性能が求めら
れる。従来の２縄ルールにより微細力ロエされたＬＳＩ
、例えば２５６ＫｂＤｆｔＡＭにおいては、φ２μｍ以
上の異物検出性能がレチクル上異物の検査装置に求めら
れた。しかし今日の１３μｍルール、将来の［ｌＬ８μ
ｍルールによって力Ｕ工されるＬＳＩ、例えば１鳩り助
瓦４鳩り助Ｍにおいては、それぞれφ１凰＃１５１Ｉｍ
以上の異物を検出することが検査装置に要求されておシ
、従来技術による検出能力φ２μｍとは大きな差がある
。

不発明の目的は、前記問題点を解決し、散乱光の発生が
パターンと弁別不可能な程微弱な微小異物忙慎出可能と
するＪ４１４Ｉｌ！７慣食装置を提供丁りことにるる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による異物検査装置では、回路パターンで有する
被慣豊基板（以下、試料と略記）に斜方照明を行い、以
下に述べる新構成の検出系によシ試料からの散乱光を構
出する。散乱光の検出は、（検出器の試料上視野を前記
微小異物よシ大きく回路パターンよシ小さく設定された
）大・小２個の検出器によシ同時に行う。異物検査装置
は、この２個の検出器の出力の差を求め、そして出力の
差を設定された閾値と比較し、出力差が閾値よシ小さく
、かつ小検出器（或いは大検出器）の出力がゼロではな
い場合に「異物６１と判定する。

また、小検出器（或いは大検出器）の出力が設定された
閾値よシ大きい場合にｒ大異物６シ」と判定する。これ
によ）前記目的は達成される。

〔作用〕

以下に、試料として１〜４　ＭｂＤｉ’ｌＡＭ用ホトマ
スク（レチクル）を想定して発明の詳細な説明する。

この場合試料上の回路パターンの最小寸法は数縄程度、
そして検出すべき異物の最小寸法はφα５Ｊｇｍ程度で
ある。

上記試料に斜方照明を行い、試料からの散乱光を検出し
た場合、検出器出力は検出器の視野寸法に応じて次の様
な差が生じる。検出器の試料上視野寸法を２．ｇｍ　、
　５１１ｍ　、　４Ｊｅ’と順次大きくして〜・くと、
検出される回路パターンからの散乱光の大きさは、順次
大きくなる。一方微小異物からの散乱光の大きさは一定
である。これは、次の理由による。

試料上の回路パターンは２１１ｍの検出器（今仮にこれ
を小検出器という）より大きいため、小検出器には回路
パターンからの散乱光はその一部しか入射しない。そこ
で検出視野を大きくすると、小検出器に入射する散乱光
の光量は増加する。

これに対し、微小異物の寸法は小検出器の視野よシ小さ
く、微小異物からの散乱光は小検出器にすべて入射して
しまい、視野寸法を大きくしても入射する散乱光の光量
は増加しないからである。

以上よシ、４７ａ１ｍの検出器（今仮にこれを大検出器
という）の出力と、小検出器の出力の差を求めると、微
小異物では、はぼゼロとなプ、回路パターンではゼロに
はならない。ただし、異物も回路パターンも存在しない
場合にも大小検出器の出力差はゼロになる（大検出器の
出力も小検出器の出力もゼロとなるから）ので、小検出
器（或いは大検出器）の出力がゼロではなくかつ大・小
検出器の出力差がゼロまたはほぼゼａの場合に、「異物
あシ」と判定する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る異物検査装置の全体
構成図である。本異物検量装置は、試料としてのホトマ
スク１４を載置するＸＹステージｔステージ駆動系２．
り２ンプ５よ）構成される試料台部４と、偏光レーザ５
．ビームエキスパンダ６、集光レンズ７、及び入射角度
設定手段８より構成される斜方照明部９と、ハーフミｙ
−１１，倍率補正レンズ５８．５９　、光電変換素子１
５，１＄、信号増幅器４０６４１からなる光電変換部１
２と、対物レンズ１ａａａ’）ソーレンズ１０ｂ、検光
子１７．前記光電変換部１２及び差分回路４２からなる
散乱光検出部１３と、異物判定回路２４．ステージコン
トクー２２５、Ｃ几Ｔデイスプレィ５２．プリンタ５５
．マイクロコンピユータ３４より構成される制御部５５
から構成される。

試料台部４では、ＸＹＸステージ１上ホトマスク１４が
クランプ５によシ固定される。ＸＹＸステージは、被検
査面を、ホトマスク１４上の他に、ペリクル膜３７（こ
れは、ホトマスク１４上へ異物を近づけなくする為の透
明薄膜である。）上へもとれる様に、Ｚ方向への位置決
め機構を有する。

Ｘステージは、約α１秒の等加速時間と、［１１秒の等
速運動、および（１１秒の等減速時間を、２分の１周期
とし、最高速度約１ｍ／秒、ＷＲ幅２００腸の周期運動
をする。

Ｙステージは、Ｘステージの等加速時間と等減速時間に
同期し、（Ｌｌ　５Ｊｗ１ずつステップ状に一方向へ送
る。１回の検査に６７０ステツプ送るとすると、約１３
０秒で１００ｊｌｌ送ることができる。

この構成によ）、１００Ｘ１００１１Ｂの領域を、約１
３０秒で検査できる。

斜方照明部９では、直線偏光レーザ５から射出された光
は、ビームエキスパンダ６、及び集光レンズ７を通して
ホトマスク１４上へ入射する。この時の入射角度は、入
射角度設定手段８によ）設定されている。ホトマスク１
４上で散乱した光は、対物レンズ１０ａ、リレーレンズ
１０ｂ、検光子１７ｔ−通る。検光子１７と直線偏光レ
ーザ６を用いることにより、よシ安定で高感度な異物の
検出が出来る。

検光子１７を通過した散乱光は、ハーフミラ−１１によ
）２つに分けらγし、それぞれ試料上で異なる視野寸法
を持つ２種の検出器を構成する様な倍率に設定された倍
率補正レンズ３８．３９　ｔ−通り、光電変換素子１５
．１６上へ結偉する。光電変換結果は、信号増幅器４０
．４１により増幅され、差分回路４２によシ２つの信号
増幅器４０，４１の出力差が求められる。

異物判定回路２４では、差分回路２４の出力と信号増幅
器４０の出力とから異物の有無を判定し、その結果を装
置全体を統括するマイクロコンビエータシステム３４へ
送る。送られた情報は、マイクロコンビエータシステム
３４によってステージ座標情報と合わせる等の必要な処
置を行つ之後、ＣＲＴデイスプレィ３２やプリンタ５５
等の出力装置へ出力される。

第６図（りは、試料１４上の回路パターン（以下パター
ンという）のエツジからの散乱光の大きさをパターン角
度θに対して表わしたグラフでろる。

ここでのパターン角度θとは、ホトマスクを上方から見
え場合に、第６図（ｂ）に示すように、斜方照明の方向
を矢線５（レーザ光の方向）とし九ときのパターンエツ
ジ４８の負度０である。

第６図には、パターンエツジからの散乱光出力の他に、
φＱ５１ｔｎａ　ｔｏ顯ｅ　　ｌＯ薊標準粒子からの散
乱光検出出力ｖｖ αｓ’ｔｏ”ｕも示しである。こ れＫよると、φ１５ａｎ標準粒子までの検出を考慮した
場合、散乱光の大きさによる検出だけではパターン角度
１０°〜３０（ＩＯパターン（以′Ｆ％定パターンと呼
ぶ）と異物との弁別が不可能でちることがわかる。

第７図に、大異物、φＩＩＬ５ＩＢ小異物、特定パター
ンに接触し九φ（Ｌ５ｍ小異物、非特定パターン、％定
パターンからの８偏光レーザ照射による各々の散乱光検
出出力を示す。第７図に示すＶα、Ｖβは、本実施例に
係る検出方式で使用する１！４値である。

前述（第６図）したように、特定パターンとφα５薊小
異物を弁別する必要がある。そこで、■Ｖαを越える散
乱光検出出力が得られた場合は大異物または、特定パタ
ーンに接触している異物なので、「異物あシ」と判定す
る。■Ｖβを越えない散乱光検出出力が得られた場合は
「異物なし」と判定する。■ｖａとＶｔの中間の散乱光
検出出力が得られた場合には、以下の様に判定する。

第２図は、１５μｍ異物よシ大きくかつ回路パターンよ
シ小さな範囲の中で２つの異なる視野寸法−（ここでは
２ｔｔｎ　＃　３ａｍ　ｅ　４ｔｔｎ　）を持つ検出器
にヨ、り　、（Ｌ５ａｍ　粒子（Ｖ（Ｌ５　）　及ヒ％
定ハｆｉ−７（Ｖｐ）からの散乱光を検出した結果であ
る。（Ｌ５μｍ粒子からの検出散乱光ｖ（Ｌ５は、視野
寸法ａが変化してもほぼ＝定なのに対し、特定パターン
からの散乱光は視野寸法畠が大きくなるのにともない増
加している。

これは以下の理由くよる。第３図（ａ）　Ｋ示す如く、
パター７．４８は視野寸法ａが２縄の検出器１Ｂ（以下
小検出器）よ〕大きいなめ、小検出器１８にはパタ二ン
からの散乱光の一部しか入射しない。そこで検出器視野
を大きくすると（同図（ｂ））、検出器１９に入射する
散乱光の光量は増加する。これに対し、第４図（りに示
す如く、微小な異物５０（例えば０．５ｊａｎ粒子）の
寸法は小検出器１８０画累画素小さいので。

微小異物からの散乱光は小検出器１８に丁べて入射する
。従って、検出器１９（第４図（ｂ））のように視野寸
法を大きくしても入射する散乱光の光量は増加しないか
らである。

以下の理由から試料上の視野寸法が４詞の検出器（以下
、大検器）１９の出力Ｖｂと小検出器１８の出力Ｖｓと
の差を求めると、微小異物ではほぼゼロとなシ（第４図
）回路パターンではゼロとはならない。ただし、異物も
パターンも存在しない場合（第５図）にも大・小検出器
の出力差ＶＬ−Ｖｓはゼａになる。（ＶｈもＶｓもゼロ
となるから）。そこで、　Ｖｓ　（或いはＶｈ　）がゼ
ロではなく、従って異物又はパターンが存在する場合に
おい【、大・小検出器の出力差がゼｏまたはほぼゼロの
場合に「異物あプ」と判定する。

尚、ここでは大検出器の視野寸法の例として４ｄ、小検
出器の視野寸法の例として２Ｒｎ”としたが、これは検
出すべき異物の寸法と、回路パターンの寸法に合わせ、
適切な視野寸法を選ぶべきものである。

また、第８図の如く、複数の（第８図では４種の）異な
る画素寸法の検出器２０．２１・２２．２３の出力ｖａ
、ｖｂ、ｖｃ、ｖｄを用いることによ）、異なる寸法の
異物（第８図では３種）２６・２ハ２Ｂ　　がパターン
４Ｂと弁別して検出できる。その３種の異物の検出条件
Ｐ畠、　Ｐｂ、　Ｐｃは、 Ｐｇ−（Ｗｂ−ｖｅＬ−！−ｏ）ｎ　（Ｖｃ−ｖｔｙｏ
）　ｎ　（Ｖｄ−ＶＣコ；ｏ）Ｐｂ−（Ｖｂ−Ｖａｎ）
（’ｌ　（Ｖｃ−ｖｂ；つ）　ｎ（Ｖｄ−ＶｃＱ４）Ｐ
ｃ−（Ｗｂ−ｖａ−Ｑ）　０（Ｖｃ−ｖｂ”！ｐ）ｎ　
（Ｖｄ−Ｖｃ′−Ｏ）と；ｌ、パターン４８　ｆｔ検出
した場合には。

Ｐｄ−（Ｗｂ−Ｖ−’４Ｊ　）　ｎ（Ｖｃ−Ｖ４旬０（
Ｖｄ−Ｖｃ’ｌｐ　）となる。

上記複数の検出器を用いる方式は、大・小２種の検出器
を用いる方式の拡張となるので、以後のｉ１！明は大・
小２種の検出器を用いる場合について行う。

ここまでの説明よシ、本発明による異物の検出器Ｐは、
大検出器の出力Ｖ−小検出器の出力Ｖｓ。

ｇ　（１１ｖａ：Ｖｐ　、　及（Ｆ、Ｖｔ、−Ｖｓ’？
Ｏｏ状態をＶＬ−Ｖψと表現するための微小な設定値Ｃ
を用いて、 Ｐ　−ＣＶ鑓ａ）　Ｕ　ｉ　ＣＶａ＞Ｖｓ；ｉｉ：Ｖｐ
）　ｎ　（Ｖｔ、−Ｖｔ＜す）と表わすことができる。

この式を実現する異物判定回路２４の構成を第９図に示
す。

異物判定回路２４は、■８とＶｃとの比較回路２９と、
ｖ３とＶｔとの比較回路３ｏと、Ｖｘ、−Ｖｓと８との
比較回路５１と、ＯＲ回路５１ａから構成される。

次に、大検出器による検出出力ＶＬ、小検出器による検
出出力Ｖ＄を得る方式について説明する。

第１図において、光電変換部１２は、２つの同一形状寸
法の光電変換素子１５・１６上に、２種類の倍率補正レ
ンズ５８・５９を用い【異なる倍率で試料１４上の儂を
結像しＶｔ、　Ｖｓを得ている。ここでは、２つの充電
変換素子１５．１６上に、異なる倍率で結像できれば、
目的は達せられる。そこで光電変換部１２はリレーレン
ズ１０ｂの倍率と光電変換素子１６の寸法を適切に選ぶ
ことによシ、第１０図の如く片方の倍率補正レンズ３９
を不用とすることができる。

また、上記倍率の補正は、試料１４上に２つの異なる寸
法の検出器視野を設けることが目的であるので、光電変
換素子１５・１６自身の寸法を変えたものを２種用意で
きれば、第１１図に示す如く、両方の倍率補正レンズ３
８・５９貴不用とすることもできる。

第１２図に、試料上での小検出器視野１８．大検出器視
野１９．の様子を示す。同図（司の如く、大・小検出器
視野１８・１９を、ずらし″′Ｃ設定した場合、検出器
出力ＶＬ＃　Ｖｓの検出位置を合わせるためのメモリ回
路又は遅延回路の様な構成を用いる必要がある。そこで
第１２図１ｂ）の如く、大小検出器の視野１ａ１９を重
ねて設定した構成が実用的である。

第１２図（ｂ）は光電変換素子１５．１６に単一屋の光
電変換素子を用いた場合を示している。しかし、異物検
量を高速に行うためには、単一型の素子よシは、−次元
固体撮像素子アレイの様な並列検出型の光電変換素子を
用いる方が有利でろる。

以下に、並列検出型の充電変換素子（検出器）を用いて
ＶＬ、　ＶＳを得る方法について説明する。

第１５図は、第１図、第１０図、第１１図の単一型の光
電変換素子をそのまま並列検出型の素子に置き換え九構
成の場合の、試料上における検出視野の様子ｔ−第１２
図と同様に示したものである。−船釣に大検出器１９の
視野と小検出器１８の視野とは、周期が異なるため、位
相にずれが生じてしまい検１出器の全視野を第１２図（
ｂ）の様な状態にするのは、このままの構成では不可能
である。そこで、第１５図の如く大検出器１９の視野を
長方形視野とし、その周期を小検出器１８の視野と等し
くした構成とする。これは、第１４図におい【、斜方照
明５の方向から、特定パターンは図中縦方向のパターン
４７となる。この方向の場合、大検出器１９の視野の形
状が、第１４図（畠］の如く正方形状でも、同図ｔｂ）
の如く長方形状でもその検出出力Ｖｔ、は等しくなる。

このため、大検出器の形状ｔ−＠１５図のｙ口くしても
、特定パターンとの弁別に問題はない。この場合の光電
変換部の構成を第１６図、第１７図に示す。

第１６図は、第１１図と同様に光ｉｔ変換素子１５゜１
６、つ形状そのものを変えて、大・小検出器を構成した
ものである。また第１７図は、同一の形状の光電変換素
子１５・１６を用いて、大検出器用の充電変換素子の前
に円筒レンズ５１ト設けることによシ、試料上で長方形
の視野を得られる様にしたもので必る。

パターンと異物の弁別の安定性を向上させるために、工
夫によシ大検出器の視野も正方形にて行える様にした構
成について以下に説明する。

第１８図は、大検出器１９の視野の一辺の長さを小検出
器１８の２倍にした場合の視野の関係を示している。こ
れよシ、小検出器１８の視野は、−視野おきに大検出器
１９の一視野と正しい位置関係（第１２図１ｂ）の様な
）になる。そこで、位相を１／２視野ずらした２つの大
画素検出器５４・５５を用いれば、小検出器１８の谷滉
野についてＶＬ、　ＶＳを求めることがでさる（第１９
図）。この場合の構成ｔ−第２０図に示す。ハーフミラ
−１１にて分離された検出散乱光は、第２のバー７ミ：
７−５６によってさらに分離され、互いに１７２視野だ
けずらして配置された大検出器５４．５５に入射する。

その検出出力は、小検出器１５の視野の位置に応じて一
方の出力がマルチプレフナ４５によ〕選択されＶＬとし
て出力される。

第２２図に示す如（Ａ、Ｂ２つの視野の検出出力を加算
することにより、Ａ、Ｂ２つの視野を合わせた形状の視
野と等価の出力を得ることができる。

そこで５ｇ２１図のｙ口く、大・小検出器を配置する。

この場合、小検出器ａの出力Ｖｓに対応するＶＬを、大
検出器ＡＢの出力の和として求めることができる。以下
、小検出器ｂｅｃａｄ−については、大検出器Ｂ、！：
Ｃ，Ｃとり、ＤとＥ−と組み合わせる。この構成の場合
、大検出器１９は１岨で良く、第２０図の如く光路を３
分割する必要はなく、光量の点で有利になる。

第２５図は上記の考えをさらに進めたものである。

これは２次元光電変換プレイの各画素の出力を画素数を
変えて加算することによシ異なる視野を等価的に形成し
、１組の光電変換素子でｖＬとＶｓを求める構成である
。この場合の光電変換部の構成を第２４図に示す。光電
変換素子は２次元光電変換アレイ４４が１組であるため
、ハーフ之う−による光路の分離は不用である。従って
、光学系の構成は単純であシ、光量の点でも最も有理で
ある。光電Ｒ換部１２は、その他２次元光電変換アレイ
駆動回路５２及び各画素の出力加算を行う画素切シ出し
加算回路５３を有する。

＠２５＃ように１次元光電変換アレイ４５を走査同等の
結果が得られる。第２６図に、その場合の構成を示す。

第２４図と異なるのは、゛１次元光電変換アレイ４５．
１次充電変換素子用駆動回路５７２画儂メ七り５８であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ホトマスク等の回路パターンを有する
基板の異物検査において、従来技術では不可能なテプミ
ククンの異物の検出が可能となる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る異物検量装置のブロッ
ク構成図、第２図は微小異物及び特定パターンからの散
乱光出力と検出視野の大きさとの関係を示すグラフ、第
５図（ａ）、　［ｂ）は特定パターンからの散乱光検出
出力と検出視野の大きさとのＩＡ係を説明する図、第４
図（ａ）、　（ｂ）は微小異物からの散乱光検出出力と
検出視野の大きさとの関係を説明する図、第５図（ａＪ
、　ｌｂ）は試料上に何もないときの散乱光検出出力と
検出視野の大きさとの関係を説明する図、第６図１ａｄ
、　ｌｂ）はパターンエツジからの散乱光検出出力とパ
ターンエツジの斜方照明光に対する角度との関係を示す
グラフ、第７図は大異物、微小異物、特定パターン接触
微小異物、非特定パターン、％定パターンからの散乱光
検出出力の比較図、第８図１ａｄ、　（ｂ）、　（ｃｌ
、　（ｄ）は異物の大きさと検出視野の大きさとを変え
たときの散乱光検出出力の説明図、第９図は第１図に示
す異物判定回路の構成図、第１０因、第１１図、第１６
図、第１７図、第２０図、第２４図、第２６図は第１図
に示す光電変換部（散乱光検出部）の夫々別の実施例に
係る構成図、第１２図（ａ）、　（ｂ）及び第１５図、
第１４図、第１５図、第１８図、第１９図、第２１図、
第２２図、第２５図、第２５図は夫々別の実施例に係る
検出画素の平面図、第２７図は欠陥を有するレチクルで
製造し几チップの説明図である。 ４・−試料台部、９・−斜方照明部、１２・−光電変換
部、１Ｓ−散乱光検出部、１４・−試料（ホトマスク）
１８−小検出器の試料上の視野、１９−大検出器の試料
上の視野、２４−・異物判定回路、２６．２７．２８、
−異物、４Ｂ−・回路パターン。 ｆ・ｒｌ 胃 ＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ホトマスクやレチクル等の回路パターンを有する基
   板試料を照明する斜方照明手段と、斜方照明手段による
   前記試料からの散乱光を検出する第１の散乱光検出手段
   と、第１の散乱光検出手段より大きな試料上視野寸法で
   かつ第１の散乱光検出手段と同時に駆動される第２の散
   乱光検出手段と、第２の散乱光検出手段の出力と第１の
   散乱光検出手段の出力との差を求める減算手段と、減算
   手段からの出力結果と第１又は第２の散乱光検出手段の
   出力結果に基づき異物の存在を判定する異物判定手段と
   、前記試料を載置し、前記斜方照明手段及び第１、第２
   の散乱光検出手段に対し相対移動を行わせる駆動機構と
   、異物判定手段の判定結果を出力する手段とを備えたこ
   とを特徴とする異物検査装置。