JPH0341786B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微小なゴミ等の欠陥となる異物を検
出する装置に関し、特に、LSI用フオトマスク、
レテイクルまたは、ウエハ等の被検査物の表面上
に付着した異物等の欠陥検査装置に関する。

LSI用フオトマスクやウエハを製造する過程に
おいて、レテイクル、ウエハ、マスク等に異物が
付着することがあり、これらの異物は製造された
マスク、ウエハの欠陥の原因となる。特に縮小投
影型のパターン焼付け装置においてこの欠陥は各
マスク、ウエハの全チツプに共通の欠陥として現
われるため、製造工程において厳重に検査する必
要がある。このため、一般には目視による異物検
査を行なうことが考えられるが、この方法は通
常、検査が何時間にもおよび、作業者の疲労を誘
い、検査率の低減をまねいてしまう。そこで、特
に回路パターンを有する被検査物表面に存在する
異物を自動的に検査する装置として、レーザー光
を垂直またはほぼ垂直方向より被検査物の表面に
入射および走査し、異物からの散乱光を集光、検
出する装置が提案されている。しかし、この装置
にはレーザー光を絞つて、小面積ずつを順次走査
していくため、検査時間が必然的に長くなつてし
まうという欠点があつた。そこで、レーザー光の
走査範囲を比較的大きくし、被検査面上の走査部
分から空間的に離れた位置で、散乱光を検出する
ことが考えられる。ところがこの場合、散乱光の
集光、検出系の配置によつては異物から散乱光の
強度がばらついて検出されるといつた不都合が生
じる。

そこで本発明の目的は、被検査物上に存在する
異物等の欠陥を確実に速く検出できる欠陥検査装
置を提供することである。この目的を達成するに
あたり、本発明においては以下の如く構成する。

表面に異物付着等の欠陥が存在し得る被検査物
１０を光ビーム１で一次元走査する走査手段１２
と、前記光ビーム１による被検査物１０上での一
次元走査領域１３〜１５内から発生する散乱光を
集光するために、前記一次元走査領域１３〜１５
のほぼ中央１４を通る光軸を有し、該光軸を前記
光ビーム１の被検査物１０からの正反射光の進行
方向と異なる方向に定めた受光用集光光学系
（16：17：18）と、前記一次元走査領域１３〜１
５内に前記欠陥が存在するときだけ、前記受光用
集光光学系（16：17：18）を介して前記欠陥から
の散乱光を受光し、該欠陥の大きさに応じたピー
ク値をもつパルス状の光電信号を出力する光電検
出器（19：20：21）と、該光電信号のレベルに基
づいて前記欠陥を検知する検知回路３３〜３７と
を備えた欠陥検査装置において、 前記光電検出器（19：20：21）からの光電信号
に対する利得を制御信号に応答して変化させる可
変利得増幅器（38：39：40）と、 前記一次元走査領域１３〜１５中での前記光ビ
ーム１の照射位置と前記受光用集光光学系との相
対的な位置関係の変化に応じて制御器４１とを設
け、前記欠陥が存在したときだけ発生する前記パ
ルス状の光電信号のレベルを前記一次元走査の位
置に応じて補正して前記検知回路３３〜３７に出
力するようにした。このように構成することによ
つて光電検出系（特に集光光学系）が走査領域を
どのように見込んで配置されたとしても、常に正
しい感度で異物等の欠陥を高速に検出できる。

次に本発明の実施例を説明するが、その前に集
光して絞つた光ビーム、例えばレーザー光を回路
パターンのエツジ部に照射した場合、エツジ部で
どのように散乱されるかを第１図の原理図により
説明する。

第１図において、被検査面は、直交座標系xyz
のｘ−ｙ平面上に広がつているものとする。被検
査面上には回路パターン２が設けられている。そ
して、パターン２のエツジ２ａは、ｙ軸と角度φ
をなしているものとする。図に示すすように座標
系xyzの原点０にレーザー光１を入射する。従つ
て、原点０は入射点となる。このレーザー光１
は、被検査面すなわちｘ−ｙ平面に対して角度θ
で、かつｘ−ｙ平面への射影はｙ軸に一致してい
る。このときレーザー光１の散乱光は入射する方
向と反対側に、原点０を頂点とする円錐状に分布
し広がつていく。この円錐状の散乱光は、ｘ−ｙ
平面で２分されるように生じる。

ここで、エツジ２ａに対してレーザー光１が斜
入射（被検査面に対して斜めに入射）する場合、
散乱光の広がり方はある程度一義的に決まる。そ
れは図に示したようにレーザー光１の透過光線と
正反射光線が円錐のそれぞれ母線Ｌ１，Ｌ２とな
り、またエツジ２ａの方向ιが円錐の中心線とな
るような円錐状の散乱光となる。従つて母線Ｌ１
は、ｘ−ｙ平面の下側になり母線Ｌ２は上側に定
められる。ここで特別の場合として、角度ψが0°
および90°のときが考えられる。まずψ＝0°のと
き、散乱光はｙ軸を中心とした頂角2θの円錐状に
広がる。ψ＝90°のときは、頂角は180°、すなわ
ちｙ−ｚ平面で広がるようになる。

このように、レーザー光をパターンのエツジに
照射した場合、エツジに対する入射角により方向
性を有する（指向性の強い）散乱光が生じる。一
方、被検査面上に異物が存在し、これにレーザー
光が照射された場合、散乱光は、異物からあらゆ
る方向に広がつていく。異物がレーザー光スポツ
トに比して十分小さい場合、異物に対する単位面
積あたりのレーザーパワーは変わらないので、被
検査面に対する入射角θを小さくして、パターン
の広い面積を照射するようにした方が効率的であ
る。

このようにして生じた散乱光は集光レンズと、
光電検出器によつて電気的に検出することができ
る。ところが、上述のように、パターンのエツジ
からの散乱光には指向性があるので、異物からの
散乱光を検出するには、被検査面上のレーザー光
の照射部分を異なる方向から見込むように複数の
光電検出器を配置すればよいことになる。そこ
で、次に本発明の実施例について、第２図により
説明する。

第２図は、本発明の実施例による装置の構成を
示す斜視図である。被検査物１０は、回路パター
ンを含むレテイクル、マスク、またはウエハであ
るものとする。この被検査物１０の表面は、図中
座標系xyzのｘ−ｙ平面上にあるものとする。レ
ーザー光１は、適宜、エキスパンダー（不図示）、
集光レンズ１１等の光学部材によつて任意のビー
ム径に変換されて、単位面積あたりの光強度を上
げる。レーザー光１は、スキヤナー１２（バイブ
レータ、ガルバノミラー等）によつて被検査物１
０のｘ方向を走査する。このとき、走査するレー
ザー光１は、被検査物１０の表面に対し斜めに
（例えば入射角70°〜80°で）入射するようにする。
従つて、レーザー光１の被検査物１０上の照射部
分１３〜１５でのスポツトの形状は図中、ほぼｙ
方向に延びた楕円状になる。また、スキヤナー１
２によつて走査されるレーザー光１の走査位置
は、光電素子２２，２３によつて検出される。一
方、被検査物１０は載置台４９に載置されてモー
タ等の移動手段５０によつてレーザー光１の走査
方向と、ほぼ直交する方向２４に移動可能であ
り、照射部をｙ方向に走査する。この載置台４９
には適当な移動量測定手段、例えばリニアエンコ
ーダ５１が設けられていて、その測定値に基づい
て、レーザー光１の、被検査物１０上のｙ方向の
照射位置が計測可能である。

光電素子１９，２０，２１は、それぞれ異なる
方向から、レーザー光１による照射部１３〜１５
からの散乱光を受光するように配置されている。
すなわち第２図からも明らかなように、レーザー
光１の被検査物１０での正反射光をさけた方向
に、３つの光電素子１９，２０，２１が配置され
る。この光電素子１９，２０，２１の各受光面に
は、集光レンズ１６，１７，１８によつて、散乱
光が集光される。さらに、それぞれの集光レンズ
１６，１７，１８の光軸は、被検査物１０の表
面、すなわち、ｘ−ｙ平面に対して、斜めになる
ように配置されている。これは、ｘ−ｙ平面に対
する光軸の角を受光角とすると、この受光角を小
さくして、被検査物１０のパターン面自身の乱反
射、等の影響を受けにくいようにするためであ
る。尚、この実施例では、光電素子１９，２０，
２１はレーザー光１の走査のほぼ中心部１４から
等距離に配置されている。

次に、この装置で、被検査物１０上に存在する
異物を検出する動作について説明する。レーザー
光１をスキヤナー１２で走査しつつ、被検査物１
０をｘ−ｙ平面上、ｙ方向に移動する。この動作
中、レーザー光１がパターンのエツジを照射した
場合、前述のように散乱光は強い指向性を伴う。
そこで、異なる方向から散乱光を検出可能な光電
素子１９，２０，２１のうち、特定の光電素子だ
けが、エツジからの散乱光を受光する。従つて、
各光電素子の配置は、パターンのエツジからの散
乱光を同時に受光しないように定められる。ま
た、レーザー光１が走査中に異物を照射した場
合、異物による散乱光は、あらゆる方向、すなわ
ちほとんど無指向に生じる。従つて、この場合
は、光電素子１９，２０，２１全てが、異物から
の散乱光を受光する。さらに、パターンのエツジ
付近に異物が存在した場合、エツジからの散乱光
は特定の光電素子に受光され、かつ異物からの散
乱光は、全ての光電素子に受光される。この際、
各光電素子の光電出力信号は、レーザー光１のエ
ツジに対する（または表面に対する）入射角およ
び異物の大きさ等によつて、それぞれ異なる値に
なる。

そこで、各光電素子１９，２０，２１の光電出
力信号をそれぞれ適宜、増幅器で増幅した後、そ
の出力信号と所定の基準信号を比較器で比較し、
レーザー光１の照射部から光電素子の方向へ散乱
光が生じたか否かを検出する。このことについ
て、第３図により説明する。

光電素子１９，２０，２１の光電信号は、それ
ぞれ増幅器３０，３１，３２によつて増幅され
る。増幅器３０，３１，３２の各出力信号はそれ
ぞれ差動増幅器（比較器）３４，３５，３６によ
つて、共通の基準信号（基準レベル）３３との大
小関係が比較される。

論理回路３７は、各差動の出力（２値化された
デジタル信号または差に比例したアナログ信号）
から所定の論理演算、例えば論理積（AND）演
算を行なう。そこで上述のように、各光電素子が
全て十分な光電信号を出力したとき、論理回路３
７は所定の検出信号を出力する。すなわち、被検
査物１０上の異物にレーザー光１が照射された時
だけ検出信号を出力する。

この検出信号、移動量測定手段５１による測定
値、および光電素子２２，２３によるレーザー光
１の走査位置に基づいて、被検査物１０上の異物
の位置が求められる。

尚、光電素子２２，２３の光電信号は、走査さ
れたレーザー光１が各素子を横切つたとき、最も
大きくなる。そこで、例えば、計数手段４３によ
つて素子２２の光電信号が極大になつたときに、
スタート信号４２を発生して所定の基準パルスの
計数を開始し、素子２３の光電信号が極大になつ
たときにストツプ信号４４を発生してその計数を
停止するようにする。そして、この期間に計数さ
れたパルス数を、適当な演算手段により演算し
て、レーザー光１によるスポツトの被検査物１０
上の位置（ｘ−ｙ平面上でｘ方向の位置）を定め
る。ところで３つの光電素子１９，２０，２１の
各光電信号は、被検査物１０上の異物の位置によ
つては、それぞれ大きさが異なつてくる。例え
ば、第２図において、異物が照射部１３付近に存
在すると、光電素子１９の光電信号が最も大き
く、次に光電素子２０の光電信号、そして、光電
素子２１の光電信号が一番小さくなる。そこで、
各光電信号に基づいて、異物の位置を定める際
に、異物の位置に応じた各信号の大小を補正する
ようにする。

このために、各増幅器３０，３１，３２の後に
増幅度変換器（可変利得増幅器）３８，３９，４
０を本発明の補正手段として設けておく。この変
換器３８，３９，４０は、例えば複数の抵抗とス
イツチ等を組み込んだもので、スイツチの切換で
抵抗値が変わる。制御器４１は、前述のスタート
信号４２の入力時点から変換器３８，３９，４０
へ時系列的なシーケンシヤル信号４５を出力す
る。このシーケンシヤル信号４５は例えば、レー
ザー光１の１回の走査期間を等分割した時点で１
パルスを発生するような信号である。変換器３
８，３９，４０は、シーケンシヤル信号４５の入
力により、同時に、時系列的な抵抗値変化を行な
う。これにより、増幅度変換器３８，３９，４０
の増幅度が変化する。尚、このとき変換器３８，
３９，４０の抵抗値変化は、レーザー光１の照射
部の走査位置に対する光電素子１９，２０，２１
の配置に応じて決定され、結果的に３つの増幅器
３０，３１，３２の時間に対する増幅度の変化は
かならずしも同一ではない。

このようにして、所定の補正を受けた（光電）
信号によつて、統計的に、異物の位置にかかわら
ず、大きさのみに依存した信号が得られる。すな
わち、光電素子１９，２０，２１の夫々から出力
されるパルス状の光電信号のレベル（ピーク値）
のレーザー光走査位置に関する変化傾向は、３つ
の集光レンズ１６，１７，１８の空間配置が異な
るため、互いに異なつたものになるが、変換器３
８，３９，４０による補正によつて、各光電信号
レベルの走査位置に関する変化傾向が揃えられる
ことになる。従つて、補正された信号値（変換器
３８，３９，４０の出力信号など）に基づいて、
あらかじめ統計的に求めておいた異物の大きさに
関するデータと照合するようにすればよい。

以上のように、３つの光電素子１９，２０，２
１の各光電信号から異物検出と同時に異物のおお
よその大きさを求めることもできる。

また、板状の被検査物１０の裏面を同時に検査
するには、ビームスプリツター等を用いて、レー
ザー光１を分割し、裏面に斜入射させればよい。
この際、裏面の異物からの散乱光を検出するた
め、さらに複数の光電素子が表面のそれらと同様
に配置される。

尚、実施例では、光電素子を３つ配置したが、
パターンのエツジによる散乱光の指向性を考慮す
れば、簡単には、２つの光電素子を配置するだけ
でもよい。

以上のように本発明によれば、光ビームによる
走査領域に対して、集光系、光電検出系がどのよ
うに配置されたとしても、走査位置によらず常に
正確な強度で異物等の欠陥からの光情報（散乱
光）を検出できるため、欠陥の大きさの認識、検
出感度が極めて安定するといつた効果が得られ
る。さらに光ビームの走査領域を広くして集光、
検出系を空間的に離せることから、装置構成の自
由度が増し、理想的な欠陥検出が可能となる。

また実施例のように、幾何学的なパターンのエ
ツジや異物からの散乱光を受光角（被検査面と受
光光軸との成す角度）が小さな角度になるように
配置した受光素子で検出することによつて、パタ
ーンのエツジからの散乱光の影響を受けずに、光
電信号のＳ／Ｎ比（表面上の異物からの散乱光
と、その他の所からの散乱光の比に依存する。）
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パターンのエツジに光ビームを照射
したときに生じる散乱光の様子を示した原理図、
第２図は、本発明の実施例による欠陥検査装置を
示す斜視図、第３図は、本発明の実施例による欠
陥検査装置における信号処理系を示すブロツク図
である。 ［主要部分の符号の説明］、１……光ビーム、
２……パターン、１０……被検査物、１２……ス
キヤナー（走査手段）、１６，１７，１８……集
光レンズ（集光光学系）、１９，２０，２１……
光電検出手段、３７……論理回路、３８，３９，
４０……増幅度変換器（補正手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に異物付着等の欠陥が存在し得る被検査
   物を光ビームで一次元走査する走査手段と、前記
   光ビームによる被検査物上での一次元走査領域内
   から発生する散乱光を集光するために、前記一次
   元走査領域のほぼ中央を通る光軸を有し、該光軸
   を前記光ビームの被検査物からの正反射光の進行
   方向と異なる方向に定めた受光用集光光学系と、
   前記一次元走査領域内に前記欠陥が存在するとき
   だけ、前記受光用集光光学系を介して前記欠陥か
   らの散乱光を受光し、該欠陥の大きさに応じた光
   電信号を出力する光電検出器と、該光電信号のレ
   ベルに基づいて前記欠陥を検知する検知回路とを
   備えた欠陥検査装置において、 前記光電検出器からの光電信号に対する利得を
   制御信号に応答して変化させる可変利得増幅器
   と； 前記一次元走査領域中での前記光ビームの照射
   位置と前記受光用集光光学系との相対的な位置関
   係の変化に応じて前記可変利得増幅器の増幅度を
   順次変化させるための時系列的な信号を前記制御
   信号として出力する制御器とを備え、 前記欠陥が存在したときだけ発生する前記光電
   信号のレベルを前記一次元走査の位置に応じて補
   正して前記検知回路に出力することを特徴とする
   欠陥検査装置。 ２ 受光用集光光学系は一次元走査領域を互いに
   異なる空間方向から見込むように複数個設けら
   れ； 光電検出器は、該複数の受光用集光光学系の
   夫々を介して欠陥からの散乱光を個別に受光する
   ように複数個設けられ； 可変利得増幅器は前記複数の光電検出器の夫々
   に対して個別に設けられ； 制御器は、一次元走査領域中の光ビーム照射位
   置の変化に応じて互いに異なつた傾向でレベル変
   化する前記複数の光電検出器からの各光電信号を
   ほぼ同じ傾向に揃えるように、光ビームの照射位
   置の変化に応じて互いに異なる特性で変化する制
   御信号を前記複数の可変利得増幅器の夫々に供給
   し； 検知回路は前記複数の可変利得増幅器の夫々か
   らの出力信号レベルを、共通の基準レベルで比較
   する複数の比較器と、該複数の比較器がともに検
   知信号を出力したときに前記欠陥が存在すると判
   定する論理回路とを有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。