JPH04134254A - 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、ＬＳＩ製造プロセスにおいて半導体ウェハに
パターンを焼き付けるために用いられるレティクルやマ
スク、または、パターンが形成された製品ウェハなと、
検査対象基板の表面に、粒子などの異物が付着している
か否か、さらに、異物が付着している場合にはその大き
さを検査するだめの異物検査装置に関する。

（従来の技術］ この種の異物検査装置の従来例としては、第１３図に示
すような構成のものがある。

すなわち、表面１に回路などのパターン２が描かれた検
査対象基板としてのレティクル３を載置したステージ（
図外）を水平面上でＸ方向に直線移動走査させると共に
、図外の入射光学系により、レティクル３の所定角度斜
め上方向から、その表面１に一定の偏光角を有するレー
ザ光（例えば直線偏光の一種であるＳ偏光）を入射光４
として、Ｘ方向と直交するＸ方向における所定範囲内で
往復直線走査させながら照射させる一方、前記表面１か
らの反射散乱光５の強度を、検査対象基板３のＸ方向に
おける側方斜め上方に配置された特定の偏光角の偏光成
分のみを透過させる偏光板６と、この偏光板６を透過し
た光を検出する光検出器としての光電子倍増管（以下、
ホトマルと云う）７と、プリアンプ８とからなる検出光
学系９で測定するように構成されている。

上述の構成によれば、レティクル３の表面１上に入射光
４に対して４５°をなすパターンやパターンコーナ一部
が存在すると、その部分において検出光学系９に向かっ
て反射される反射散乱光５は、その大部分が特定の偏光
角の偏光（この例では偏光角が９０°のＰ偏光）となる
ため、偏光板６の検光軸をこれと垂直になるように設定
配置しておけば、反射散乱光５は全てカットされてホト
マル７へは到達せず、従って、この場合にはホトマル７
は光を検出しないから、表面１に異物がないと判定され
る。

一方、レティクル３の表面１上に異物が存在する場合に
は、この異物により検出光学系９に向かって反射される
反射散乱光５には、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とが混在し
ているため、前記偏光板６においてＰ偏光成分はカント
されるものの、Ｓ偏光成分は偏光板６を通過してホトマ
ル７へ到達し、従って、この場合にはホトマル７が光を
検出して、その検出信号がプリアンプ８を介して取り出
され、異物が存在すると判定されるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、最近の半導体においては、高集積化が著しく
進み、パターン２がより微細化されるようになっており
、これに伴って、より微細な異物をも検出することが要
請されており、誤検出を行わないようにすることが肝要
になってくる。

そこで、発明者は入射光と光検出器との関係、つまり、
光学配Ｉを検討したところ１５次のような事柄を見出し
た。

■　レティクル３のように透明な基板上にクロムでパタ
ーン２が描かれているような検査対象基板に、一定の偏
光角を有するレーザ光を入射光４として入射させると、
第１４図に示すように、パターン２で反射して表面反射
光１０が生じ、この表面反射光１０は偏光板６を経てホ
トマル７に入射する。

一方、前記パターン２で反射されてレティクル３の内部
に進む光がある。そして、この光の大半は透過光１２と
してレティクル３を透過するが、残りの一部がレティク
ル３の裏面１１において反射されて表面１側に進み、裏
面反射光１３として偏光板６を経てホトマル７に入射す
る。なお、１４はスリット像、１５は直接光である。

しかしながら、前記裏面反射光１３は、同図において矢
印で示すように、偏光方向が前記表面反射光１０と異な
ると共に、結果的には、パターン２からの反射散乱光５
の偏光比が下がるために、反射散乱光５が強くなり、パ
ターン２と異物との弁別能力が低下することになる。第
１５図は裏面反射の有無がパターンの誤検出に与える影
響を示すもので、この図において、実線Ａは裏面反射が
ある場合における特性曲線を、そして、仮想線Ｂは裏面
反射がない場合における特性曲線をそれぞれ示し、また
、横軸は偏光板６による偏光角を示している。

この裏面反射によるパターン誤検出を回避するには、レ
ティクル３の厚み、スリット像１４の入射光４の入射方
向における幅、ホトマル７の受光仰角および受光水平角
（何れも後述する）などを考慮にいれて、ホトマル７の
位置を設定すればよい。

■　第１６図は直接反射光１６の影響を示すもので、こ
の影響は、ホトマル７の位置が入射光４に対して９０°
のときのみならず、他の角度においても生じていること
で、これをなくすことにより、パターン２の誤検出を低
減することができる。

この直接反射によるパターン誤検出を回避するには、レ
ティクル３の中心における入射光４の入射角、パターン
２の傾き角、入射光４の振れ角、パターンエツジの任意
点における法線とＸＹ平面のなす角（何れも後述する）
などを考慮にいれて、ホトマル７の位置を設定すればよ
い。

■　レティクル３の裏面１１に異物が存在していた場合
、その存在場所によってはこれを表面側の異物として誤
検出することがある。すなわち、第１７図に示すように
、異物１７がスリット像１４の入射光４に沿う投影像（
第１７図におけるハンチング部分）１４Ａの外側に位置
するときは全く問題にならないのであるが、この異物１
７が前記投影像１４４の範囲内にあるときは、裏面異物
誤検出となるのである。

この裏面異物誤検出を回避するには、ホトマル７の受光
仰角α（ホトマル７の受光面の中心とレティクル３の表
面１１における検査部位とを結ふ線１８と検査対象表面
１１とのなす角）と、受光水平角β（前記線１日を表面
１１上に真下に投影したときの線１９と入射光４の入射
方向（Ｘ軸）とのなす角）とを適宜設定すればよい。

■　ペリクル２０を用いて測定を行う場合、その設置に
よる影響を避けることが好ましい。このペリクル２０は
、第１８図に示すように、例えばアルミニウムよりなる
リング状のペリクル枠２１の一端側に例えばニトロセル
ロースよりなるペリクル膜２２を張設してなるもので、
レティクル３に異物が付着しないようにするものである
が、ホトマル７の設置位置によっては検出不能の領域（
第１８図におけるハンチング部分）２３が生ずることが
ある。

このペリクル枠２１の影響を受けないようにするには、
ホトマル７を所定の位置に設けるようにすればよい。

上述の説明から理解されるように、より精度よく、しか
も誤検出しなように、異物を検査するには、特に、上記
■〜■の要因のうち、■の要因、すなわち、裏面反射に
よるパターン誤検出を防止すればよい。

そこで、本発明の目的は、裏面反射によるパターン誤検
出を防止して異物の有無およびその大きさを精度よく検
査することができる異物検査装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本願においては、次の２つ
の手段を採用している。

第１発明に係る異物検査装置は、 パターンが描かれている検査対象基板の表面に対して一
定の偏光角を有するレーザ光を入射光として走査照射し
、前記表面からの反射散乱光の強度を光検出器によって
検出し、その検出結果に基づいて前記表面における異物
の有無およびその大きさを判別する異物検査装置におい
て、前記表面に対する入射光の入射角を５０°〜９０°
とすると共に、前記光検出器を、 ５ｉｎ（９０−α） Ｗ＜　２ＸＴＸｔａｎ　１ｓｉｎリ　　　　　　　）Ｘ
ｓｉｎ（９０−β） （但し、Ｗニスリット像の入射光方向の幅、Ｔ：検査対
象基板の厚さ、ｎ：検査対象基板の屈折率、α：受光仰
角、β：受光水平角） を満足するように位置設定した点に特徴がある。

また、第２発明に係る異物検査装置は、パターンが描か
れている検査対象基板の表面に対して一定の偏光角を有
するレーザ光を入射光として走査照射し、前記表面から
の反射散乱光の強度を光検出器によって検出し、その検
出結果に基づいて前記表面における異物の有無およびそ
の大きさを判別する異物検査装置において、前記表面に
対する入射光の入射角を５０″〜７５＠　とすると共に
、前記光検出器を、 ５ｉｎ（９０−α） Ｗ　＜　２Ｘ　’ｒＸ　ｔａｎ　（ｓｉｎＸｓｉｎ（９
０−β） （但し、Ｗニスリント像の入射光方向の幅、Ｔ：検査対
象基板の厚さ、ｎ：検査対象基板の屈折率、α：受光仰
角、β：受光水平角） および、 α≧１５″およびβ≦９０゜ の両方を満足するように位置設定した点に特徴がある。

〔作用］ 前記第１発明によれば、裏面反射による誤検出を回避す
ることができる。

また、前記第２発明によれば、裏面反射による誤検出を
回避することができると共に、ペリクルを用いた場合に
おいても、ペリクル枠の影響を排除することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

なお、以下において、前記第１３図〜第１８図に示した
符号と同一符号は同一物を示しているので、その説明は
省略する。

第８図は前記■の要因、すなわち、裏面反射によるパタ
ーン誤検出を回避するために、ホトマル７をどの位置に
設置すればよいかを検討するだめの図で、パターン２に
反射され、レティクル３の裏面１１で反射された光、す
なわち、裏面反射光１３の影響を避けるには、この裏面
反射光１３がスリット像１４内に再び入ってこないよう
な位置（角度）にホトマル７を設置すればよい。

この設置位置は次のようにして求めることができる。

すなわち、レティクル３の厚みおよび屈折率をそれぞれ
Ｔおよびｎとする。また、スリット像１４のＸ軸方向の
幅をＷとし、入射光４がレティクル３の表面１に入射し
ている位置からレティクル３の裏面１１において反射し
再び表面ｌから出射するまでの長さをｌとすると、 前記ｌは受光仰角αおよび受光水平角βをも用いて、 ５ｉｎ（９０−α） １−２ＸＴＸｔａｎ　（ｓｉｎ と表される。

そして、Ｗ＜　ｌ　Ｘ５ｉｎ（９０−β）なる関係が成
り立つようにすればよいから、上記２式より、 ５ｉｎ（９０−α） Ｗ＜　２　×Ｔ　Ｘ　ｔａｎ　（ｓｉｎ−’　　　　　
　　　　　１Ｘｓｉｎ（９０−β）　　　　　　　　　
・・・・・・（１）が得られる。

従って、上記（１）式が成り立つようにホトマル７を設
置すれば、裏面反射による誤検出を回避することができ
る。

第９図および第１０図は前記■の要因、すなわち、直接
反射によるパターン誤検出を回避するために、ホトマル
７をどの位置に設置すればよいかを検討するためのパタ
ーンモデルおよび光学モデルをそれぞれ示す図で、第９
図において、２４はパターンエツジ部、２５は入射光４
がパターンエツジ部２４の表面における反射光、２６は
ＸＹ平面、２７は法線面であり、また、第１０図におい
て、２８は受光面、２９は受光面２８を含むＸＺ平面に
平行な平面である。

そして、レティクル３の中心における入射光４の入射角
をＧ（０°≦Ｇ≦９０°）、パターン２の傾き角をＢ（
０°≦Ｇ≦１８０”　”）、入射光４の振れ角をψ（０
°≦ψ≦１０°）、パターンエツジ部２４の任意点にお
ける法線とＸＹ平面２６とのなす角をＴ（０°≦γ≦９
０°）とすると共に、第１０図に示すように大きさを設
定し、以下の式により、任意の角ＴにおけるＵ、　Ｗを
求め、これをプロットすればよい。

ｓｉｎθ × ｃｏｓψ ｃｏｓＢ　（ｔａｎＢ　−ｔａｎψ） ｔａｎ　Ｓ　＝　ｔａｎ　Ｇ　−ｔａｎδｔａｎψＭｔ
ａｎ（Ａ−θ） ＣＯＳδ Ｕ＝ＴｃｏｓＳ Ｗ＝　Ｔｓｉｎ　Ｓ　＋　Ｍｔａｎδ なお、この■の要因については、上記以外の方法によっ
ても従来から対策が施されている。

第１１図は前記■の要因、すなわち、裏面異物誤検出を
回避するために、ホトマル７をどの位置に設置すればよ
いかを検討するための図で、この図において、レティク
ル３の表面１における入射光４の照射位置から裏面１１
における出射位置までの距離をし、前記表面１における
入射光４の照射位置から裏面１１に投影されるスリット
像１４の中心までの距離をＬｄとすると、ＬおよびＬｄ
はＬ　＝　Ｔ　Ｘ　ｔａｎ　（ｓｉｎ ｓ　ｉ　ｎ　（９０−α） Ｌ　ｄ　＝　Ｔ　Ｘ　ｔａｎ　（ｓｉｎ−’Ｘｓｉｎ（
９０−β） と表される。

そして、裏面異物誤検出を回避するためには、受光水平
角βの大きさによって場合分けされ、β≦９０°の場合
、Ｌｄ＞Ｌ十Ｗ／２またはＬｄ＜ＬＷ／２、また、β〉
９０°の場合、Ｌｄ＞Ｗ／２となるようにしてあればよ
い。

そして、第１２図に示すように、ペリクル２０付レテイ
クル３の表面１に付着した異物を検査する場合には、ペ
リクル枠２１の内径および高さＨが問題になる。現在、
一般に市販されているペリクル２０のペリクル枠２１の
大きさを考慮すると、受光水平角βが９０’以下であれ
ば、受光仰角αは１５°以上に設定できる。逆に、受光
水平角βが９０°より大きくなれば、ペリクル２０の内
側全面を検査できないことがある。

第７図は、ホトマル７をどの位置に設置したら、要因■
〜■のうちのどの誤検出が生ずるかを立体的に示したも
ので、図中の符号■〜■はそれぞれ要因■〜■に対応し
たホトマル７を設置領域を示している。そして、この図
において、空白で示した領域Ｖは、ホトマル７を設置し
ても前記要因■〜■の何れかによる不具合が生じない領
域を示している。

第１図は前記領域■にホトマル７を設置した例を示すも
ので、入射光４の入射角は６０’　　（レティクル３平
面より３０６）、ホトマル７における受光仰角αは４０
°、受光水平角βは６０°である。そして、第２図はこ
のときの反射散乱光強度を示すもので、曲線Ａは異物の
粒径を変化させたときの異物からの反射散乱光強度を示
し、また、直線ＢＣはそれぞれ２μｍ、５μｍの太さの
パターン２からの反射散乱光強度を示している。

第２図から次のことが判る。すなわち、例えば粒径０．
５μｍの異物からの一反射散乱光強度（Ｓ）が８０ｍＶ
であるのに対し、５μｍの太さのパターン２からの反射
散乱光強度（Ｎ）は１２ｍ　Ｖと小さ（、従って、Ｓ／
Ｎは８０／１２と大きい。

これに対して、第５図は従来技術によるホトマル７の配
置例を示し、この場合、入射光４の入射角は５４°（レ
ティクル３平面より３０°）、ホトマル７における受光
仰角αはＩ５°、受光水平角βは９０゜である。そして
、第６図はこのときの反射散乱光強度を示すものである
。この場合、粒径０．５μｍの異物からの反射散乱光強
度（Ｓ）が５０ｍＶであるのに対し、５μｍの太さのパ
ターン２からの反射散乱光強度（Ｎ）は２００ｍＶと大
きく、Ｓ／Ｎは５０／２００と小さい。

つまり、本発明によれば、異物からの反射散乱光強度が
パターン２からのそれに比べて大きくなり、Ｓ／Ｎが大
きいので、異物とパターン２との弁別能力が大きく、異
物を精度よく検査することができる。

第３図は本発明の他の実施例に係るホトマル７の設置杖
態を示し、この場合、入射光４０入射角は７５＠（レテ
ィクル３平面より１５°）、ホトマル７における受光仰
角αは４５°、受光水平角βは６８゜である。そして、
第６図はこのときの反射散乱光強度を示すものである。

この例においても、Ｓ／Ｎは大きい。

そして、既に検討したように、ペリクル２０付きレティ
クル３の表面１の異物の検査を行うときは、４゜ さらに、入射光の入射角を５０°〜７５°とすると共に
、受光仰角αを１５°以上、かつ、受光水平角βを９０
″以下とすることによって、レティクル３の表面１全体
をくまなく検査することができる。

〔発明の効果］ 本願は以上のように構成され、第１発明によれば、裏面
反射によるパターン誤検出を防止して異物を精度よく検
査することができる。

また、第２発明によれば、ペリクルを用いた場合におい
ても、ペリクル枠の影響を受けることなく異物を精度よ
く検査することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光検出器の配置状態を
模式的に示す図、第２図はそのときの反射散乱光強度を
示す特性図である。 第３図は本発明の他の実施例に係る光検出器の配置状態
を模式的に示す図、第４図はそのときの反射散乱光強度
を示す特性図である。 第５図は従来の光検出器の配置状態を模式的に示す図、
第６図はそのときの反射散乱光強度を示す特性図である
。 第７図は光学配置に依存する要因を説明するための図で
ある。 第８図は裏面反射によるパターン誤検出を回避するため
の検討図である。 第９図および第１０図は直接反射によるパターン誤検出
を回避するためにの検討図で、それぞれパターンモデル
および光学モデルを示す図である。 第１１図は裏面異物誤検出を回避するための検討図であ
る。 第１２図はべりタル枠の影響を回避するための検討図で
ある。 第１３図は従来の異物検査装置の構成を概略的に示す図
である。 第１４図は裏面反射によるパターン誤検出を説明するた
めの図、第１５図は裏面反射の有無がパターンの誤検出
に与える影響を示す図である。 第１６図は直接反射光１６の影響を説明するための図で
ある。 第１７図は裏面異物誤検出を説明するための図である。 第１８回はペリクル枠の影響を説明するだめの図である
。 ２・・・パターン、３・・・検査対象基板（レティクル
）、４・・・入射光、５・・・反射散乱光、７・・・光
検出器（電子増倍管）、１４・・・スリット像、Ｗ・・
・スリット像の入射光方向の幅−１Ｔ・・・検査対象基
板の厚さ、α・・・受光仰角、β・・・受光水平角。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）パターンが描かれている検査対象基板の表面に対
   して一定の偏光角を有するレーザ光を入射光として走査
   照射し、前記表面からの反射散乱光の強度を光検出器に
   よって検出し、その検出結果に基づいて前記表面におけ
   る異物の有無およびその大きさを判別する異物検査装置
   において、前記表面に対する入射光の入射角を５０°〜
   ９０°とすると共に、前記光検出器を、 Ｗ＜２×Ｔ×ｔａｎ｛［ｓｉｎ＾−＾１］［ｓｉｎ（９
   ０−α）／ｎ］｝×ｓｉｎ（９０−β） （但し、Ｗ：スリット像の入射光方向の幅、Ｔ：検査対
   象基板の厚さ、ｎ：検査対象基板の屈折率、α：受光仰
   角、β：受光水平角） を満足するように位置設定したことを特徴とする異物検
   査装置。
2. （２）パターンが描かれている検査対象基板の表面に対
   して一定の偏光角を有するレーザ光を入射光として走査
   照射し、前記表面からの反射散乱光の強度を光検出器に
   よって検出し、その検出結果に基づいて前記表面におけ
   る異物の有無およびその大きさを判別する異物検査装置
   において、前記表面に対する入射光の入射角を５０°〜
   ７５°とすると共に、前記光検出器を、 Ｗ＜２×Ｔ×ｔａｎ｛［ｓｉｎ＾−＾１］［ｓｉｎ（９
   ０−α）／ｎ］｝×ｓｉｎ（９０−β） （但し、Ｗ：スリット像の入射光方向の幅、Ｔ：検査対
   象基板の厚さ、ｎ：検査対象基板の屈折率、α：受光仰
   角、β：受光水平角） および、 α≧１５°およびβ≦９０° の両方を満足するように位置設定したことを特徴とする
   異物検査装置。