JPH0634560A - 表面状態検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レチクル面やペリクル膜面上に付着したゴミ
や埃等の異物の有無と位置を高精度に検出する表面状態
検査装置を得ること。 【構成】 光源手段からの光束で照射された検査面に対
して検出光学系を配置し、該検出光学系は受光レンズと
その後側焦点近傍に配置した開口絞りと、該開口絞りを
通過した光束を受光する複数の受光素子を有する受光部
とを有しており、該受光部の各受光素子からの出力信号
を信号処理系で加算及び比較することにより、該光束で
該検査面上を光走査したときに生ずる発光点の位置又は
／及び発光光量を算出したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面状態検査装置に関
し、特に半導体製造装置で使用される回路パターンが形
成されているレチクルやフォトマスク等の基板上又は／
及び基盤にペリクル保護膜を装着したときのペリクル保
護膜面上に、例えば不透過性のゴミ等の異物が付着して
いたときに、この異物の有無及びその位置を精度良く検
出する表面状態検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にＩＣ製造工程においてはレチクル
又はフォトマスク等の基板上に形成されている露光用の
回路パターンを半導体焼付け装置（ステッパー又はマス
クアライナー）によりレジストが塗布されたウエハ面上
に転写して製造している。

【０００３】この際、基板面上にパターン欠陥やゴミ等
の異物が存在すると転写する際、異物も同時に転写され
てしまい、ＩＣ製造の歩留を低下させる原因となってく
る。

【０００４】特にレチクルを使用し、ステップアンドリ
ピート方法により繰り返してウエハ面上に回路パターン
を焼付ける場合、レチクル面上に有害な１個の異物が存
在していると該異物がウエハ全面に焼付けられてしまい
ＩＣ工程の歩留を大きく低下させる原因となってくる。

【０００５】その為、ＩＣ製造工程においては基板上の
異物の存在を検出するのが不可欠となっており、従来よ
り種々の検査方法が提案されている。一般には異物が等
方的に光を散乱する性質を利用する方法が多く用いられ
ている。

【０００６】又、検査面を対象とした検査方式は、大別
してパターニングされた基板面（パターン面）を検査す
る方式（パターン面検査方式）と、パターンのないブラ
ンク面、或は防塵用に基板に装着されたペリクル面を検
査する方式（ブランク面検査方式）とに分けられる。

【０００７】前者のパターン面検査方式では、検査用の
レーザービーム径も３０μｍ程度に絞って基板を２次元
的に走査（スキャン）し、大きさ１〜２μｍの異物から
の散乱光を回路パターンから生じる回折光に対して選択
的に受光する光学方式が用いられており、例えば特開昭
６２−２１９６３１号公報や特開昭５７−１２８８３４
号公報で提案されている。

【０００８】後者のブランク面検査方式では、検査用の
レーザービーム径を１ｍｍ径の太いビーム径とし、大き
さ３０μｍ程度の異物を検出対象としている。一般にペ
リクル面やブランク面はウエハ面上でボケた状態で投影
される為に、それらの面上にある異物はウエハ面に像と
して転写されることは少ない。

【０００９】しかしながら異物が大きくなると焼付光束
を遮り、照度ムラとなり解像力が低下してくる。この
為、このような表面状態検査装置には２０μｍ程度の異
物を高速でしかも精度良く検出することができることが
必要となっている。

【００１０】図２７は従来の表面状態検査装置の要部概
略図である。同図での検査対象面としてはレチクル１０
０上に装着されたペリクル枠１０１ａ上面のペリクル膜
１０１である。

【００１１】この検査方式では、半導体レーザー１０２
からの光束をペリクルの膜面１０１すれすれに入射さ
せ、直線状の照明ライン（Ｌ₁ ）を形成する。この照明
ラインＬ₁ 上の、例えば点Ｐ₂ に異物があると、その異
物から散乱光が空間的に放射される。受光系ＢＤは異物
からの側方散乱光を捕獲する為に光軸（Ｌ₂ ）を照明ラ
インＬ₁ と直交方向に設けている。そして受光レンズ１
０３による照明ラインＬ₁ の結像面上に相当する位置に
アレーセンサー１０４を配置している。点Ｐ₂ の異物か
らの散乱光はアレーセンサー１０４上の点Ｉ₂ に結像す
る。他に点Ｐ₁ 或は点Ｐ₃ 上に異物があるとその側方散
乱光は各々点Ｉ₁ ，Ｉ₃ に結像される。この構成によっ
て照明ラインＬ₁ 上での異物の付着位置を検出してい
る。

【００１２】一方、レチクル１００全体は照明ラインＬ
₁ と概ね直交方向（Ｓ）に搬送手段（不図示）に走査し
て検査している。このとき搬送手段の走査速度が一定で
あれば、このときの走査速度を用いてＳ方向への照明ラ
インＬ₁ の位置が求められ、表面状態の検査が可能とな
る。

【００１３】同図の表面状態検査装置では以上のような
構成により、ペリクル膜（又はブランク面）１０１全面
上の異物の有無の検査と異物の位置の検出を行ってい
る。

【００１４】尚、レチクル１００を搬送手段で移動させ
て光走査する代わりに半導体レーザー１０２と受光系Ｂ
Ｄ全体を互いに同期させてＳ方向に移動させてレチクル
全面を光走査する方法もとられている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一般に半導体素子の製
造装置ではペリクル面やブランク面、そしてパターン面
等の検査面全面の表面状態を簡易な構成により、高速で
しかも高精度に検査することが要求されている。

【００１６】図２７の装置では、光束をレチクル１００
に略平行入射している為、検査面全面を光走査する為に
レチクル１００を移動させるとき、高さ方向に変動が発
生すると異物に光束が当たらなくなり、検出精度が低下
してくる。この為、レチクル１００を水平面内で一定の
高さを保って高精度に平行移動させる為の高精度な搬送
手段が必要となり、この結果、装置全体が大型化及び複
雑化してくるという問題点があった。

【００１７】これに対して半導体レーザー１０２と受光
部（ＢＤ）を移動させて検査面全面を光走査する方法で
は検査面上の照明ラインＬ₁ をアレーセンサー１０４面
上に結像させている。この為、前述の問題点の他に走査
の際に受光部（ＢＤ）の移動に伴って照明ラインＬ₁ と
アレーセンサー１０４との位置関係がずれてくると、照
明ラインＬ₁ 上の異物がアレーセンサー１０４上に結像
しない場合があり、検出精度が低下してくるという問題
点があった。特に、駆動速度を増して検査時間を短縮し
ようとすると前述の問題点が多く発生してくるという問
題点があった。

【００１８】本発明は検査面への光束の照射条件や検査
面上の異物からの散乱光を検出する検出光学系と検出光
学系で得られた信号を処理する信号処理系等の各要素を
適切に設定することにより、検査面上の異物の有無及び
異物の存在している位置等を高精度に検出することがで
きる表面状態検査装置の提供を目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の表面状態検査装
置は、 （１−イ）光源手段からの光束で照射された検査面に対
して検出光学系を配置し、該検出光学系は受光レンズと
その後側焦点近傍に配置した開口絞りと、該開口絞りを
通過した光束を受光する複数の受光素子を有する受光部
とを有しており、該受光部の各受光素子からの出力信号
を信号処理系で加算及び比較することにより、該光束で
該検査面上を光走査したときに生ずる発光点の位置又は
／及び発光光量を算出したこと。

【００２０】（１−ロ）光源手段からの光束で検査面上
を２次元的に走査し、該検査面上からの散乱光を検出手
段で受光することにより該検査面上の表面状態を検査す
る際、該検査手段は検出光学系と信号処理系とを有して
おり、該検出光学系は受光レンズとその後側焦点位置近
傍に配置した開口絞りと該開口絞りを通過した光束を受
光する複数の受光素子より成る受光部とを有しており、
該信号処理系は該受光部の各受光素子からの出力信号を
加算及び比較することにより、該光束で該検査面上を走
査したときの発光点の位置と発光光量を算出しているこ
と。

【００２１】（１−ハ）光源手段からの光束を用いて照
射手段により検査面上を斜方向から第１方向に帯状に照
射すると共に該第１方向と略直交する第２方向に走査
し、該検査面上からの散乱光を検出手段で受光すること
により検査面上の表面状態を検査する際、該検出手段は
検出光学系と信号処理系とを有しており、該検出光学系
は受光レンズとその後側焦点位置近傍に配置した開口絞
りと該開口絞りを通過した光束を受光する複数の受光素
子より成る受光部とを有しており、該信号処理系は該受
光部の各受光素子からの出力信号を加算及び比較するこ
とにより、該光束で該検査面上を走査したときの発光点
の位置と発光光量を算出していること。等を特徴として
いる。

【００２２】この他本発明では、前記構成（１−イ），
（１−ロ），（１−ハ）において、前記開口絞りの開口
面上に空間フィルターを設けたことや、前記検査面上の
周辺部に遮光板を設けて検査領域外からの散乱光が前記
検出光学系に入射するのを防止していること等を特徴と
している。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図、図
２，図３，図４，図５は各々図１の一部分の拡大説明図
である。

【００２４】本実施例では、レーザー光源１０から発し
たビーム１０ａはピンホール１１を通過し、ビームエキ
スパンダー１２により所定の光束径に変換し、回転偏向
素子（ポリゴンミラー、振動ミラー等）１３で反射偏向
させてｆ−θレンズ（走査レンズ）１５を介して可動ス
テージに載置したレチクル１のブランク面１ｂ又はパタ
ーン面１ａ等の検査面に集光している。そして回転偏向
素子１３をアクチュエータ１４で駆動させることにより
ビーム１０ａでレチクル１の検査面（１ａ，１ｂ）を紙
面と略垂直方向に光走査している。各要素（１１，１
２，１３，１４，１５）は光束を検査面に照射する照射
手段Ｙ３の一要素を構成している。

【００２５】図２はこのときのビーム１０ａでレチクル
１の検査面１ａ上を光走査する状態を示している。

【００２６】本実施例では、レチクル１を載置した可動
ステージを矢印Ｓ方向に移動（ステージ走査）させるこ
とにより、レチクル１の検査面（１ａ，１ｂ）の全面を
光走査し、表面状態を検査している。一般にレチクル１
の検査面（１ａ，１ｂ）面上に塵や埃等の異物が存在し
ているとビーム１０ａは該異物で散乱される。

【００２７】本実施例では、このとき異物で生じた散乱
光を受光レンズ２、開口絞り３、そして受光部４を有す
る検出光学系Ｙ１で検出して電気的な異物信号に変換し
ている。そして検出光学系Ｙ１で得られた異物信号を信
号処理系Ｙ２で信号処理している。これにより、後述す
るようにしてレチクル１の検査面（１ａ，１ｂ）上の異
物の有無及びその位置を検出している。検出光学系Ｙ１
と信号処理系Ｙ２は検出手段の一要素を構成している。

【００２８】次に本実施例においてレチクル１の検査面
上の異物の有無の検出方法について説明する。

【００２９】図３，図４，図５は図１の検出光学系Ｙ１
の拡大説明図である。検出光学系Ｙ１は受光レンズ２
（焦点距離ｆ）とその後側焦点近傍に配置した開口絞り
３、そして複数（本実施例では２つ）の受光素子Ｓ１，
Ｓ２より成る受光部（分割センサー）４とを有してい
る。受光部４としては、例えば１次元又は２次元のアレ
イセンサーやフォトマルを複数個配列したもの等より構
成している。

【００３０】今、検査面をレチクル１の面１ａであっ
て、面１ａ上の点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ の３点に異物が存在
しており、各々の点をビームが入射したときの発光点と
する。

【００３１】レチクル１の面１ａは受光レンズ２の前側
焦点位置に配置している。受光レンズ２と面１ａとの距
離をＬとすると、Ｌ＝ｆとなっている。開口絞り３は受
光レンズ２の後側焦点位置に配置している。受光部４は
開口絞り３より光軸方向（Ｘ軸方向）に距離ｄだけ隔た
った位置に配置している。

【００３２】面１ａ上の点Ｐ₂ （光軸Ｘ上）から発した
散乱光束のうち開口絞り３の径Φ_Sと焦点距離ｆで決ま
る開き角

【００３３】

【数１】 内の散乱光束は開口絞り３を通過して、受光部４上の２
つの受光素子Ｓ１とＳ２に対称に受光される。異物等の
散乱光は比較的等方的に飛び散るので開き角２θの内部
では光量分布は均一と見做すことができる。

【００３４】その結果、点Ｐ₁ 〜Ｐ₃ からの散乱光量の
光重心は受光部４上で各々の主光線の位置に対応すると
考えられる。点Ｐ₂ の場合、それは受光部４上の点Ｄ₂
である。

【００３５】同様に点Ｐ₁ からの散乱光のうち、受光部
４に受光される光は主光線を光軸に平行としたテレセン
トリック系での開き角２θを持つ光束となる。これは開
口絞り３を受光レンズ２の後側焦点位置に配している為
である。開口絞り３を通過した光束は受光部４上に光束
径Φ_S で受光されるが、その主光線は中心Ｄ₂ から距離
Δ₁ だけ横ズレした点で受光される。この距離Δ₁ は次
式で計算される。

【００３６】 Δ₁ ＝ｄ・ｙ₁ ／ｆ ‥‥‥（１） 但し、（１）式は受光レンズ２がｆ−tan 特性を持って
いる場合である。点Ｐ₃からの散乱光も点Ｐ₁ からの散
乱光と同様である。

【００３７】図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、受光部４
上での受光光束の広がり（Φ_S ）と主光線の横ズレ量
（Δ₁ ，Δ₃ ）を示した説明図である。図６（Ａ）が点
Ｐ₃ からの受光光束を示し、図６（Ｂ）が点Ｐ₂ からの
受光光束を示し、図６（Ｃ）が点Ｐ₁ からの受光光束を
示している。

【００３８】図６（Ｄ）は、上記３つの光束を受光部４
の受光面上でみた説明図である。図４は図３に比べて検
出光学系Ｙ１に対してレチクル１が光軸方向に移動し、
レチクル１′の位置に変位したときを示している。

【００３９】図４において、レチクル１と受光レンズ２
との距離をＬ′としたとき、Ｌ′≠ｆの場合を示してい
る。点Ｐ₁ ′〜Ｐ₃ ′は図３の点Ｐ₁ 〜Ｐ₃ に対応して
いる。このような配置においても点Ｐ₁ ′〜Ｐ₃ ′から
発する散乱光のうち開口絞り３を通過する光束は点Ｐ₁
〜Ｐ₃ を同様に開き角２θ

【００４０】

【数２】 を持ち、かつレチクル側で主光線が光軸に平行になる。
そしてこの場合でも各主線がセンサー４上で受光される
位置Ｄ₁ ′〜Ｄ₃ ′は位置Ｄ₁ 〜Ｄ₃ と同じ位置であ
る。

【００４１】従って（１）式で計算処理すれば光重心と
光軸Ｘとの距離Δ₁ を計測してその値からレチクル上の
発光点の位置座標ｙ₁ が判る。但しこの場合、受光レン
ズ２を通過して開口絞り３に向かう光束はいずれも平行
光束でない。Ｌ′＜ｆの場合、これは拡散光束となるの
で受光部４上では各光束はΦ_S ′（＞Φ_S ）となる。そ
こで本実施例では受光部４の受光面積はこれより充分大
きくして、光束のケラレを防止している。

【００４２】図５は本実施例においてレチクル１と検出
光学系Ｙ１との相対的位置が変化したときの点Ｐ₁ ，Ｐ
₂ ，Ｐ₃ から発生する光束の光路の説明図である。レチ
クル１からレチクル１′に移動すると、レチクル上の対
応点Ｐ₁ は点Ｐ₁ ′に移る。これらの点と開口絞り３の
最外点Ａとを結ぶ光線を考えると、これらは開口絞り３
が受光レンズ２の後側焦点位置に置かれていることか
ら、当然光軸に等しい角度θをなす。点Ｐ₂ と点Ｐ₂ ′
の間にも同じ関係を成立する。そして点Ｐ₁ と点Ｐ₂ に
ついて言えば、テレセントリック系の状態で受光されて
いて、これらの受光光束も必然的に同じ開き角θをな
す。従って点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₁ ′，Ｐ₂ ′からの散乱光
束は同一の立体角を持って等しく受光されることにな
る。

【００４３】又、点Ｐ₁ ，Ｐ₁ ′と開口絞り３の中心点
Ｂとを結ぶ光線（主光線）を考えると、これも開口絞り
３が受光レンズ２の後側焦点位置に置かれている為、レ
チクル１側では光軸に常に平行となる。即ちテレセント
リック系となる。

【００４４】このように本実施例によれば （２−イ）レチクル１の光軸方向の移動に拘わらず、レ
チクル１上の任意の点の散乱光量を均一に受光すること
ができる。

【００４５】（２−ロ）レチクル１の光軸方向の移動に
拘わらず、主光線が変わらない。その結果、受光部４の
２つの受光素子Ｓ１，Ｓ２からの作動出力値から単一計
算で正確かつ簡便にレチクル上の発光点の位置を判別す
ることができる。等の特徴を有している。

【００４６】図７は本発明の実施例２の要部概略図、図
８は図７のＸ−Ｙ面内の一部分の説明図、図９は図７の
一部分の説明図である。図中、図１で示した要素と同一
要素には同符番を付している。

【００４７】本実施例ではブランク面１ｂ上とレチクル
１の上面又は下面にペリクル膜を設け、該ペリクル膜面
１０１上の異物の有無とその位置を検出している。

【００４８】本実施例では検出面（ブランク面１ｂとペ
リクル膜面１０１）に光束を面すれすれに入射させてい
る。そして検出光学系Ｙ１の受光光軸を検査面と略同一
平面内（Ｘ−Ｙ面）に設けている。

【００４９】本実施例では半導体レーザー１０から発し
たレーザービーム１０ａはピンホール１１とビームエキ
スパンダー１２との作用で所定のビーム径に変換され
て、振動ミラー１３に入射する。この振動ミラー１３は
アクチュエーター１４により一定周期で振動させられ
る。その結果、レーザービーム１０ａは紙面と直交方向
に走査されて走査レンズ１５に入射する。振動ミラー１
３は、走査レンズ１５の前方焦点位置に配置しており、
走査レンズ１５を通過後レーザービーム１０ａは光軸に
平行な関係を保って走査される。このレーザービーム１
０ａは、ハーフミラー１６´、ミラー１６の作用で２つ
の光束Ｌ_L，Ｌ_Uとして下ペリクル面１０１或はブランク
面１ｂに向けて概ね平行すれすれに入射させている。

【００５０】図８ではブランク面１ｂをレーザービーム
Ｌ_u がＸ方向に走査していく様子を矢印１０ｂで示して
いる。尚、レーザービーム１０ａのレチクル１上での位
置は、同期信号検出器２００が周期的にレーザービーム
を検知し、それからの遅延時間を基に同定している。

【００５１】図７で振動ミラー１３は必ずしも走査レン
ズ１５の前方焦点位置におく必要はない。その場合、図
８でレーザービームＬ_u がＹ軸に対して傾きを持つよう
になる。このような場合には、前記遅延時間にレーザー
ビームの傾きを加算してやれば正確なレーザービームの
位置の同定ができる。

【００５２】図８において２００ａはレチクル１のＸ方
向の変位を検出する同期信号検出器である。

【００５３】図９，図１０は、ブランク面１ｂ上の点Ｐ
₁ ′，Ｐ₃ 或は下ペリクル面１０１上の点Ｐ_L に異物が
存在する場合、その側方散乱光を均一に受光し、発光点
Ｐ₁′，Ｐ₃ ，Ｐ_L の位置判別を行なう検出光学系Ｙ１
のＸ−Ｙ断面内とＸ−Ｚ断面内の概略図である。

【００５４】振動ミラー１３の振動に伴って、レーザー
ビームがブランク面１ｂ上の点Ｐ₃にある異物を照射す
るとその異物からの散乱光がいろんな方向に飛び散る。
このうち側方散乱光を検出光学系Ｙ１で検出している。
受光レンズ１７は図１０から明らかなように、ブランク
面１ｂと下ペリクル面１０１の両方の異物からの散乱光
を受光する配置となっている。

【００５５】図１０において点Ｐ₃ の異物からの散乱光
の一部は受光レンズ１７、開口絞り１８を通過して受光
部４に受光される。各要素１７，１８，４の光学的関係
は図３と基本的に同じである。開口絞り１８は図９
（Ｂ）に示すような半円状の開口部（１８_u ）をもって
いる。その為、受光部４上での光量分布は図９（Ｃ）に
示すようにこれも半円状となり、しかも点Ｐ₃ の受光光
束の中心はＹ方向に距離Δ₃ だけずれた点Ｄ₃ となる。

【００５６】レーザービームがレチクル１上を走査して
今度は点Ｐ₁ ′にある異物を照射すると、同様にして受
光部４面上では距離Δ₁ ′だけ横ズレした点Ｄ₁ ′に光
束中心をもつ光量分布が生じる。尚、このときの受光部
４上での光量分布の径は前述の点Ｄ₃ を中心とする光量
分布の径よりも大きい。これはレーザービームが受光レ
ンズ１７に近づくにつれて、物体位置（発光点）が実質
的に短くなり、受光レンズ１７を通った光束が発散光束
となってくる為である。尚、受光部４はＹ方向に２つに
分割した２つの受光素子Ｓ１，Ｓ２より成る分割センサ
ーより構成している。

【００５７】図１０（Ａ）に示すように、下ペリクル面
１０１の受光方式もブランク面１ｂのそれと光学楔１９
を開口絞り１８の前に設けた点を除いて、概ね同じであ
る。図１０（Ａ）の構成では、ブランク面１ｂが受光レ
ンズ１７の光軸（Ｘ軸）上にあるのに対して、下ペリク
ル面１０１はこれより距離Ｈだけ偏心している。その
為、１つの受光レンズ１７で両面の検出を行なおうとす
れば下ペリクル面１０１の異物からの散乱光が開口絞り
１８を通過後、ブランク面１ｂ用の受光部４に混入して
しまう。これを避ける為に、紙面内で光束をＸ軸の下方
に戻す作用をもつ光学楔１９を設けている。

【００５８】開口絞り１８は図１０（Ｂ）に示すように
開後部１８_u と同時に開口部１８_Lを合わせもってい
て、この開口部１８_L を通過し、受光部４の受光素子Ｓ
１，Ｓ２に到達する光束で下ペリクル面１０１上の異物
の検出を行なっている。

【００５９】図１１は本発明に係る信号処理系Ｙ２の要
部ブロック図である。

【００６０】本実施例の信号処理系Ｙ２では受光部４の
２つの受光素子Ｓ１，Ｓ２と同期信号検出器２００から
の出力信号を用いて検査面上の異物の有無の判定信号θ
_V とＸ，Ｙ方向での異物の付着位置の信号（θ_X ，θ
_Y ）を出力している。

【００６１】本実施例では、受光部４の各受光素子Ｓ
１，Ｓ２は各々光量ｉ_S1，ｉ_S2を受光する。受光素子Ｓ
１，Ｓ２で各々電気信号に変換した後、アンプ２０１
ａ，２０１ｂで増幅する。そしてアンプ２０１ａ，２０
１ｂからの出力信号は加算をとる加算器２０４と差分を
とる比較器２０２とに各々入力される。このうち加算器
２０４からの出力は、出力判定回路２０６に入力する。
この出力判定回路２０６は、予め設定された基準信号を
発生する基準信号発生回路２０５からの基準信号を受け
て前述の加算出力とこれとを比較して、その大小関係か
ら異物の有無を判定し判定信号θ_V を出力する。

【００６２】一方、比較器２０２は２つの受光素子Ｓ
１，Ｓ２からの出力の差分値を求めている。このときの
値はこれまで述べてきた主光線の位置（図３の点Ｄ₁ ，
Ｄ₂ ，Ｄ₃ ）に相当する値である。そしてこの値をＹ方
向位置計算回路２０３に入力し、（１）式に代表される
計算処理を行なって、異物のＹ方向の位置の信号θ_Yを
出力する。

【００６３】同期信号検出器２００は、例えば図７の振
動ミラー１３の近くに設けられていて、振動ミラー１３
の振動に伴ってレーザービームが同期信号検出器２００
を照射したときにスタート回路２０７に電気信号を送
る。このタイミングとしてはレーザービームがレチクル
１上の検査領域を走査し始める前か、走査し終った後が
好ましい。スタート回路２０７はこれを受けてトリガー
信号を発生する。

【００６４】Ｘ方向位置計算回路２０８は別に設けられ
たクロック発生回路２０９から常時クロックパルスを受
けている。そして前述のトリガー信号を受けた時点から
所定の遅延時間をおいて、前記クロックパルスを基に異
物のＸ方向の位置計測を開始し、Ｘ方向の位置の信号θ
_Y を出力する。そしてレーザービームがＸ方向へレチク
ル１上を走査し終ると計測を終了する。

【００６５】上述した３つの出力信号（θ_V ，θ_X ，θ
_Y ）を基に検査面上のどの位置にどの程度大きな異物が
付着しているかを、数表或は２次元マップとして表示し
ている。

【００６６】本実施例では以上のように各要素を設定す
ることにより、装置全体の小型化、検査時間の短縮化、
そして検出の信頼性の向上を図りつつ検査面上の異物の
有無及びその位置座標を高精度に検出している。

【００６７】図１２は本発明の実施例３の要部概略図、
図１３は図１２のＸ−Ｙ面内の一部分の説明図、図１４
は図１２の一部分の説明図である。

【００６８】本実施例では検査面上の異物の検出の為に
２つの検出光学系Ｙ１ａ，Ａ１ｂをその受光光軸が検査
面に垂直（Ｚ方向）となるように設けている。即ち、検
査面としてのブランク面１ｂ用と下ペリクル面１０１用
に各々、検出光学系Ｙ１ａ，Ｙ１ｂを設けている。この
他の構成は図７の実施例２と略同じである。

【００６９】図１４において２０ａ，２０ｂはミラーで
ある。受光レンズ２１（２１ａ，２０ｂ）、開口絞り２
３（２３ａ，２３ｂ）そして受光部２４（２４ａ，２４
ｂ）等の各要素間の位置関係は図３の実施例１と同じで
ある。

【００７０】今、検査面（ブランク面１ｂ）上の点Ｐ
₁ ′，点Ｐ₃ に異物が存在しているものとする。図１５
は図１４の受光部２４ａ上での散乱光束の分布を示して
いる。この場合、ミラー２０ａで散乱光を折り返さない
とすると点Ｐ₁ ′と点Ｐ₃ とは図１４においてＺ方向に
変位している為、光束は受光部２４ａ面上で２次元的に
横ズレする。即ち、受光部２４ａ上でも前述の（１）式
で求まる量ΔＺだけ光束中心Ｄ₃ はＺ方向に横ズレす
る。

【００７１】更に図１３において、点Ｐ₁ ′と点Ｐ₃ と
はＹ方向にも変位している。従って同じ理由により受光
部２４ａ面上で光束中心Ｄ₁ ′とＤ₃ とは各々量Δ
₁ ′，Δ₃ だけＹ方向に横ズレする。

【００７２】本実施例の構成ではレーザービームがレチ
クル１面上を走査しても、受光レンズ２１ａ，２１ｂと
レーザービームとの距離は一定である。従って、受光部
２４ａ，２４ｂ上での光束径も一定である。

【００７３】そしてレーザービームがレチクル１面上を
左方から右方へ走査していくにつれて、図１５の受光部
２４ａ面上では異物が存在している場合、それからの散
乱光の光束中心Ｄ₃ がＺ方向のプラス方向からマイナス
方向へ移動する（Ｙ方向の位置は異物の付着位置に応じ
てランダムである）。

【００７４】本実施例では受光部２４を４つの受光素子
（Ｓ１〜Ｓ４）より成る４分割センサー（分割線はＹ
軸，Ｚ軸である）より構成し、Ｙ方向とＺ方向の各々の
差動出力を計測することにより、図１１の同期信号検出
器２００を用いずに異物の付着位置を２次元的に検出し
ている。

【００７５】尚、本実施例において検出光学系Ｙ１ａ，
Ｙ１ｂの受光光軸をレチクル１に対して斜めに傾けても
良い。

【００７６】図１６は本発明の実施例４の要部概略図、
図１７は図１６のＸ−Ｙ面内の一部分の説明図、図１８
は図１６の一部分の説明図である。

【００７７】本実施例では図１４の実施例３に比べてミ
ラー２０ａの代わりにミラー３０とハーフミラー３１の
２つの部材を用いて受光レンズ３２の小型化を図ってい
る点が異なっており、その他の構成は同じである。

【００７８】図１６に示すようにミラー３０とハーフミ
ラー３１は光軸方向（Ｘ方向）に距離Δ_L だけ離してい
る。レーザービームがレチクル１面上を左方から右方へ
走査すると走査の前半では異物からの散乱光はミラー３
０で反射し、ハーフミラー３１を通り、受光レンズ３２
で集光し、また走査の後半ではハーフミラー３１で反射
して受光レンズ３２で集光して各々受光部３４で検出し
ている。この他の構成は実施例４と同じである。

【００７９】図１９は本発明の実施例５の要部概略図、
図２０は図１９の光路を展開したときの説明図である。

【００８０】本実施例では図１９に示すように、光源４
０１から発する光束を照明レンズ４０２で平行ないしは
拡散光束とし、検査面としての基板３００を一括照明し
ている。検出光学系Ｙ１は基板３００に垂直な光軸をも
っていて、その内部構成は概ね図３の検出光学系Ｙ１と
同じである。

【００８１】受光レンズ３０１の後側焦点位置に開口絞
り３０２を設け、それより更に光軸方向に所定距離隔た
った位置に４分割センサーより成る受光部３０３を設け
ている。基板上の１点Ｐ₂ またはＰ₅ がある時刻に発光
すると受光部３０３上でその光量が受光され、しかも基
板３０３上の位置（Ｙ₅ ，Ｚ₅ ）に相当した横ズレをお
こす。受光部３０３上での横ズレ（ΔＹ₅ ，ΔＺ₅ ）と
（Ｙ₅ ，Ｚ₅ ）との関係は（１）式より求まる。そして
別に時刻に基板３００が光軸方向（Ｓ_X ）に移動して、
その基板３００上の１点Ｐ₂ ′又はＰ₅ ′が発光すると
再び同一条件で発光点の光量と位置とが計測される。

【００８２】従来、被検査面上で発光点の光量と位置と
を計測する手段としては、２次元ＣＣＤ等のアレー素子
上に被検査面を結像光学系で再結像させて、素子の各ビ
ットの信号出力を読み取っていた。

【００８３】しかしながら結像光学系を用いると検査面
がディフォーカスしたときに受光部の照度が低下してく
る場合があった。これに対して検査面にフォーカスする
手段としてオートフォーカス機構を用いる方法がある
が、この方法は検出光学系が大型化してくる。

【００８４】これに対して本実施例では前述の如く、各
要素を設定することにより基板３００が光軸方向に移動
して例えば基板３００′になっても検査面上の異物の有
無と発光点を精度良く検出することができる特長を有し
ている。

【００８５】図２１は本発明の実施例６の要部概略図で
ある。

【００８６】本実施例は検査基板３００として透過基板
を対象とし光源４０１からの光束を基板に対して垂直入
射させている。又、検出光学系Ｙ１は透過光に基づく散
乱光を検出する為にその光軸が基板３００に対して略垂
直に設定している。

【００８７】光源４０１を照明レンズ４０２の前側焦点
位置において光源４０１と検出光学系Ｙ１の開口絞り３
０２とを共役関係としている。そこで開口絞り３０２の
面上に図２２（Ａ）〜（Ｃ）のような空間フィルター
（黒塗り部分は不透過領域）２２１を選択して設けて、
基板３００上で異物があった所だけその散乱光がこのフ
ィルターを通過し、その光量と位置とを受光部３０３か
らの信号より計測している。

【００８８】一般には図２２（Ａ）の空間フィルターを
用いているが、もし基板上に縦方向と横方向のパターン
が散在している場合には図２２（Ｂ）の空間フィルター
を用いている。更に、±４５°方向のパターンも混在し
ている場合には図２２（Ｃ）の空間フィルターを設けて
いる。

【００８９】これによりパターンからの回折光をこの遮
光帯で遮光し、異物からの散乱光だけが受光部３０３で
受光され、同様の計測を行っている。又、単に異物の検
査に適用するだけでなく、レチクル上の特定マークだけ
を選択的に検出する場合にも空間フィルターを最適に構
成すれば本実施例は同様に適用可能である。

【００９０】図２３は本発明の実施例７の要部概略図で
ある。

【００９１】本実施例は図７の実施例２に比べて、ビー
ムエクスパンダー１２からのビーム１０ａを紙面内に回
転するポリゴンミラー２３２と紙面と直交面内で振動す
る振動ミラー１３とを用いて検査面（ブランク面１ｂ，
ペリクル面１０１）上を光学的に２次元走査している点
と、ブランク面１ｂとペリクル面１０１に各々レーザー
ビーム（Ｌ_u ，Ｌ_L ）を斜入射させている点が異なって
おり、その他の構成は略同じである。

【００９２】ポリゴンミラー２３２の回転によりレチク
ル１面上をＹ方向に光走査し、振動ミラー１３の振動に
よりレチクル１面上をＸ方向に光走査している。レンズ
２３３はポリゴンミラー２３２の反射点と振動ミラー１
３の反射点とが共役関係となるようにしている。レーザ
ービームのレチクル１面上のＸ方向の変位は同期信号検
出器２００が振動ミラー１３によるレーザービームの回
転角を検知し、それからの遅延時間を基礎に同定してい
る。Ｙ方向の変位は本実施例の受光方式で検知して同様
に行っている。

【００９３】本実施例においてポリゴンミラー２３２の
回転数が振動ミラー１３の周期より十分高ければ双方の
走査タイミングを同期させる必要はない。

【００９４】本実施例ではポリゴンミラー２３２と振動
ミラー１３の振動タイミングより検査面上に入射するレ
ーザービームの位置座標を求めて、検査面上の異物の有
無及びその位置座標を検出しており、検出光学系や信号
処理系等の構成は図７の実施例２と同じである。

【００９５】図２４は本発明の実施例８の要部概略図で
ある。

【００９６】本実施例では図１９の実施例５に比べて検
査基板として透明基板を用いている点と、レーザー５０
１からのビームで２つの振動ミラー５０４，５０６を介
して基板３００面上を２次元的に走査している点が異な
っており、その他の構成は同じである。

【００９７】図２４において、レーザー５０１からのビ
ームをピンホール２０２を介し、ビームエクスパンダー
５０３でビーム径を拡大して第１振動ミラー５０４に入
射させ反射偏向している。

【００９８】第１振動ミラー５０４からのビームをレン
ズ５０５で集光し、第２振動ミラー５０６で反射偏向し
て走査用レンズ４０２に入射している。走査用レンズ４
０２は第２振動ミラー５０６で反射偏向したビームを基
板３００に導光している。

【００９９】このとき第１振動ミラー５０４と第２振動
ミラー５０６をアクチュエータ（不図示）で振動させ
て、これによりビームで基板３００面上を２次元的に走
査している。尚、レンズ５０５は第１振動ミラー５０４
の反射面と第２振動ミラー５０６の反射面とを共役関係
となるようにしている。

【０１００】本実施例における検出光学系Ｙ１による検
査面上の異物の有無及びその位置の検出方法については
図１９の実施例５と同じである。

【０１０１】本実施例では第２振動ミラー５０６の反射
点を走査用レンズ４０２の焦点位置において第２振動ミ
ラー５０６の反射点と検出光学系Ｙ１の開口絞り３０２
とが共役関係となるようにしている。そして開口絞り３
０２の面上に、図２２（Ａ）〜（Ｃ）のような空間フィ
ルター（黒塗り部分は不透過領域）２２１を選択して設
けて、基板３００上で異物があった所だけその散乱光が
このフィルターを通過し、その光量と位置とを受光部３
０３からの信号より計測している。

【０１０２】一般には図２２（Ａ）の空間フィルターを
用いているが、もし基板上に縦方向と横方向のパターン
が散在している場合には図２２（Ｂ）の空間フィルター
を用いている。更に、±４５°方向のパターンも混在し
ている場合には図２２（Ｃ）の空間フィルターを設けて
いる。

【０１０３】本実施例では走査ビームの深度は通常、か
なり深いのでこの範囲内で基板３００がディフォーカス
しても投光系４６０と検出光学系Ｙ１の双方ともこの影
響を受けることはなく、高い検出性能が得られる。又、
この場合、明視野の受光も適用可能である。投光系４６
０において振動ミラーを１つとし、これによる走査と直
交する方向に基板３００を移動しても良い。又、投光系
４６０と検出光学系１の光軸のいずれか、或は両方を基
板に対して斜めに傾けても良い。

【０１０４】本実施例では光学式の走査方式の他に電子
ビーム走査系や或は、基板上に潜像を形成し、これを励
起に読み取りを行う励起光発生光学系も適用可能であ
る。

【０１０５】従来の例えば特開昭６２−２１９６３１号
公報等で提案されているビーム走査検出系ではビーム走
査とレチクル移動とを同期して行っていたが、この方法
ではタイミングを合わす電気回路が複雑で、その分コス
トアップになっていた。本実施例では検出部３０３の分
割センサーからの２次元出力を処理するだけで良い。

【０１０６】本実施例では図１１の同期信号検出器２０
０以降の各要素（２０７，２０８，２０９）は不要であ
る。その代わりに分割センサーを用いて２次元検出する
際のＹ方向位置計算回路２０３と同等のＸ方向位置計算
回路を設ければ良い。

【０１０７】本実施例では、同一時刻に検査面上の１点
だけを集中的に照明するので、散乱光量が増大する。特
に、ビームを集光した場合には散乱光量が増大する。し
かも他の位置に付着した異物を同時に照明することがな
いので高い検出精度と位置精度を得ることができる等の
特長を有している。

【０１０８】図２５は本発明の実施例９の要部概略図、
図２６（Ａ），（Ｂ）は図２５のＸ−Ｙ面内のブランク
面１ｂとペリクル膜面１０１の一部分の説明図である。

【０１０９】本実施例は図１２の実施例３に比べてブラ
ンク面１ｂとペリクル面１０１等の検査面の端部周辺領
域（図２６（Ａ），（Ｂ）の斜線で示す領域Ｂ１，Ｂ
２）に各々遮光板２５１，２５２を設けている点が異な
っており、その他の構成は同じである。

【０１１０】即ち、本実施例ではレーザービーム１０ａ
で検査面（１ｂ，１０１）を、面すれすれに光走査する
ときに検査面（１ｂ，１０１）の端部からノイズ光とな
る散乱光が発生し、検出光学系に入射してくるのを遮光
板２５１，２５２により遮光して検出精度の向上を図っ
ている点が実施例３と異なっている。

【０１１１】次に本実施例の詳細について説明する。

【０１１２】本実施例ではブランク面１ｂやペリクル面
１０１にビーム１０ａを概ね平行すれすれに入射してい
る為に、レチクル１の端面やペリクル枠１０１ａにも検
査中にビームが当たっている。実際の工程に使用される
レチクル１の端面は面取がしてあるし、ペリクル枠１０
１ａも光散乱性を低減する為に黒色メッキ処理が施され
ている。

【０１１３】従って、本来ならばこれらの端面で発する
ビームの散乱光は問題にならない程小さく、しかも検出
すべき異物径もφ２０μｍ以上と大きいので、充分なＳ
／Ｎ比が得られている。

【０１１４】ところが、レチクル１やペリクル膜１０１
はその製造メーカーによってエッヂの仕上げ法に違いが
あり、又同じメーカー製であってもロットによりバラツ
キが発生することもある。又、これらのレチクル１やペ
リクル膜１０１はステッパー内部だけでなく、他の工程
でも種々の形でハンドリングされる為にその際に端面付
近にキズが生じ異常散乱光が生じる場合がある。

【０１１５】このような異常散乱光がビームの走査によ
って発生すると、同じ時刻に検査領域内に異物がある場
合、両方の散乱光が同時に受光されてしまう。すると本
実施例の検出原理からして両者の光量比で内分された位
置にあたかも両者の加算出力を出す大きな異物が付着し
ているかの誤検知をしてしまう場合がある。

【０１１６】本実施例はこの点を改善する為にレチクル
１の端面やペリクル枠１０１ａを隠す為の遮光板２５
１，２５２を設けている。

【０１１７】図２６（Ａ），（Ｂ）は鉛直面内（Ｘ−Ｙ
面内）での構成図であり、上下ビームＬ_u とＬ_L によっ
てレチクル端面（Ｅ₁ ，Ｅ₁ ′）やペリクル枠（Ｅ₂ ，
Ｅ₂′）が散乱する様子を示している。

【０１１８】図２６（Ａ）はブランク面側からみた平面
図であり、斜線部Ｂ₁ にレチクル１の端面を隠す遮光板
２５１を設けている。これを付加することによってブラ
ンク面１ｂの点Ｐ_u に異物があった場合、検出光学系は
ここからの散乱光だけを受光するようにしている。

【０１１９】図２６（Ｂ）はペリクル面１０１側からみ
た平面図である。斜線部Ｂ₂ にペリクル枠１０１ａを隠
す遮光板２５２を設けている。この遮光板２５２は遮光
板２５１と同様に作用し、検出光学系はペリクル面１０
１上の点Ｐ_L の異物からの散乱光だけを選択的に受光す
るようにしている。

【０１２０】本実施例ではこのような遮光板２５１，２
５２を設けることによって、検査領域外で異常散乱光が
発生しても、その影響を受けることなく、領域内の異物
の出力と位置とを正確に計測している。

【０１２１】本実施例において検出光学系の光軸は検査
面に対して真に垂直である必要はない。検査領域内の散
乱光束が遮光板２５１，２５２によってケラレなければ
光軸が傾いても本実施例は適用可能である。又、遮光板
は必ずしも検査面近傍におかれる必要はなく、これも上
述と同じく有効光束をけられなければ光軸上、別の位置
に置いても良い。

【０１２２】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、検査面へ
の光束の照射条件や検査面上の異物からの散乱光を検出
する検出光学系と検出光学系で得られた信号を処理する
信号処理系等の各要素を適切に設定することにより、検
査面上の異物の有無及び異物の存在している位置等を高
精度に検出することができる表面状態検査装置を達成す
ることができる。

【０１２３】特に、本発明では （３−イ）検出部を絞り面の近くに設け光束を広げて受
光しているので、従来のように結像面に検出部を配する
方式に比べて、その保持精度等が格段に緩くてすむ。

【０１２４】（３−ロ）検査物体が光軸方向に移動して
も検出光学系を動かす必要がない。

【０１２５】しかも原理的にその影響を受けず常に視野
全体に渡って均一光量を受光でき、正確な位置同定がで
き、物体の位置変動に拘わらず、安定、かつムラのない
検出感度が得られる。等の特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 図１の一部分の説明図

【図３】 図１の一部分の説明図

【図４】 図１の一部分の説明図

【図５】 図１の一部分の説明図

【図６】 図３の受光部の説明図

【図７】 本発明の実施例２の要部概略図

【図８】 図７の一部分の説明図

【図９】 図７の一部分の説明図

【図１０】 図７の一部分の説明図

【図１１】 本発明に係る信号処理系の要部ブロック図

【図１２】 本発明の実施例３の要部概略図

【図１３】 図１２のＸ−Ｙ面内の一部分の説明図

【図１４】 図１２の一部分の説明図

【図１５】 図１４の一部分の説明図

【図１６】 本発明の実施例４の要部概略図

【図１７】 図１６のＸ−Ｙ面内の説明図

【図１８】 図１６の一部分の説明図

【図１９】 本発明の実施例５の要部概略図

【図２０】 図１９の光路を展開した説明図

【図２１】 本発明の実施例６の要部概略図

【図２２】 図２１の一部分の説明図

【図２３】 本発明の実施例７の要部概略図

【図２４】 本発明の実施例８の要部概略図

【図２５】 本発明の実施例９の要部概略図

【図２６】 図２５の一部分の説明図

【図２７】 従来の表面状態検査装置の概略図

【符号の説明】

１ レチクル １ａ パターン面 １ｂ ブランク面 ２ 受光レンズ ３ 開口絞り ４ 受光部 Ｓ１，Ｓ２ 受光素子 Ｙ１ 検出光学系 Ｙ２ 信号処理系 Ｙ３ 投光系 １０ レーザー光源 １１ ピンホール １２ ビームエクスパンダー １３ 回転偏向素子 １４ アクチュエーター １５ 走査用レンズ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段からの光束で照射された検査面
   に対して検出光学系を配置し、該検出光学系は受光レン
   ズとその後側焦点近傍に配置した開口絞りと、該開口絞
   りを通過した光束を受光する複数の受光素子を有する受
   光部とを有しており、該受光部の各受光素子からの出力
   信号を信号処理系で加算及び比較することにより、該光
   束で該検査面上を光走査したときに生ずる発光点の位置
   又は／及び発光光量を算出したことを特徴とする表面状
   態検査装置。
2. 【請求項２】 光源手段からの光束で検査面上を２次元
   的に走査し、該検査面上からの散乱光を検出手段で受光
   することにより該検査面上の表面状態を検査する際、該
   検査手段は検出光学系と信号処理系とを有しており、該
   検出光学系は受光レンズとその後側焦点位置近傍に配置
   した開口絞りと該開口絞りを通過した光束を受光する複
   数の受光素子より成る受光部とを有しており、該信号処
   理系は該受光部の各受光素子からの出力信号を加算及び
   比較することにより、該光束で該検査面上を走査したと
   きの発光点の位置と発光光量を算出していることを特徴
   とする表面状態検査装置。
3. 【請求項３】 光源手段からの光束を用いて照射手段に
   より検査面上を斜方向から第１方向に帯状に照射すると
   共に該第１方向と略直交する第２方向に走査し、該検査
   面上からの散乱光を検出手段で受光することにより検査
   面上の表面状態を検査する際、該検出手段は検出光学系
   と信号処理系とを有しており、該検出光学系は受光レン
   ズとその後側焦点位置近傍に配置した開口絞りと該開口
   絞りを通過した光束を受光する複数の受光素子より成る
   受光部とを有しており、該信号処理系は該受光部の各受
   光素子からの出力信号を加算及び比較することにより、
   該光束で該検査面上を走査したときの発光点の位置と発
   光光量を算出していることを特徴とする表面状態検査装
   置。
4. 【請求項４】 前記開口絞りの開口面上に空間フィルタ
   ーを設けたことを特徴とする請求項１，２又は３の表面
   状態検査装置。
5. 【請求項５】 前記検査面上の周辺部に遮光板を設けて
   検査領域外からの散乱光が前記検出光学系に入射するの
   を防止していることを特徴とする請求項１，２又は３の
   表面状態検査装置。