JPH0646182B2

JPH0646182B2 - マスク上の異物検査装置およびその方法

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Publication number: JPH0646182B2
Application number: JP14951786A
Authority: JP
Inventors: 稔野口; 光義小泉; 弘明宍戸; 幸雄宇都
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPS636443A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ＬＳＩ製造におけるレチクル等のマスクを用
いた露光工程においてマスク上に形成された回路パター
ンをウエハ上に転写する前に、マスク上に存在する塊状
異物と薄膜状異物の両方を同時に検査するマスク上の異
物検査装置およびその方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のレチクル等のマスク上の異物を検出する装置は、
特開昭５９−６５４２８号および特開昭５４−１０１３
９０号に開示されている。特開昭５９−６５４２８号に
は、直線偏光レーザ、特定の入射角度で該レーザ光を入
射する手段、偏光板およびレンズを用いた結像光学系を
特徴とする異物検査装置が開示されている。この装置で
は、直線偏光を照射した際、基板上に存在する回路パタ
ーンと異物ではその反射光の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。

また、特開昭５４−１０１３９０号には、レーザ光源、
該レーザ光を斜めから照射する手段、レンズによるフー
リエ変換光学系，フーリエ変換面に設置した空間フィル
タおよび結像光学系を特徴とする異物検査装置が開示さ
れている。この装置は、回路パターンは一般的に視野内
で同一方向かあるいは２〜３の方向の組み合わせで構成
されていることに着目し、この方向の回路パターンによ
る回折光をフーリエ変換面に設置した空間フィルタで除
去することにより、異物からの反射光だけを強調して検
出するものである。

なお、異物検査として関連するものには、例えば、久保
田広著、応用光学（岩波全書）第１２９頁から第１３６
頁がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ＬＳＩが高集積化され、配線パタンが微細になるに従
い、より小さな異物が問題になってきた。また、レチク
ル製作時のレジスト残り、回路パターン形成用のクロム
あるいは酸化クロムのエッチング残り、さらにはレチク
ル洗浄液に溶けていた不純物が洗浄乾燥時に凝集したも
の等、平坦状薄膜の異物も問題となっている。

上記特開昭５４−１０１３９０号に開示されている技術
では、微小塊状異物および薄膜状異物からの反射光が微
弱となりこれらの微小異物および薄膜状異物をパタンと
区別して検出することはできなかった。また、微小異物
については、特開昭５９−６５４２８号の技術で強調す
ることは可能であるが、照射レーザを走査することによ
り消去可能な回路パターンが限られ、同一の空間フィル
タで全ての回路パターンを消去することは不可能であっ
た。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、回
路パターンが形成されたマスク上に存在する塊状異物と
薄膜状異物とを同時に回路パターンを誤検出することな
く強調して高信頼度で検査することができるようにした
マスク上の異物検査装置およびその方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、回路パターンが
形成されたマスクを載置して２次元的に走査するテーブ
ル走査手段と、該テーブル走査手段で走査されるマスク
の表面上に、垂直方向に対して所定の角度傾斜した方向
から垂直偏光レーザ光を集光光学系により集光して静止
照明する直線偏光レーザ光の斜め集光静止照明手段と、
該直線偏光レーザ光の斜め集光静止照明手段で集光照射
される照射点をほぼ通る垂直光軸と同心状で前記直線偏
光レーザ光より短い波長の輪帯照明レーザ光を集光光学
系により集光して前記マスクの裏側から静止透過照明す
る輪帯照明レーザ光の集光静止透過照明手段と、前記垂
直光軸上に光軸を有するように前記マスクの表面側に配
置されて前記直線偏光レーザ光の斜め集光静止照明手段
による前記マスクの表面からの反射散乱光および前記輪
帯照明レーザ光の集光静止透過照明手段による前記マス
クを透過して得られる透過光を集光する対物レンズと、
該対物レンズで集光された反射散乱光と透過光とを分岐
する分岐光学系と、該分岐光学系により分岐して得られ
る光を互いに異なる波長により分離する波長分離手段
と、前記分岐光学系により分岐され、前記波長分離手段
で分離される反射散乱光および透過光の各々について前
記対物レンズによって得られるマスク上のフーリエ変換
像を共役面に再結像させるリレーレンズと、前記分岐光
学系により分岐された光路において前記リレーレンズで
再結像される共役なフーリエ変換面に配置され、前記波
長分離手段で分離される反射散乱光の内前記対物レンズ
に入射する前記回路パターンからの反射散乱光を遮光す
る第１の空間フィルタと、該第１の空間フィルタを通し
て得られるマスク上に存在する塊状異物からの反射散乱
光を受光して第１の画素信号に変換する第１の一次元固
体撮像素子と、前記分岐光学系により分岐された光路に
おいて前記リレーレンズで再結像される共役なフーリエ
変換面に配置され、前記波長分離手段で分離される透過
光の内前記対物レンズに入射する薄膜状異物以外の透過
光を減少させる位相差板または第２の空間フィルタと、
該位相差板または第２の空間フィルタを通して得られる
薄膜状異物からの回折光を受光して第２の画素信号に変
換する第２の一次元固体撮像素子と、前記第１の一次元
固体撮像素子から変換される第１の画素信号と前記第２
の一次元固体撮像素子から変換される第２の画素信号に
よりマスク上に存在する塊状異物と薄膜状異物とを検査
する検査手段とを備えたことを特徴とするマスク上の異
物検査装置である。また本発明は、前記マスク上の異物
検査装置において、前記波長分離手段として、前記分岐
光学系により分岐された各光路中に設置したことを特徴
とする。また本発明は、前記マスク上の異物検査装置に
おいて、前記分岐光学系として波長分離ミラーで構成し
て前記波長分離手段も一体化したことを特徴とする。ま
た本発明は、前記マスク上の異物検査装置において、前
記分岐光学系で分離された反射散乱光の光路中に更に偏
光フィルタを設置したことを特徴とする。また本発明
は、前記マスク上の異物検査装置において、前記リレー
レンズを前記対物レンズと前記分岐光学系との間に設置
したことを特徴とする。また本発明は、前記マスク上の
異物検査装置において、前記直線偏光レーザ光の斜め集
光静止照明手段によって照射する傾斜角度を調整できる
ように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記
マスク上の異物検査装置において、前記検査手段とし
て、前記第１の画素信号と第２の画素信号との論理和を
とる論理和回路を有することを特徴とする。また本発明
は、回路パターンが形成されたマスクを２次元的に走査
し、該走査されるマスクの表面上に、垂直方向に対して
所定の角度傾斜した方向から直線偏光レーザ光を集光光
学系により集光して静止照明すると共に該集光照射され
る照射点をほぼ通る垂直光軸と同心状で前記直線偏光レ
ーザ光より短い波長の輪帯照明レーザ光を集光光学系に
より集光して前記マスクの裏側から静止透過照明し、前
記垂直光軸上に光軸を有するように配置された対物レン
ズで、前記直線偏光レーザ光の斜め集光静止照明による
前記マスクの表面からの反射散乱光および前記輪帯照明
レーザ光の集光静止透過照明による前記マスクを透過し
て得られる透過光を集光し、該対物レンズで集光された
反射散乱光と透過光とを分岐光学系により分岐して互い
に異なる波長により分離し、該分離された反射散乱光に
ついて前記対物レンズによって得られるマスク上のフー
リエ変換像のリレーレンズによる共役面に配置された空
間フィルタによって前記対物レンズに入射する前記回路
パターンからの反射散乱光を遮光してマスク上に存在す
る塊状異物からの反射散乱光を第１の一次元固体撮像素
子で受光して第１の画素信号に変換すると共に前記分離
された透過光について前記対物レンズによって得られる
マスク上のフーリエ変換像のリレーレンズによる共役面
に配置された位相差板または空間フィルタによって前記
対物レンズに入射する薄膜状異物以外の透過光を減少さ
せて該薄膜状異物からの回折光を第２の一次元固体撮像
素子で受光して第２の画素信号に変換し、前記第１の一
次元固体撮像素子から変換される第１の画素信号と前記
第２の一次元固体撮像素子から変換される第２の画素信
号によりマスク上に存在する塊状異物と薄膜状異物とを
検査することを特徴とするマスク上の異物検査方法であ
る。

〔作用〕

上記構成により、マスク上に形成された回路パターンの
エッジから生じる反射散乱光と透過回折光に対して、高
感度で、即ち強調して、マスク上に存在する塊状異物か
らの反射散乱光を第１の一次元固体撮像素子で第１の画
素信号として検出すると共にマスク上に存在するガラス
基板と屈折率が異なる金属あるいは誘電体の薄膜状異物
からの透過回折光を第２の一次元固体撮像素子で第２の
画素信号として検出することができ、その結果マスク上
に存在する塊状異物と薄膜状異物とを同時に高信頼度で
検査することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を第１図ないし第１８図を
用いて説明する。

(１)構成本発明は、第１図に示すようにＸＹステージ１とステー
ジ駆動系２，クランプ３とより構成される試料台部４，
Ｈｅ−Ｎｅレーザ８と、ビームエキスパンダ９と集光レ
ンズ１０と入射光角度設定手段１１とより構成される微
小異物照明部１２，対物レンズ１３と、光路を反射して
分岐するハーフミラー１５と、対物レンズ１３のフーリ
エ変換面と共役なフーリエ変換面を形成するリレーレン
ズ１４と、前記ハーフミラー１５で反射して分岐された
対物レンズ１３のフーリエ変換面と共役なフーリエ変換
面に配置された空間フィルタ１６と、偏光板１７と、前
記Ｈｅ−Ｎｅレーザ光による反射回折光を通す干渉フィ
ルタ１８と、画素信号を出力する一次元固体撮像素子１
９より構成される微小異物検出部２０，Ｈｅ−Ｃｄレー
ザ３１とレンズ３２，輪帯板３３と結合レンズ，コンデ
ンサレンズ３４とより構成される薄膜状異物照明部３
５，対物レンズ１３と光路を透過して分岐するハーフミ
ラー１５と、対物レンズ１３のフーリエ変換面と共役な
フーリエ変換面を形成するリレーレンズ１４と、前記ハ
ーフミラー１５を透過して分岐された対物レンズ１３の
フーリエ変換面と共役なフーリエ変換面に配置された空
間フィルタ２１と、前記Ｈｅ−Ｃｄレーザ光による透過
回折光を通す色フィルタ２２と、画素信号を出力する一
次元固体撮像素子２３とより構成される薄膜状異物検出
部２４，２値化回路１１４，１１５と論理和作成回路２
５とステージ制御系２６とＣＲＴディスプレイ２８とプ
リンタ２９とマイクロコンピュータ２７とより構成され
る制御部３０より構成される。レチクル５はＸＹステー
ジ１上に載置され、２次元方向に固定された微小異物照
明部１２、微小異物検出部２０、薄膜状異物照明部３５
および薄膜状異物検出部２４に対して２次元的に走査さ
れる。

(２)構成要素関の関係以下、各構成部内の構成要素の関係を説明する。

試料台部４では、ＸＹステージ１上にルチクル５が機械
的なクランプ３により固定される。

Ｘステージ１は、約０．１秒の等加速時間と０．１秒の
等速運動および０．１秒の等減速時間を２分の１周期と
し、最高速度１ｍ／秒、振幅２００mmの周期運動をす
る。

Ｙステージは、Ｘステージ１の等加速時間と等減速時間
に周期し、０．１５mmずつステップ状に一方向に送る。
１回の検査時間に６７０回送ると、約１３０秒で１００
mm送ることができる。

この構成により、１００mm四方の領域を約１３０秒で走
査できる。

本実施例では、ＸＹステージにより走査したが、第２図
に示す、Ｘθステージにより走査しても良い。

Ｘθステージは、Ｘステージ３３，Ｘステージ駆動系
２，θステージ９４，θステージギア３２，θステージ
駆動系３１，マスク９５，クランプ３より構成される。

θステージ９４は、４回／秒で等速回転する。

Ｘステージ３３は０．６mm／ｓｅｃで等速で約７０mm送
られる。

従って、１００mm四方の領域を約１２０秒で走査でき
る。

この際、θステージに固定されたマスク９５により、検
査領域以外は遮光される。

微小異物照明部１２では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８および集
光レンズ１０が入射角度設定手段１１により固定されて
いる。このＨｅ−Ｎｅレーザは直線偏光を射出する。Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ８から射出された光はビームエキスパン
ダ９および集光レンズ１０を通してレチクル５上に一定
した入射角度ｉで入射する。レチクル５で反射回折した
光は、対物レンズ１３，リレーレンズ１４を通して、ハ
ーフミラー１５で反射して分岐された対物レンズ１３の
フーリエ変換面と共役なフーリエ変換面に配置された空
間フィルタ１６上で集光するように設計されている。す
なわち、ビームエキスパンダ９，集光レンズ１０，対物
レンズ１３，リレーレンズ１４を通して、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ８の光源の実像が、空間フィルタ１６上に結像す
る。この構成により、レチクル上のパタン７のフラウン
ホーファ回折像が空間フィルタ１６を含む平面内にでき
ることになる。

また、光束５５の偏光の向きは入射面（光束５５と光軸
９６を含む面）に対して垂直（Ｐ偏光，あるいは平行
（Ｓ偏光）とする。

ただし、装置設計上は上記の構成をとらず近似的に以下
に示す構成とすることができる。すなわち、集光レンズ
１０に入射する光束の径ｄｐを０．５〜２mm程度とし、
集光レンズ１０からレチクル５までの距離Ｌｐを３０〜
１００mm程度とし、レチクル５上に光源の像を結像す
る。さらに対物レンズ１３およびリレーレンズ１４だけ
を考えた時のフーリエ変換面に空間フィルタ１６を設置
する。この構成とした場合、レチクル５上に照射される
光束は平行光束に近いため、事実上は、対物レンズ１３
およびリレーレンズ１４だけにより、フーリエ変換され
ると、近似的に考えられる。また、この場合、レチクル
５上の照明部９７は楕円となりその短軸長さα_ｉは以下
の式で決定される。

α_ｉ＝１．２２．λ．Ｌｐ／ｄｐ……(1) ここでλは照射光の波長である。このα_ｉは検出に必要
な光強度と照明すべき対象の大きさにより決定されるべ
きものである。本実施例では、ｄｐ＝１mm，Ｌｐ＝５０
mmとしα_ｉ＝４０μｍとしている。

また、照明は、斜方からでなく、第３図に示すように、
ハーフミラー３５を通して上方から行ってもよいが、回
路パターン７からの正反射光が対物レンズ１３すること
になり、この反射光を完全に遮光する必要があり、好ま
しくはない。

このように上方から照明する場合、第４図に示すような
薄膜３６，わく３７，ｈより構成される異物付着防止具
が設けられたレチクルの検査で有効である。（この異物
付着防止具は、レチクル５上に異物を近づけないように
することを目的に設置されるもので詳しくは特開昭５９
−６５４２８号等に記載されている。）すなわち、斜方
から照明する場合、わく３７により光束３８が遮られ照
明できない領域３９ができるのに対し上方からの光束４
０により照明する場合は、この領域３９は、きわめてわ
ずかになる。以上、上方からの照明は検出万能領域を小
さくする効果がある。

さらに、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８は（波長６３３nm）は、Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザ，Ａｒレーザなど他の波長を持つレーザ
でも良くさらには、レーザ以外のキノセンランプ，ハロ
ゲンランプなどであっても良い。ただし、これらの光源
のいずれの場合も、直線偏光であることが望ましく、直
線偏光でない光源の場合は光源の直後に、偏光フィルタ
を設置する必要がある。

微小異物検出部では、対物レンズ１３およびリレーレン
ズ１４により、レチクル５上のパタン７や異物６が、一
次元固体撮像素子１９上に結像される。

ここで、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８の光源のビームエキスパン
ダ９，集光レンズ１０，リレーレンズ１４および対物レ
ンズ１３の結像面に、空間フィルタ１６が設置される。
また、偏光フィルタ１７もこの位置に設置される。

偏光フィルタ１７の向きは、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８の光束
を遮断する方向にする。具体的には、Ｓ偏光入射の時
は、偏光軸が入射面に垂直に、Ｐ偏光入射の時は平行に
設置する。

ここで偏光フィルタ１７は、上記の位置でなく、レチク
ル５と、一次元固体撮像素子１９間のどの位置に設置さ
れても良い。

また、空間フィルタ１６の位置はレチクル５と対物レン
ズ１３の間で対物レンズ１３の直前の位置であっても良
い。これは、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８による光束５５は近似
的に平行光でありまた、パターン（以下パタンと称す
る。）７は微細であるので、対物レンズ１３等を用いな
くてもフラウンホーファ回折像が得られるためである。
しかし、薄膜状異物の検出を行う場合は、薄膜状異物検
出部内入らないほうが望ましい。

リレーレンズ１４は用いなくてもよいが、実際は、対物
レンズ１３として、集合レンズを用いる場合が多く、ビ
ームエキスパンダ９，集光レンズ１０，対物レンズ１３
による、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８の光源の結像位置が、対物
レンズ１３の内部になることがある。この場合、リレー
レンズ１４を通過した後の結像位置に、空間フィルタを
設置すべきである。さらに、リレーレンズ１４として、
フーリエ変換レンズを用いることもできる。この際、パ
タンのフーリエ変換像がシャープになるため、空間フィ
ルタにより、効果的に、パタンからの光を遮光できる。

干渉フィルタ１８により、薄膜状異物照明部３５による
照明光を遮光することができ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８から
の光だけを検出することができる。

ここで、一次元固体撮像素子１９として、第５図に示し
たような、平行四辺形の検出部開口４２を有するピンシ
リコンフォトダイオードを５０個並べたものを、Ｘステ
ージの方向に垂直に設置している。また、１素子に対し
て、レチクル５上の約３μｍ四方程度の領域が結像する
ように、光学系の倍率および、素子の大きさを設計して
いる。

これにより、異物以外からの光が検出器に入射しないた
め、より微弱な光を散乱する異物すなわち微小な異物の
検出を可能にしている。また、素子を並べたことによ
り、一度に多くの領域を検出することができ検査速度を
向上している。ピンシリコンフォトダイオードは高感度
で応答速度も速いため、微弱光の高速検出が可能とな
る。

ところで、ピンシリコンダイオードの開口を平行四辺形
にした理由は、ＸＹステージ１の走査により、異物６の
像が、開口４２の間の不感帯台に入ってしまい検出不能
になることをなくすためである。

しかし、微小異物の検出という本発明の目的を達成する
ためには、ピンシリコンフォトダイオードではなく、電
荷移動形の固体素子でも良く、また特開昭５９−６５４
２８号に示されているピンホールと光電子倍増管を用い
た構成であっても良い。

薄膜状異物照明部３５では、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長４
４２nm）からの光が、レンズ３２を通して、輪帯状の開
口を持つ輪帯板３３上を照明する。輪帯板３３から射出
した光は、結合レンズ３４を通して、レチクル５を裏側
から照明し、対物レンズ１３，ハーフミラー１４，およ
びリレーレンズ１４を通して、空間フィルタ２１上に結
像する。

ここで、レーザ光源が十分な強度の場合、レンズ３２
は、ビームエキスパンダであってもよく、また、なくて
もよい。また、輪帯板３３は、ピンホールを開口に持つ
ものであっても良い。これも光源が十分な強度の場合で
ある。

さらに、Ｈｅ−Ｃｄレーザ３１等のレーザ光源は空間的
にコヒーレントな光を射出するため、輪帯板３３および
結合レンズ３４を用いずに、直接レチクル５を照明して
も良い。この場合も、Ｈｅ−Ｃｄレーザ３１の光源の像
ができるリレーレンズ１４によるフーリエ変換面位置に
空間フィルタ２１を設置する。また、十分な光強度を得
るためにレンズ３２は残して、レチクル５上に、集光し
ても良い。微小異物照明部同様、近似により、空間フィ
ルタ２１の位置を設計すれば良い。

また、Ｈｅ−Ｃｄレーザ３１は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ，Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザ（３２５nm），Ａｒレーザ等他のレーザ
光源であっても良く、水銀ランプ，キノセンランプ，ハ
ロゲンランプなどの他の光源であっても良い。

また、薄膜状異物が、特定の波長に対して透過率が低い
場合、位相差顕微鏡法を用いなくても良い。ただしこの
場合、パタン７との識別のため、検出信号を計算機上に
処理する構成を用いる。

ここで、Ｈｅ−Ｃｄレーザを用いる場合、照明光の波長
の違いにより、微小異物と薄膜状異物とを区別して検出
する効果がある。また、位相差顕微鏡としては、波長の
短い光源を用いた方が、より薄い膜を検出できる。さら
に、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光の波長は露光によるレチクル５
からのパタンの転写を行う際と、近い波長であるため、
実際に問題になる異物を同じ条件で検出できる効果があ
る。

薄膜状異物検出部２４では、輪帯板３３と同じ形状をし
た空間フィルタ２１により位相差顕微鏡が形成される。
位相差顕微鏡については、多くの文献に説明されている
ので、ここでは説明を省略する。（例：久保田著、応用
光学、岩波全書、第１２９頁から第１３６頁）色フィルタ２２により、微小異物照明部１２からの光を
遮光し、薄膜状異物だけの光を検出する。

また、レーザを光源とした際、輪帯板をピンホールとす
る場合や、輪帯板を用いない場合、空間フィルタの形状
は、別に設計する必要がある。すなわち、これらの光源
の実像は、点となるので、空間フィルタも中央の一点の
光強度をおとし、位相を１／２波長だけ遅らせるものと
する。

さらに、薄膜状異物のエッジ部を明るくすれば検出は可
能であるから、位相を１／２波長遅らせるのでなく、遮
光してしまう空間フィルタでもよい。これは、シュリー
レン法であり、周知の方法である。

一次元固体撮像素子は、微小異物検出部と同様に、電荷
移動形の素子でも良く、ピンシリコンフォトダイオード
を一次元に並列に並べたものでも良い。また、特開昭５
９−６５４２８号に記載されているような、ピンホール
と、光電子倍増管などの検出器を組み合わせた構成でも
良い。

この検出系で検出できる薄膜状異物は、位相差がでれば
良いから、１０nm程度以上のものである。また厚い場合
も、異物の厚さの不均一さから位相差が生じ検出でき
る。従って実際は１０nmから数μｍまでの任意の厚さの
異物の検出が可能である。

制御部では、マイクロコンピュータ２７により、ステー
ジ制御系２６が制御されＸＹステージが駆動される。同
時に、一次元固体撮像素子１９および２３からの画素信
号は、２値化回路１１４および１１５により２値化され
論理和作成回路２５により結合されたマイクロコンピュ
ータ２７にとりこまれる。

結果は、プリンタ２９およびＣＲＴディスプレイ２８に
表示される。

本実施例では、一次元固体撮像素子２３および１９から
の画素信号を論理和作成回路２５により処理した後に、
マイクロコンピュータ２７にとりこんでいる。しかし、
論理和作成回路２５を省いて２値化回路１１４および１
１５の信号を直接マイクロコンピュータ２７にとりこん
でもよい。この場合、２種の異物を、区別して検出する
ことができる。

また、論理和作成回路２５と同じ機能をマイクロコンピ
ュータ２７にもたせ、２種の異物を区別しないで検出す
ることもできる。

さらに、制御部３０は第２０図に示すように、アナログ
加算回路１１６，２値化回路１１７によって構成しても
良い。

(３)空間フィルタの形状の設計ここで、微小異物検出に用いる空間フィルタの形状につ
いて、第６図ないし第１８図を用いて説明する。この形
状は、照明光の照明方法，偏光方法によって最適なもの
に設計されるべきものである。

まず、照明光の挙動について説明する。

第６図はレチクルの拡大図である。方向４８に平行なエ
ッジ４７を持つパタン７が、レチクル基板４６上に形成
されている。パタン７は酸化クロム，基板４６はＳｉＯ
_２で形成されている。

第７図は、レチクルに照明する際の、照明光５５と方向
４８のパタン７による回折光５９，６０および対物レン
ズ１３の開口６４の関係を示す見取図である。偏光方向
を矢印５８，６２，６３で示してある。また、対物レン
ズ１３の開口６４と接する球面６５を想点し、回折光５
９および６０と球面６５と公転６１，９８上に、それぞ
れの回折光の偏光６２，６３を示してある。また、これ
ら交点６１，９８を含む曲線Ｙは円６６になる。

第８図は、第７図の平面図である。パタン方向４８を変
えた時の回折先と球面６５の交点を含む円は直線９９な
いし１０２で示されている。

また、入射光５６および射出光５７と球面６５との交点
はそれぞれ点１０５および点５７で示される。

ここで、任意の入射角ｉで屈折率ｎなる物質に入射した
直線偏光の反射光の偏光方向は以下の式で求められる。
（「ＬＳＩウェハパタンの反射光の解析」より）（Ｒｓ，Ｒｐ）＝（Ｓ（ｉ）Ｅｓ，Ｐ（ｉ）Ｅｐ）……
(2) ここで、Ｅｓ，Ｅｐは入射光の、Ｒｓ，Ｒｐは反射光の
それぞれＳ偏光成分，Ｐ偏光成分の強さである。また、
Ｓ（φ），Ｐ（φ）は以下の式で求められる。

この式を用いて、Ｐ偏光（入射面に平行な電界ベクトル
を持つ直線偏光）を入射した際の、回折光５９の交点６
１での偏光６２を計算する。この際、パタン７のエッジ
４７は、法線ベクトル５２，５３および５４を持つ平面
４９，５０および５１の集合と考え、それぞれの平面で
の反射を考えている。すなわち、該平面４９ないし５１
に入射角ｉで入射する光の反射光の方向と偏光方向を式
(２)で計算し、これを回折光５９の方向と偏光６２とし
ている。

この結果を第８図に偏光方向６２，６３等の矢印で示し
ている。

以下、パタンからの回折光の遮断について説明する。パ
タンからの回折光の遮断は、入射光５５の入射角度ｉ，
空間フィルタ１６，偏光フィルタ１７の３要素を用いて
効果的に遮断している。

第８図によれば、範囲６７の範囲に回折する光はレンズ
開口６４内に入射しない。すなわち、これらの回折光
は、照明光の入射角度の設定により遮断される。入射角
度ｉを大きくとった時、射出点５７がレンズ開口６４か
ら離れ、射出点７４になるため、遮断できる回折光の範
囲６７は範囲１０６となりより広範囲な回折光を遮断で
きる。

この入射角度ｉの設定によりこの回折光を示す円６６に
垂直な方向４８のパタンすなわち、第８図に示した範囲
７１の方向を持つパタンからの回折光を遮断できる。

次に、範囲６８内の偏光は、近似的に入射面に平行であ
ることがわかる。これに対し、範囲６９および７０内の
偏光方向は、平行でない。

そこで、範囲６８に入射する回折光は、偏光フィルタ１
７により遮断する。さらに、範囲６９および７０に入射
する回折光は、空間フィルタ１６により遮断する。空間
フィルタ１６の形状を第９図に示す。遮光部７５，透過
部７６により形成される。ここで、空間フィルタ１６の
エッジ１０８が曲線なのは、レンズ開口６４が平面であ
り、回折光５９がレンズ開口６４と交わる点の集合が曲
線となるからである。レンズ開口６４は、フーリエ変換
面になっているため、ここでの形状を考えれば良い。即
ち空間フィルタ１６はレンズ開口６４上での偏光状態を
考えて、その相似形に設計すればよい。ただし開口６４
は平面であることは注意を要する。

範囲６８に入射するのは、範囲７２の方向を持つパタン
からの回折光であり、範囲６９および７０に入射するの
は、範囲７３および７４の方向を持つパタンからの回折
光である。

以上の、３要素（入射角度ｉ，偏光フィルタ１７，空間
フィルタ１６）により、全ての方向を持つパタンからの
回折光が遮断される。

これに対し、異物からの散乱光の偏光方向は、上記回折
光のごとく、一つの方向にそろわないため、範囲６８に
も、方向１０９以外の偏光が入射するため、これらのフ
ィルタにより遮光されることはない。異物からの散乱光
の偏光方向の解析は、Born ＆ Wolf著、Prirciples of
Optics 第６５２頁から第６５６頁に記載されている。

同様に、Ｓ偏光（入射面に垂直な電界ベクトルを持つ直
線偏光）を入射した際の回折光の偏光方向を第１０図に
示す。

この場合は、第９図に示すと同じ空間フィルタにより、
範囲７８および１１０に入射する回折光を遮断し、範囲
７７に入射する回折光は、第９図に示す偏光フィルタを
９０゜回転して設置した偏光フィルタにより遮断する。

また、第１１図に、垂直に入射した際の、入射光の偏光
方向１１１と、回折光の偏光方向１１２を示す。この場
合は、範囲７９，８０，８１，８２および８７に入射す
る回折光を、空間フィルタ１６で遮光し、範囲８５，８
６，８７および８８に入射する回折光を、偏光フィルタ
１７により遮光すれば良い。

また、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８の光束の入射角度を約６０゜
にした場合、パタン角度βが約２３゜のパタンからの反
射光が強いことが実験によりわかった。そこで、第１３
図に示すような形状を持つ空間フィルタを用いるとよ
い。このフィルタは、上記２３゜のパタンからの回折光
を効果的に遮光し、異物からの散乱光をより多くとり込
むことができる。

さらに、この入射角度を大きくとった方が、異物からの
散乱光を大きくすることができることも実験により、わ
かった。

レチクル５は、第４図に示したような、わく３７，薄膜
３６から構成される異物付着防止具を用いる場合もあ
る。この場合、入射角度を大きくとると、わく３７によ
り遮光されて、照明できない領域３９が生じる。ここ
で、１８０゜回転させた側からの照明として、微小異物
照明部１２と同じ構成の微小異物照明部１２０も合わせ
て用いる構成により、この領域に照明し、検査を可能に
する。この場合、第１４図に示すように、ハーフミラー
８８により光束を分け、空間フィルタ８９，偏光フィル
タ９０，干渉フィルタ９１，一次元固体撮像素子９２に
よる構成を追加しそれぞれに、第１３図に示した空間フ
ィルタ１６を１６および８９として互いに１８０゜回転
して用いて、領域３９を検査する際は、光束４１により
照明だけにより、検出器９２で検査する。これにより、
検査不能領域がなくなる。

もちろん、この検査不能領域は、レチクル５を１８０゜
回転させることにより、検査することも可能である。

また、微小異物照明部１２と、微小異物照明部１２０の
光源を変え、光束５５と１１９の波長をそれぞれλ_１，
λ_２とし、ハーフミラー８８の変わりに波長分離ミラー
を用いλ_１，λ_２を分離する構成でも良い。この方法に
よれば、光源のスイッチングをしなくて良い。

さらに、これらの２方向照明には、別の効果もある。第
６図に示したように実際の微小異物は、対称なものでな
い。光束５５による照明と光束１１９による照明では、
反斜面１２１，１２２の大きさ、形状の違いにより散乱
光の強度，偏光などが異なる。このような場合、一方だ
けの場合、誤検出の恐れがあるのに対し、二方向照射の
場合、どちらか一方では検出できる可能性が高くなり検
出の信頼性が向上する。

また第１５図に示した空間フィルタを用いて、微小異物
検出部２０は１つの光学系で検出することも可能であ
る。

また、この計算結果を用いれば、第１６図に示したよう
に、部分的に偏光フィルタの向きを変えて効果的に、パ
タン７からの反射光を遮光することができる。また、微
小な領域内で偏光方向が極端に変わる場合は、近似する
ことができないため、遮光板と並用しても良い。

この場合、パタン７を形成する材質および基板４６の材
質により、偏光の分布が異なるため、式(２)により、計
算し、偏光１１３の組み合わせを設計しなおせば良い。

また、照明手段は、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を用いて説明
したが、Ｓ偏光あるいはＰ偏光以外の偏光方向を持つ直
線偏光照明に対する反射光の偏光を計算することで、任
意の偏光の直線偏光照明に対して効果的にパタンからの
反射光を遮光する偏光フィルタを設計することができ
る。

また、実際のレチクル５のパタン７は、第１７図に示し
たようにβ＝０゜および９０゜のパタンだけの組み合わ
せによる場合がある。この場合、第１８図に示したよう
な空間フィルタによって、β＝０゜のパタンからの回折
光を遮光部７５により遮光するフィルタを設置すれば良
い。斜方からの照明によりβ＝９０゜のパタンからの回
折光は、対物レンズ１３に入射しないことは既に説明し
た。パタンの端部１２３からの散乱光は、無視できる強
度である。

また、このようなパタンの検査に、第３図に示した垂直
入射による装置を用いた場合の空間フィルタを第１９図
に示した。

第１８図および第１９図に示した空間フィルタ１６によ
れば、パタン７からの回折光を完全に遮光できる。従っ
て、第１７図に示したようなパタンであることがあらか
じめわかっている場合、これらの空間フィルタは有効で
ある。従って、空間フィルタ１６は、交換ができる機構
にしておき、第１７図に示したパタンであることがわか
っている場合に第１８図または第１９図に示した空間フ
ィルタ１６につけかえて用いる。

以上、３つの場合の説明をしたが、入射光の偏光方向，
入射角度，空間フィルタの形状，偏光フィルタの向き
は、上記の考え方によって設計されるべきものである。

(４)動作レチクル５が載置され、Ｈｅ−Ｎｅレーザ８およびＨｅ
−Ｃｄレーザ３１から光が照射される。

Ｈｅ−Ｎｅレーザ８からの光は、パタン７および異物６
から反射あるいは散乱し、そのうち、パタン７からの光
は空間フィルタ１６および、偏光フィルタ１７により遮
光され、異物６からの散乱光のみが、対物レンズ１３お
よびリレーレンズ１４により一次元固体撮像素子１９上
に結像される。

Ｈｅ−Ｃｄレーザ３１からの光は、対物レンズ１３，輪
帯板３３および空間フィルタ２１により構成される位相
差顕微鏡により、薄膜状異物からの透過光だけが強調さ
れ、一次元固体撮像素子２３上に結像される。

ここで、ＸＹステージ１が駆動され、一次元固体撮像素
子１９および２３からの信号が２値化回路１１４，１１
５および論理和作成回路２５を通してマイクロコンピュ
ータ２７にとりこまれる。同時にマイクロコンピュータ
２７はステージ制御系２６を制御するため、異物が検出
された際の、ＸＹステージ１の位置がマイクロコンピュ
ータ２７内のメモリに記憶される。

異物の検出に際しては、あるしきい値を決めておき、そ
の値より大きな信号が入った場合、異物と判断する。

以下、第２１図に示した試料を検出した際の信号処理
を、第２２ないし第２８図を用いて説明する。

パタン７の形成されたレチクル５上に、微小異物６およ
び薄膜状異物１１８が載っている。

このレチクル５をＸＹステージ１上に載置しＸステージ
により、方向１２４の走査をする。この場合、一次元固
体撮像素子１９内の１素子からの信号を、第２３図に示
した。微小異物６からの散乱光がピーク１２５となって
検出される。

また、一次元固体撮像素子２３内の１素子からの信号
は、第２３図に示した。薄膜状異物１１８からの信号が
ピーク１２６となって検出される。

また、通常の透過光照明による検出信号を第２２に示し
た。この信号は本実施例で、薄膜状異物照明部のランプ
をキセノンランプとし、空間フィルタ２１および色フィ
ルタ２２を除いた時に、一次元固体撮像素子２３内の７
素子により検出される信号である。

この信号は、パタン７と、基板４６を区別しているが、
微小異物６および薄膜状異物１１８を検出していない。
本発明による効果は、第２２図と第２３図および第２４
図を比較すると明確である。

第２３図および第２８図に示した信号は、２値化１１４
および１１５内で設定されたしきい値１２７および１２
８により２値化されそれぞれ第２５図および第２６図に
示した信号，ピーク１２９および１３０が得られる。論
理和作成回路２５により第２８図に示した信号が作ら
れ、マイクロコンピュータ２７にとりこまれる。

ここで、異物１１８の種類や空間フィルタ２１の形状に
よっては、異物１１８のエッジが強調され信号１３３の
ようになることがある。この場合、２値化信号は、第２
６図，ピーク１３４，１３５となり、２つの異物として
カウントされるが、異物検出の本来の目的を達成すると
いう意味からはさしつかえない。

マイクロコンピュータ２７では、ステージ制御系２６を
制御する際の信号から、この２つのピーク１２９および
１３０の位置１３１および１３２が計算される。

ここで、第２０図に示した回路構成によれば、アナログ
加算回路１１６により、第２７図に示した信号が得ら
れ、２値化回路１１７により、第２８図に示した２値化
信号が得られる。この信号がマイクロコンピュータ２７
にとりこまれ、位置１３１および１３２が計算される。

以上、実施例により、本発明を説明した。この実施例で
は、ハーフミラー１５，干渉フィルタ１８および色フィ
ルタ２２により、微小異物および薄膜状異物を別の検出
系で検出する構成とした。これにより２種の異物を区別
できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マスク上に形成された回路パターンの
エッジから生じる反射散乱光と透過回折光に対して、高
感度で、即ち強調して、マスク上に存在する塊状異物か
らの反射散乱光を第１の一次元固体撮像素子で第１の画
素信号として検出すると共にマスク上に存在するガラス
基板と屈折率が異なる金属あるいは誘電体の薄膜状異物
からの透過回折光を第２の一次元固体撮像素子で第２の
画像信号として検出することができ、その結果マスク上
に存在する塊状異物と薄膜状異物とを同時に高信頼度で
検査することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図，第２図はステ
ージの断面図，第３図は照明部のブロック図，第４図は
レチクルの側面図、第５図は一次元固体撮像素子の斜視
図，第６図はレチクルの拡大図，第７図は射出光の偏光
方向を示した射視図，第８図，第１０図および第１１図
は第７図の平面図，第９図，第１２図，第１３図，第１
５図，第１８図および第１９図は空間フィルタの平面
図，第１４図は検出部のブロック図，第１６図は偏光フ
ィルタの平面図，第１７図はパタンの平面図，第２０図
は制御部のブロック図，第２１図はレチクルの断面図，
第２２図ないし第２８図は信号を示す図である。１……ＸＹステージ，５……レチクル，８……Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ，３１……Ｈｅ−Ｃｄレーザ，１３……対物レ
ンズ，１６……空間フィルタ，１７……偏光フィルタ，
２１……空間フィルタ，１９，２３……一次元固体撮像
素子，２７……マイクロコンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇都幸雄神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭61−65107（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−65428（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路パターンが形成されたマスクを載置し
て２次元的に走査するテーブル走査手段と、該テーブル
走査手段で走査されるマスクの表面上に、垂直方向に対
して所定の角度傾斜した方向から垂直偏光レーザ光を集
光光学系により集光して静止照明する直線偏光レーザ光
の斜め集光静止照明手段と、該直線偏光レーザ光の斜め
集光静止照明手段で集光照射される照射点をほぼ通る垂
直光軸と同心状で前記直線偏光レーザ光より短い波長の
輪帯照明レーザ光を集光光学系により集光して前記マス
クの裏側から静止透過照明する輪帯照明レーザ光の集光
静止透過照明手段と、前記垂直光軸上に光軸を有するよ
うに前記マスクの表面側に配置されて前記直線偏光レー
ザ光の斜め集光静止照明手段による前記マスクの表面か
らの反射散乱光および前記輪帯照明レーザ光の集光静止
透過照明手段による前記マスクを透過して得られる透過
光を集光する対物レンズと、該対物レンズで集光された
反射散乱光と透過光とを分岐する分岐光学系と、該分岐
光学系により分岐して得られる光を互いに異なる波長に
より分離する波長分離手段と、前記分岐光学系により分
岐され、前記波長分離手段で分離される反射散乱光およ
び透過光の各々について前記対物レンズによって得られ
るマスク上のフーリエ変換像を共役面に再結像させるリ
レーレンズと、前記分岐光学系により分岐された光路に
おいて前記リレーレンズで再結像される共役なフーリエ
変換面に配置され、前記波長分離手段で分離される反射
散乱光の内前記対物レンズに入射する前記回路パターン
からの反射散乱光を遮光する第１の空間フィルタと、該
第１の空間フィルタを通して得られるマスク上に存在す
る塊状異物からの反射散乱光を受光して第１の画素信号
に変換する第１の一次元固体撮像素子と、前記分岐光学
系により分岐された光路において前記リレーレンズで再
結像される共役なフーリエ変換面に配置され、前記波長
分離手段で分離される透過光の内前記対物レンズに入射
する薄膜状異物以外の透過光を減少させる位相差板また
は第２の空間フィルタと、該位相差板または第２の空間
フィルタを通して得られる薄膜状異物からの回折光を受
光して第２の画素信号に変換する第２の一次元固体撮像
素子と、前記第１の一次元固体撮像素子から変換される
第１の画素信号と前記第２の一次元固体撮像素子から変
換される第２の画素信号によりマスク上に存在する塊状
異物と薄膜状異物とを検査する検査手段とを備えたこと
を特徴とするマスク上の異物検査装置。
【請求項２】前記波長分離手段として、前記分岐光学系
により分岐された各光路中に設置したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のマスク上の異物検査装置。
【請求項３】前記分岐光学系として波長分離ミラーで構
成して前記波長分離手段も一体化したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のマスク上の異物検査装置。
【請求項４】前記分岐光学系で分離された反射散乱光の
光路中に更に偏光フィルタを設置したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のマスク上の異物検査装置。
【請求項５】前記リレーレンズを前記対物レンズと前記
分岐光学系との間に設置したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のマスク上の異物検査装置。
【請求項６】前記直線偏光レーザ光の斜め集光静止照明
手段によって照射する傾斜角度を調整できるように構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマス
ク上の異物検査装置。
【請求項７】前記検査手段として、前記第１の画素信号
と第２の画素信号との論理和をとる論理和回路を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマスク上
の異物検査装置。
【請求項８】回路パターンが形成されたマスクを２次元
的に走査し、該走査されるマスクの表面上に、垂直方向
に対して所定の角度傾斜した方向から直線偏光レーザ光
を集光光学系により集光して静止照明すると共に該集光
照射される照射点をほぼ通る垂直光軸と同心状で前記直
線偏光レーザ光より短い波長の輪帯照明レーザ光を集光
光学系により集光して前記マスクの裏側から静止透過照
明し、前記垂直光軸上に光軸を有するように配置された
対物レンズで、前記直線偏光レーザ光の斜め集光静止照
明による前記マスクの表面からの反射散乱光および前記
輪帯照明レーザ光の集光静止透過照明による前記マスク
を透過して得られる透過光を集光し、該対物レンズで集
光された反射散乱光と透過光とを分岐光学系により分岐
して互いに異なる波長により分離し、該分離された反射
散乱光について前記対物レンズによって得られるマスク
上のフーリエ変換像のリレーレンズによる共役面に配置
された空間フィルタによって前記対物レンズに入射する
前記回路パターンからの反射散乱光を遮光してマスク上
に存在する塊状異物からの反射散乱光を第１の一次元固
体撮像素子で受光して第１の画素信号に変換すると共に
前記分離された透過光について前記対物レンズによって
得られるマスク上のフーリエ変換像のリレーレンズによ
る共役面に配置された位相差板または空間フィルタによ
って前記対物レンズに入射する薄膜状異物以外の透過光
を減少させて該薄膜状異物からの回折光を第２の一次元
固体撮像素子で受光して第２の画素信号に変換し、前記
第１の一次元固体撮像素子から変換される第１の画素信
号と前記第２の一次元固体撮像素子から変換される第２
の画素信号によりマスク上に存在する塊状異物と薄膜状
異物とを検査することを特徴とするマスク上の異物検査
方法。