JPH0792439B2 - 異物検査装置 - Google Patents

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エハにパ
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エハなど、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
を検査するた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Ｙ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Ｙ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ー部が
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偏光成分はカット
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、
光学配置を検討したところ、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、パターンエッジの任意
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
おけるハッチング部分）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17が前記投影像
14A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ぶ線18と検査対象表面11と
のなす角）と、受光水平角β（前記線18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
けるハッチング部分）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
も誤検出しないように、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、 （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、 （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ための図で、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１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、 と表される。

そして、Ｗ＜ｌ×sis（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、 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はパターンエッジ部、25は入射光４がパタ
ーンエッジ部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φ（０°≦φ10
°）、パターンエッジ部24の任意点における法線とXY平
面26とのなす角をγ（０°≦γ≦90°）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γにおけるU,Wを求め、これをプロットすれば
よい。

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Ｌ、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 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＋W/2またはLd＜Ｌ−W/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付レティクル
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Ｉ〜IV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Ｖ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
30°）、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B,C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0.5
μｍの異物からの反射散乱光強度（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12mVと小さく、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15°、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5
0mV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おおきくなり、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の設置状
態を示し、この場合、入射光４の入射角は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、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図はその時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図はペリク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図はペリクル枠の影響を説明するための図である。 ２……パターン、３……検査対象基板（レティクル）、
４……入射光、15……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、Ｔ……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. 【請求項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、 （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. 【請求項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、 （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。