JPS63268245A - 異物検査方法およびその装置 - 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あるいはプリント基板などを製造する
のに使用されるレチクルおよびマスク露光工程において
、前記レチクルおよびマスク上のパターンをウェハ上に
転写する前に行なわれる前記レチクルおよびマスク上の
異物および欠陥を検出する異物検査方法およびその装置
に係り、とくに前記レチクルおよびマスク上の異物およ
び欠陥を容易な操作にて短時間に検査するのに好適な異
物検査方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ製造のさいに使用される露光工程は、レチクルと
呼ばれる厚板上のクロムパターンを半導体ウェハに焼付
転写している。この工程では、前記レチクル上に異物お
よび欠陥が存在した場合、パターンが正確に前記半導体
ウェハに転写しないので、ＬＳＩチップ全数が不良にな
る。そのため、レチクル管理上露光前の異物および欠陥
の検査は・不可欠である。

これに加えて最近ではＬＳＩが高集積され配線パターン
が微細になるのに伴なってより小さな異物が問題になっ
てきている。また、レチクル製作時のレジスト残シ、パ
ターン形成用のクロムあるいは酸化クロムのエツチング
が残シ、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など平担状薄膜の異物が８題
になシ、その数は増加の傾・向にある。

従来、前記の異物および欠陥の検査装置は、たとえば特
開昭５９−６５４２８に記載されているように、レーザ
光を斜方から基板に照射し走査する手段と、このレーザ
光の照射点と焦点面がほぼ一致するように基板の上方に
設けられ、このレーザ光の散乱光を集光する第１のレン
ズと、第１の、レンズのフーリエ変換面に設けられ、基
板パターンからの規則的散乱光を遮光する遮光板と、遮
光板を通して得られる異物からの散乱光を逆フーリエ変
換する第２のレンズと１．第２のレンズの結像点に設け
られ、基板上のレーザ光照射点以外からの散乱光を遮光
するスリットと、スリットを通過した異物からの散乱光
を受光する受光器から構成されたものが提案されている
。

この提案は、パターンが一般的に視界内で同一方向かあ
るいは２〜３の方向の組合せで構成されていることに着
目し、この方向の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シ、異物
からの反射光だけを強調して検出するものである。

また、従来、たとえば特開昭５８−１３９２７８に記載
されているように露光装置と同様の照射、検出光学系を
用いて検出したデータと、標準レチクルのデータあるい
は設計上のデータとを比較して欠陥を検出するものが提
案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の従来技術のうち、特開昭５９−６５４２８におい
ては、異物からの反射光を遮光板によってパターンから
の反射光と分離し、かつ、スリットによシ異物からの反
射光のみを検出することおよび異物を２値化法によシ検
出するので検出機構が簡単であることなどの特徴を有す
るが、その反面、斜上方向からのレーザ光の照明のよう
に本来の露光装置と異なったいわば間接的な照明によっ
て異物を検出しているため、特定の角度のクロムパター
ンからの反射光だけを遮光するので、全てのりＵ　ｈ　
パターンから異物を区別することができない。

また、前記のように間接的な手段によって検出する場合
には、実害にならない異物（以下虚報という）も検出し
てしまうことになる。とくにパターンが微細にな）問題
になる異物の数が増加する・ことは同程度の害は出すも
のの実害までに至らない異物の数も増加することになる
ので１虚報の数が増加し、異物のチェック、分析および
除去といった作業も増加し、作業効率が著しく低下する
問題がある。

つぎに前記従来技術のうち、特開昭５８−１３９７２８
号においては、露光装置と同様の光学系を有するので、
前記の従来技術に比較して光学系の構成が簡単になる特
徴を有するが、その反面データを比較する画像信号処理
系が前記の従来技術に比較して複雑で検査に多くの時間
を要する問題がある。

本発明の目的は、前記従来技術のそれぞれの問題点を解
決し、実害になる異物のみを任意の角度テ存在するクロ
ムパターンから分離して検出可能とする異物検出方法お
よびその装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の目的は、試料を露光するに当ってその試料の表面
に付着する異物を検査する異物検査方法において、前記
試料に透過照明する手段の空間コヒーレンス度とほぼ同
一に絞り、かつ前記試料を検出器上に結像し検出信号を
処理する結像光学系のフーリエ変換面に配置された遮光
板にて前記試料からの異物による散乱光以外の回折光を
遮光することによって達成され、また試料を露光装置に
よシ露光するに当ってその試料の表面に付着する異物を
検査する異物検査装置において、前記試料を載置する手
段と、前記試料を透過照明する空間コヒーレンス度を調
整可能に形成された透過照明手段と、前記試料を検出器
上に結像し、検出信号を処理する結像光学系と、この結
像光学系の７一リエ変換面に配置され前記試料からの異
物による散乱光以外の回折光を遮断する遮光板とを設け
ることによって達成される。

〔作用〕

本発明は、結像に寄与する光束が異物および欠陥によっ
て回折、散乱してしまうために異物および欠陥による転
写不良を発生することに着目した。

一般に縮小投影レンズの入射側（物体側）の開口数（以
下Ｎ、Ａ、という）は、レチクル上のパターンを結像す
るのに必要十分な分解能を得る値に設計されている。そ
のため、前記パターンの結像に寄与する光束は、前記縮
小投影レンズの入射側の開口を通過するが、この開口の
外側を通過する光束は、パターンの結像に寄与しない。

微細な異物が存在する場合には、この異物によシ散乱回
折された光束が縮小投影レンズの入射側Ｎ、　Ａ、よシ
外側を通過し、パターンの結像の障害になる。

この点については、たとえば久保田広著「波動光学」第
３８７頁乃至第３８９頁「空間フィルタを持つ光学系の
レスポンス関数」の記載からさらに理解することができ
る。すなわち、前記の文献には、結像光学系のフーリエ
変換面に円板状の空間フィルタを載置することにより、
この円板状の空間フィルタの直径によシ決められる空間
周波数たとえばレンズの内側を半径ｄ′の円で覆った場
合・この半径ｄ′の大きさによって決定される特定の空
間周波数を有するパターンのみ解像しないと記載されて
いる。したがってこの記載は、パターンと異物との空間
周数数の違い、いいかえれば、パターンと異物との大き
さの違いを利用して異物のみ検出する技術にも適用する
ことができる。

本発明は前記の原理を利用して露光装置に使用ンズに入
射する光束のうち、縮小投影レンズの入射側Ｎ、Ａ、と
同じ領域すなわち回折光を遮光板で遮光し、これによっ
て異物からの散乱光のみ取シ込むものである。

したがって、本発明においては、異物および欠陥によシ
散乱、回折して露光装置の縮小投影レンズの入射側の開
口の外側で対物レンズの開口内を通過する光束のみを選
択して検出することができるので、実害になる異物のみ
をパターンから区別して検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例である第１図乃至第４図につい
て説明する。

第１図に示すように本発明による異物検査装置は、°試
料台部１と、透過照明部２と、落射照明部いる。

前記試料台部」は、ペリクル７を有するレチクル６を固
定手段８により固定し２方向に走査する２ステージ９と
、この２ステージ９を介して前記レチクル６をＸ方向に
走査するＸステージ１０と、このＸステージ１０および
２ステージ９を介してしチクル６をＹ方向に走査するＹ
ステージ１１と、前記各ステージ９．１０，１１を駆動
させるステージ駆動系１２と、前記レチクル６の２方向
位置を検出する焦点位置検出系１３と、この焦点位置検
出系１３からの指令によシ前記ステージ駆動系１２を駆
動させる処理系１４とを有し、前記レチクル６を検査中
宮に必要最小限の精度で焦点合せ可能に構成されている
。

前記Ｘステージ１０は、約０．１秒の等加速時間と、０
、１秒の等速運動と、０．１秒の等減速時間を％周期で
最高速度約１ｍｍ／秒、振幅２００ｍｍの周期運動をす
るように形成されている。

前記Ｙステージ１１は、前記Ｘステージ１０の等加速時
間と等減速時間に同期して０．１５＋＋＋ｍづつステッ
プ状に前記レチクル６をＹ方向に移送するように形成さ
れ、１回の検査時間中に６７０回移送すると約１３０秒
で１００ｍｍ移送することが可能であるから、１００ｍ
ｍ四方の領域を約１３０秒で走査することができる。

なお、本実施例ではＸ、Ｙステージ１０．１１を実施し
ているが、これに限定されるものでなく、たとえば回転
方向とＸ方向とを走査するＸθステージを用いることも
可能であシ、かつ走査速度も前記は一例を示したもので
あって必要に応じて任意に設定すればよいことは云うま
でもないところである。

また、前記焦点位置検出系１３はエアーマイクロメータ
を用いるものでも、レーザ干渉法で位置を検出するもの
でも、あるいは縞パターンを投影し、そのコントラスト
を検出するものでもよい。

前記透過照明部名は水銀ランプ２１よシ射出した光束か
ら色分解フィルタ乙によシ露光装置（図示せず）で使用
されるｇ線（波長４３６　ｔｎｒｒｔ　）あるいはｉ線
（波長３６５２１１ｍ）を選択し、集光レンズ乙によシ
拡散板冴上に集光したとき、この拡散板Ｕによシ拡散さ
れた光を円形の絞シ５によシ限定された部分よシ射出し
、コリメータレンズあに入って前記レチクル６に照射す
るように形成されている。

なお前記絞シ５は前記コリメータレンズ部の略焦点位置
に設置され、前記コリメータレンズ％および前記検出部
迭の対物レンズ４１上方の鎖線にて示す焦点位置４６に
結像されるように形成されている。

また、本発明の前記目的を達成するためには、照明光の
波長を露光装置に使用される照明光の波長と同一にする
のみでなく、前記レチクルｂ上の１点１５に入射する光
束の角度θを同一にする必要がある。ここではｓｉｎθ
を「空間コヒーレンス度」と足輪する。

さらに前記露光装置の照明では、前記レチクル１上の全
範囲を均一に照明する必要があるため、前記拡散板列の
代シにロッド状のレンズを集合した積分器（以下インデ
クレータという）と呼ばれる光学素子を用いている。こ
のインデクレータの機能は基本的には前記拡散板列と同
一であシ、本発明が適用する検査範囲は前記レチクル６
の数百ミクロンから１．２　ｍＷまでであるので、前記
拡散板列で十分である。

また前記レチクル６上に入射する光束の入射角θは前記
インデクレータの大きさすなわち拡散板列の後方に設置
した前記絞シ５の径によって決定されるので、前記レチ
クル１を使用する露光装置に使用される照明と同一の空
間コヒーレンス度になるように前記絞シ５の開口を設定
している。

さらに露光装置では、前記インデクレータの位置を必ず
しも前記コリメータレンズがの焦点位置に設置していな
いので、前記絞シ１４の位置を必ずしもコリメータレン
ズあの焦点位置に設置する必要はない。

しかしながら、前記レチクル６上の光の照射範囲内任意
の位置で光束の入射角度θを一定にするためには、前記
絞シ５が前記コリメータレンズ部の焦点位置に設置する
方が望ましい。これは測定範囲内の光束の照明条件を同
一にして異物の検出条件を同一にすることができる効果
がある。

前記落射照明部ｊは、水銀ランプ３１から射出し色分解
フィルタ３２と、集光レンズ３３と拡散板あと絞＃）３
５とを通過した光をリレーレンズ３６を通過し、前記検
出部４のハーフミラ−４２と対物レンズ４１とを介して
前記レチクル６に照射するように形成されている。

なお、前記対物レンズ４１は前記透過照明部ｌのコリメ
ータレンズがと同一機能を有している。

また前記リレーレンズ圀は、前記対物レンズ４１の上方
の焦点位置４６にみかけ上の絞シを作成するために設置
されている。具体的には、前記絞シアの実像を前記焦点
位置４６に結像している。

さらに前記落射照明部３においても、前記透過照明部２
と同様に照射光の波長と前記レチクル６上の任意の１点
１５に入射する光束の角度θ、を露光装置に使用される
照明光のそれと同一になるように前記絞シアの開口を決
定している。

また前記落射照明部ｙは前記レチクル６上のクロムパタ
ーン上の異物を検出するために設置されているので、前
記クロムパターン上の異物を検出する必要がない場合に
は不要である。

さらに前記落射照明部ｌを前記透過照明部名と同時に使
用する場合には、パターンのエツジからの信号が大きく
なるという問題を有するので、これが問題になるときに
は別々に使用する必要がある。

前記照射光の波長は必ずしもｇｌｍおよびｉ線にする必
要はなく、ｇＩｓおよびｉＩｓを含んだ他の広帯域の光
であってもよい。その理由は、異物とパターンとでは、
全ての波長の光で回折状況が異なるため、広帯域の光で
あっても異物をパターンと区別して検出できるからであ
る。

前記検出部４は対物レンズ４１と、ハーフミラ−４２と
フィールドレンズ４３と遮光板材と結像４５とを有し、
前記レチクル６上の検査点１５を前記対物レンズ４１お
よび結像レンズ４５によ）検査器５１に結像するように
形成されている。また前記検出部４には、前記対物レン
ズ４１の結像位置付近に視域レンズ（以下フィールドレ
ンズという）４３を有する。

このフィールドレンズ４３は前記対物レンズ４１の上側
の焦点位置４６を前記円形状の遮光板材上に結像する。

すなわち、前記透過照明部２の絞シδは前記コリメータ
レンズあおよび対物レンズ４１を通過し、前記レチクル
６上で反射して再び前記対物レンズ４１を通シ前記フィ
ールドレンズ４６を通って前記遮光板封上に結像する。

このとき、前記遮光板材の位置は、光源の位置すなわち
絞シ部の位置について前記レチクル６の位置の７−リエ
変換の位置になっている。

ここで、一般に露光装置の縮小投影レンズの前記レチク
ル６側のＮ、Ａ、は露光装置の照明系の空間コヒーレン
ス度よりも（前記透過照明部２のもつ空間コヒーレンス
度と同等）よりも１割乃至４割程度で大きく設定され、
その多くは約１割程度である。

また前記対物レンズ４１は前記縮小投影レンズの入射側
開口の外側を通る光束を開口内に通過させる必要がある
ため、そのＮ、Ａ、を前記縮小投影レンズのＮ、　Ａ、
よりも大きくシ、前記縮小投影レンズのＮ、Ａ、内に入
射する光束を断光するため、前記遮光板材を設けている
。

したがって、本発明の目的を達成するためには、前記遮
光板材の直径ｄｉはつぎの式（１）によシ算式するのが
望ましい。すなわち、 Ｎ、Ａ。

ｄｍ＝ｄ８−α　５１１１θＢ　”　（１＋６）　・−
・−（１）が望ましい。ここでｄｓは絞りδの直径、α
は絞シ５と遮光板材の結像系の倍率、Ｎ、　Ａ、は縮小
投影レンズのレチクル６側の値ｓｉｎθ８は露光装置の
空間コヒーレンス度である。

この場合θ＝θＳとすると異物の検出条件を同一にする
ことができることは既に述べたとおシである。またδは
余裕分で数％でよいことは実験によシ確認している。

なお、前記レチクル６上のすべての検査領域を同時に検
査した場合には、前記対物レンズ４１の形状が大形化し
、実際上製作困難になる。そこで本発明は、前記レチク
ル６上の検査領域を限定し、レチクル６を前記試料台部
１によ多走査して全ての検査領域を検査可能にしている
ので、通常使用されている縮小投影レンズよりもＮ、Ａ
、の大きい対物レンズ４１を使用することができる。

また、前記遮光板材は、実害になる異物に限らず異物を
検出するためには、必ずしも露光装置に使用される縮小
投影レンズの入射側のＮ、Ａ、に合せる必要はなく、前
記透過照明部ｇおよび落射照明部Ａの空間コヒーレンス
度に合せれば良い。すなの照ＦｉＡ半の２次回折光を遮
光すれば良く、またこの大きなよりも大きくても良い。

具体的には前記式（１）における」°＝１とおき、δを
数％よシ大き５Ｌｌｌθ な任意の値にすれば良い。

さらに、前ｍｌ照明光の空間コヒーレンス度は必ずしも
露光装置のコヒーレンス度社合せる必要がなく、前記遮
光板材によ、６ｏ次回折光を遮光できるようにすなわち
、前記−Ａ　（１）を満足する範囲内で前゛記絞シ５、
友と前記遮光板４４の大きざを決４定すればよい。　　
　　　　　　　　−゛ また前記落射照明部１を′設置しない場合にば、前記ハ
ーフミラ４２、フィー　ル′ドレンズ４３および結像レ
ンズ４５も省略し、“遮光板材を焦点位置４６にかつ検
出器５１をフイニルドレンズ４３が設置されていた位置
にそれぞに設置しても本発明め効果を得ることが可能で
ある。′この場合、きわめ“て商単な構成゛の光学系を
得るどとがｔ′き′る。

前記信−舎処理部５は検出器５１と、２値化処理回路５
２と、マイクロフンピユータ＆とＣＲＴ５４とを有して
いる。、 前記検出８５１はたとえば電荷移動形の一次元固体撮像
素子など叫で形成され、Ｘステージ１０を走査しながや
該検出器５１にて信号を検出する。すなわち、もし、レ
チクル６上に異物が存在している場合には、レベルおよ
び光強度が大きくなるので、該検出器５１の出力は大き
くなるように形成されている。

なお１．前記検出器５１は、前記のように一次元固体撮
像素子に限定されるものでなく、２次元のものあるいは
単素子、のものでも使用可能である。

前記２値化処理回路５２は２値化のしきい値をあらかじ
め設定して異物の有無を判定するように形成されている
。、 前記マイクロコンピュータ５３はあら力でじめ評価関数
すな・わち、異物によシ転写不良という実害になるか否
かは、この異物による散乱光の強庶と異物の大きさとの
関弊であるので、実害になる異物の関数をあらかじめ評
価し、この評価関数に、よシ界害となる蝉竺の４套の有
無を判定し、その結果を７前記ＣＢ’ｌ’５４に出力す
るように形成されてし）る。

１本発明による暴物検李装置嚇前記のように構成されて
いるから、つぎに仲査方法について第２図乃至第９４図
によ）説明する。、６ 第２図に示すように、ガラ不基板１６上にバタ、−ン１
７と、２個の春物１８ａ、１８ｂと欠陥１９とが存在す
る場合について述べると、一方の小さい異物１８ａは微
小であるため、パターン１７のエツジ１７＆に比較して
光をよシ散乱あるいは回折する。す、なわち遮光板４４
によシ遮光さ、れる範囲θよシ外側に散乱する光束５６
がパターン１７のエッジ１７＆光束団よりも多くなる。

　　　　　　　　。

また他方の大きい異物１８　ｂあやいはパターン１７の
欠陥１９もその周囲の空間周波数が高いため１、遮光板
材によシ遮光される範囲θよシ外側に散乱する光束、５
７．．５８がメタ５−ン１７．　ａのエツジ１７’　ａ
の・光束５５よりも多くなる。　　　　　　　　　　　
　　、した力５って、検出器５１の出力は第３図に示す
・よ・うに前記各光束５５　、５５　’＋　５７．、．
５８による出力ピーク５９．６０．６１　、６２を発生
する。

ｉ方、１２値化処理化回路５２で第３図に示すようにし
きい値田を設定すると、このしきい値田以上の出力とし
て前記３個の出力ビークロ０　、６１　、６２が突出す
るので、これによシ２個の異物１８ａ、１８ｂおよびパ
ターイ１７の欠陥１９のみを検出することができる。

このときのＸ１Ｙステージ１０，１１の座標と、前記出
力ビークロ０　、６１のレベルを前記マイクロコンピュ
ータ犯が管理するメモリに記憶するとともに、この記憶
内容を処理して前記ＣＲＴ５４に出力する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、露光装置の照明と光学的に等価な照明
を使用し、異物および欠陥によシ散乱、回折し、露光装
置の縮小投影レンズに入射しなくなった光を選択的に検
出できるので、実害になる異物だけをバタ、−ンから区
別して検出することかで・きる。

またレチクル上の検査領域を限定し、レチクルを走査し
て全ての検査領域を、検査可能にしたので、通常使用さ
れている縮小投影レンズよりもＮ、Ａ、の大きい対物レ
ンズを使用することができる。

さらに照明系の構成を簡単にすることができるとともに
２値化処理回路を用いているので検出系の構成を簡単に
することができ乙。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である異物検査装置のプルツ
ク図、第２図は試料上の異物およびパターンの欠陥の散
乱、回折状態を示す説明図、第３図は第２図に示す試料
上の異物およびパターンの欠陥による検出器からの出力
曲線図、第４図は第３図に示す出力信号を２値化した図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料を露光するに当つて前記試料の表面に付着する
   異物を検査する異物検査方法において、前記試料を透過
   照明する手段の空間コヒーレンス度を前記露光時に使用
   される透過照明手段の空間コヒーレンス度とほぼ同一に
   絞り、かつ前記試料を検出器上に結像し検出信号を処理
   する検出手段のフーリエ変換面に配置された遮光板にて
   前記露光時に使用される縮小投影レンズの開口内を通過
   する光速を遮光することを特徴とする異物検査方法。 ２、前記検出手段は、検出信号を２値化処理することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の異物検査方法。 ３、前記検出手段は、前記縮小投影レンズの開口度より
   も大きい開口度を有する対物レンズを有し、前記異物に
   よる散乱光のうち、前記縮小投影レンズの開口に入らな
   い光束を通過させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項記載の異物検査方法。 ４、試料を露光するに当つて前記試料の表面に付着する
   異物を検査する異物検査装置において、前記試料を走査
   可能に載置する手段と、前記試料を透過照明する空間コ
   ヒーレンス度を調整可能に形成された透過照明手段と、
   前記試料を検出器上に結像し、検出信号を処理する検出
   手段と、この検出手段のフーリエ変換面に配置され、前
   記露光時に使用される縮小投影レンズの開口内を通る光
   束を遮光する遮光板とを設けたことを特徴とする異物検
   査装置。 ５、前記検出手段は、前記検出器からの検出信号を２値
   化処理するように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の異物検査装置。 ６、前記検出手段は、前記縮小投影レンズの開口度より
   も大きい開口度を有し、前記異物による散乱光のうち、
   前記縮小投影レンズの開口に入らない光束を開口内に通
   過させる対物レンズを設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の異物検査装置。