JP2008268011A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターンからの回折光に基く誤検出を低減し、高精度な異物検査を実現できる異物検査装置を提供すること。
【解決手段】 被検査面（１ａ）に照射光を斜入射させる照射手段（４）と、前記被検査面に対して前記照射手段と同じ側に配置された、前記被検査面上の異物で生じる散乱光を検出する第１，第２の検出手段（８，９）と、を備え、前記第１，第２の検出手段は、前記照射手段の照射光の入射面に関して互いに逆側に配置されていることを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異物検査装置に関する。

一般に、半導体デバイスや液晶デバイス等のデバイスの製造工程においては、露光装置により、レチクルに形成されている回路パターンを、レジストが塗布されたウエハに転写している。

この転写の際、レチクル上に異物が存在すると、異物もウエハ上に転写されてしまい、デバイス製造の歩留を低下させる。

特に、ステップアンドリピートによりウエハ上の多数のショット領域に回路パターンを繰り返し焼き付ける場合、レチクル上に異物が存在すると、この異物がその多数のショット領域の全てに転写されてしまってデバイス製造の歩留を大きく低下させる。

その為、デバイスの製造工程においては、レチクル上の異物の存在を検出することが不可欠となっており、一般には異物が等方的に光を散乱する性質を利用する異物検査方法が用いられている（特許文献１，特許文献２）。

例えば、特許文献１では、平行光束をレチクルの被検面上に斜入射させ、レンズアレイで異物からの散乱光を一次元イメージセンサ上に導いて異物を結像することによってレチクルの被検面の検査を行なう異物検査方法が提案されている。

図９（Ａ）は、異物検査装置の光学系の基本構成を示す図である。説明の簡略化のために、レチクルのブランク面の異物検査を行なうための光学系のみを記載する。しかし、異物検査装置は、レチクルの回路パターン面を異物から保護するペリクル膜の異物検査を行なうための光学系も実際は備えている。なお、ペリクル膜はペリクル枠２を介してレチクル１に取り付けられている。

レチクル１を照射する照射ユニット４は、半導体レーザー４１、コリメータレンズ４２、λ／２板４３を有する。半導体レーザー４１から発した広がりを持った光は、コリメータレンズ４２により平行光束となる。そして平行光束を、λ／２板４３を用いて、照射光学系の光軸と検出光学系の光軸とを含む面に平行な偏光方向を持つ偏光光にしている。

照射ユニット４は、平行光束を被検面であるブランク面１ａに対し平行に近い角度θで斜入射させている。これにより、ブランク面１ａ上に直線状の照明領域５が形成される。

照明領域５内に異物３が存在する場合、異物３から散乱光が発生する。この散乱光は、照明領域５の長手方向に沿ってレンズを並べた散乱光受光用の結像レンズ７１により、ラインセンサー７２上に集光される。結像レンズ７１は照明領域５をラインセンサー７２上に結像するよう構成してある。結像レンズ７１は、屈折率分布型のレンズアレイで構成される。

図９（Ｂ）に示すように、照射ユニット４と検出ユニット７とを含む光学系全体ユニット１０を照明領域５の長手方向に対して垂直でブランク面１ａに沿う方向、即ちＸ方向に直線的に走査することによってブランク面１ａ全体の異物検査を行っている。
特開平７−４３３１２号公報 特開平７−５１１５号公報

ところが上記の異物検査装置では、ブランク面１ａの表面から照明光が屈折によりレチクル内部に侵入し、回路パターンからの回折光が検出ユニットに入り、誤って異物からの散乱光として検出してしまうことがあった。

図１０は、誤検出してしまう光路をレチクル上方とレチクル側面１ｃの測面側（Ｘ方向）から見た図である。照射ユニット４により、直線状の照明領域５がブランク面上に形成される。ブランク面への入射角は大きいので、光の多く（光量の９０％以上）は反射するが、一部の光は屈折によりレチクル内部に入り込んでいる。ブランク面上の位置Ｐで光が屈折し、Ｘ方向にパターンが並んだライン＆スペース状の回路パターン１０２を照射すると、そこからパターン回折光１０３Ｌ、１０３Ｒが発せられる。

ライン＆スペース状パターンに光が斜めに照射された場合、そのパターンで正反射する光を基準として回折光はパターンの並ぶ方向に飛ぶ。位置Ｐでレチクル内部に侵入する際に、レチクルとほぼ平行に近い角度で入射し屈折した光がパターンを照射する光となっているので、さらにパターン回折が起きると、その回折光はブランク面に到達しても全反射する。

同様に、ブランク面で全反射した光はパターン面に到達するが、その領域にパターンがなければその部分でも全反射する。また回路パターン１０２の稠密度によっては、レチクル奥側の側面１ｂ、レチクル側面１ｃでも全反射を引き起こす場合がある。

このように、パターン回折光１０３Ｌは、回路パターンを再び照明し回折現象を発生しない限り、パターン面（遮光膜部、ガラス部、半透明膜部を問わない）、ブランク面、及びレチクル側面の全てで全反射する場合があり、すると回折光の光量低下は発生しない。

再び図１０において、パターン回折光１０３Ｌは全反射を繰り返すと、照明領域５の下方（Ｚ方向）に戻る場合がある。この位置にＹ方向に並んだライン＆スペース状パターン１０４があると、再度回折光１０５が発生し、検出ユニット７がそれを検出してしまう場合がある。図１１でその現象を説明する。

図１１は、図９（Ａ）を照射ユニット側から見た図である。全反射を繰り返しているパターン回折光１０３Ｌの中で、レチクル側面１ｃからパターン１０４へ至る光路を点線で示してある。パターン回折光１０５は、パターン１０４がＹ方向に並んだライン＆スペース状パターンのため、正反射光を基準としてＸ軸回りの傾きを変化させたものとなっている。そのため図１１では、パターン回折光１０５は、正反射光と重なって見えているが、図１０を見ると、ブランク面に対する入射角が臨界角より小さくなる場合があり、空中に光が出てくることが理解される。さらに回路パターン１０４の稠密度によっては、結像レンズ７１の光軸に近い角度になり、ラインセンサー７２が光を検出し、異物からの散乱光として誤検出してしまうことがある。

一方パターン回折光１０３Ｒは、同じように全反射を繰り返すが、レチクル側面１ｂで回路パターン領域１０１に入ると、回折光が発生するため徐々に消失する。その回折光は検出ユニット７に入光することはないので、誤検出は発生しない。

本発明の例示的な目的は、パターンからの回折光に基く誤検出を低減し、高精度な異物検査を実現できる異物検査装置を提供することである。

本発明の一側面としての異物検査装置は、被検査面に照射光を斜入射させる照射手段と、前記被検査面に対して前記照射手段と同じ側に配置された、前記被検査面上の異物で生じる散乱光を検出する第１，第２の検出手段と、を備え、前記第１，第２の検出手段は、前記照射手段の照射光の入射面に関して互いに逆側に配置されていることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。

パターンからの回折光に基く誤検出を低減し、高精度な異物検査を実現できる異物検査装置を提供することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１（Ａ）、（Ｂ）に、第１の実施形態の異物検査装置を示す。

図１（Ａ）は、実施形態１の異物検査装置の基本構成を示す図である。説明の簡略化のために、ここでは、レチクルのブランク面の異物検査を行なうための光学系のみを記載する。しかし、異物検査装置は、レチクルのペリクル膜の異物検査を行なうための光学系も実際は備えている。ペリクル膜はペリクル枠２を介してレチクル１に取り付けられる。

照射手段としての照射ユニット４は図９（Ａ）と同様に、光源としての半導体レーザー４１、コリメータレンズ４２、波長板としてのλ／２板４３を有する。但し、λ／２板４３は照射手段の光軸周りに回転可能に構成されており、不図示の駆動機構により回転される。詳細な役割は後ほど説明する。照射ユニット４は、レチクル１を直線偏光光である照射光４５で照射する。

第１の検出ユニット８の構成は、図９（Ａ）の検出ユニット７と同様である。しかし、本実施形態では、照射ユニット４からの照射光４５の入射面（照射光４５の波面法線と入射点における被検査面の法線とを含む平面）に関して第１の検出ユニット８と反対側に、第２の検出ユニット９が配置されている。この第２の検出ユニット９の構成も、図９（Ａ）の検出ユニット７と同様である。

図１（Ｂ）に示すように、光学系全体ユニット１０を、照明領域５の長手方向に対して垂直でブランク面１ａに沿う方向、即ちＸ方向に直線的にレチクル１と相対的に走査することによってブランク面１ａ全体の異物検査を行っている。なお、光学系全体ユニット１０は、照射ユニット４、第１の検出ユニット８、第２の検出ユニット９を含み、それらが一体になるように構成されている。

また、図２は、検出ユニット全体の基本構成とレーザービームの偏光方向（偏光軸方向）の設定方向を示し、レチクルへのビーム入射方向即ちＹ方向から見た図である。受光用の結像レンズ８１及び８１’の光軸は、被検査面（ブランク面またはペリクル面）の法線に対してφ_１だけ傾いている。一方、受光用の結像レンズ９１及び９１’の光軸は、被検査面（ブランク面またはペリクル面）の法線に対してφ_２だけ傾いている。

検出ユニット８及び８’で受光する場合は、図２中の斜線方向ように照射光の偏光方向を検出ユニット８及び８’の光軸に平行とする。検出ユニット９及び９’で受光する場合は、図示しないが検出ユニット９及び９’の光軸に平行となるよう、λ／２板４３を回転駆動させる。このように偏光方向を使用する検出ユニットに応じて変更することで、粒子サイズが大きければ散乱光強度も大きくなるようにすることが可能となる。

さらに図３でブランク面とペリクル面に関してそれぞれ二つの検出ユニットを設ける理由について述べる。図３は図２と同様にレチクルへのビーム入射方向即ちＹ方向から見た図であるが、図１２で説明したようなパターン回折光１０５は、検出ユニット８では検出されるが検出ユニット９で検出される可能性は低い。

一方ペリクル面の検出に関しては、逆に検出ユニット９’がパターン回折光１０６を検出する可能性はあるが、検出ユニット８’では検出される可能性は低い。即ち、照明領域５の位置が、レチクル側面１ｃないしは１ｄを斜視する検出ユニットに対して、パターン回折光の影響で誤検出を引き起こす可能性が高くなっている。

本実施形態では、ブランク面とペリクル面に関してそれぞれ二つの検出ユニットを設けているので、二つの検出ユニットのうち少なくとも一方はパターンからの回折光に基く誤検出をする可能性が低い。そのため、本実施形態の異物検査装置は、高精度な異物検査を実現できる。

検出ユニット８と９（または８’と９’）に関して、異物からの散乱光強度を同じにするためには、受光角度をφ_１＝φ_２とする必要があるが、必ずしもそうでなくても良い。

図４に、粒子サイズと散乱光強度出力の関係を、受光角度の条件を変えて見た時のデータを示す。どの受光角度条件でも粒子サイズ１５μｍの時の散乱光強度を１としている。受光角度２０°、３０°、４０°、５０°のどれでも、粒子サイズが大きくなれば散乱光強度も大きくなるため、粒子サイズを特定することができる。

次に図５に、光学系全体ユニット１０を往復駆動して二つの検出ユニットで検査する場合のフローチャートを示す。まず第１の検出ユニット（受光系Ａ）８を＋Ｘ方向（第１方向）にスキャンすることにより検査する。異物の検出がなければ検査は終了するが、異物を検出した場合は第２の検出ユニット９（受光系Ｂ）を＋Ｘ方向とは逆方向である−Ｘ方向（第２方向）にスキャンすることにより再検査を実施する。その際λ／２板４３は、スキャン方向切換時に前述したように回転駆動させる。検出ユニット８と検出ユニット９の検査結果は、例えば被検査面上の１ｍｍ四方の各座標における検出粒径サイズとしてあらかじめ求め、検査装置内のメモリーに記憶しておく。そして最終的な検査結果としては、各座標毎に二つの検査結果を比較して、それらのうち小さい方の検出粒径サイズとする。パターン起因による誤検出の場合は、片方の検出ユニットしか検出されないので消失し、異物の場合は二つの検出ユニット共に同じレベルの検出粒径サイズなので正しく異物を検出できる。このような方法で検査すれば、パターン回折光に起因した誤検出を防ぎ、正しく異物を検出することができる。

［第２の実施形態］
図６（Ａ）、（Ｂ）に、本発明の第２の実施形態の異物検査装置を示す。

本実施形態は、第１の実施形態とは、光学系全体ユニット１０がレチクル１に対して、ＸＹ平面内で角度α傾いていることが異なる。レチクル全面検査のためのスキャン方向は、レチクル１の側面と平行または垂直となっている。

図７は、照明領域５がレチクルのＸ方向で中心にかかる場合を、レチクル上方から見た図である。光学系の位置を基準とすると、実施形態２におけるレチクル１００は、実施形態１のレチクル１に対して、角度αだけＣＣＷ方向に回っている。

レチクル１００の内部に書かれている矢印の付いた線は、回路パターン１０２で発生した回折光１０３Ｌと１０３Ｒの、レチクル内の光路を示す。

点線で示す光路は実施形態１のものである。回折光１０３Ｌと１０３Ｒはレチクル１の内部で多重反射を繰り返すが、左右対称な光路のため照明領域５の下方（Ｚ方向）で同じＹ方向の位置に戻る。すると検出ユニット８と９の両方で、同じ座標位置でパターン回折光を検出してしまうため、誤検出する可能性がある。

一方実線で示す光路は実施形態２のもので、回折光１０３Ｌと１０３Ｒは、レチクル１００の内部で多重反射を繰り返し、照明領域５の下方（Ｚ方向）に戻るが、左右非対称な光路のためＹ方向の位置はずれる。よってその位置に回折光を発生させる回路パターン１０４があったとしても二つの第１，第２の検出ユニット８，９での受光位置はずれるので、小出力側の検査結果を採用することで誤検出を防ぐことができる。

ただし実施形態２の場合には、光学系スキャンのストロークが大きくなり、検査時間が余計にかかるという欠点がある。図８を用いて説明する。

図８は、レチクル上方から回路パターン領域１０１を見た図である。回路パターン領域は、Ｘ方向の長さはＷ、Ｙ方向の長さはＨであり、これが検査領域に相当する。照射ユニット４による照明領域５がＹ方向にある場合、従来の異物検査装置の場合の光学系スキャンのストロークはＷである。一方実施形態２の場合の照明領域５は回路パターン領域１０１に対して角度α傾いているため、光学系スキャンによる走査ストロークは、Ｗ＋Ｈ×ｔａｎαであり、回路パターン領域Ｗより大きなものとなるため検査に余計な時間がかかることになる。

本実施例によれば、検査時間は余計にかかるものの、第１，第２の検出ユニット８，９の両方でパターン回折光を誤検出することを低減できるので、実施形態１よりも高精度に異物検査をすることが可能となる。

以上の実施形態によれば、異物検査装置においてパターンから発生する回折光により誤検出することなく、高精度に異物検査をすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、以上の実施形態では、レチクルの表面（ブランク面，ペリクル膜）上の異物を検査する異物検査装置について説明したが、レチクル以外のパターンを有する透明基板の表面上の異物を検査する異物検査装置に本発明を適用することも可能である。

実施形態１の異物検査装置を示す概略図である。 実施形態１の異物検査装置を示す断面図である。 実施形態１の異物検査装置を示す断面図である。 受光角度による粒子サイズと散乱光センサ出力の関係を示すグラフである。 実施形態１の異物検査方法のフローチャートである。 実施形態２の異物検査装置を示す概略図である。 レチクル内部におけるパターン回折光の光路を示した図である。 実施形態２の異物検査装置の走査ストロークを説明するための概略図である。 従来の異物検査装置の概略図である。 従来の異物検査装置の課題を説明するための概略図である。 従来の異物検査装置の課題を説明するための断面図である。

符号の説明

１ レチクル
１ｂ、１ｃ、１ｄ レチクル側面
２ ペリクル枠
３ 異物
５ 照明領域
１０ 光学系全体ユニット
２０ 偏光方向
４１ 半導体レーザー
４２ コリメータレンズ
４３ λ／２板
７１、８１、９１ 結像レンズ
７２、８２、９２ ラインセンサー
１０１ 回路パターン領域
１０２、１０４ 回路パターン
１０３Ｌ、１０３Ｒ、１０５、１０６ パターン回折光

Claims (8)

1. 被検査面に照射光を斜入射させる照射手段と、
   前記被検査面に対して前記照射手段と同じ側に配置された、前記被検査面上の異物で生じる散乱光を検出する第１，第２の検出手段と、を備え、
   前記第１，第２の検出手段は、前記照射手段の照射光の入射面に関して互いに反対側に配置されていることを特徴とする異物検査装置。
2. 前記照射手段は、前記照射光として直線偏光光を前記被検査面に入射させ、
   前記照射手段は、前記被検査面に入射させる直線偏光光の偏光方向を変更する変更手段を有することを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
3. 前記第１の検出手段と前記第２の検出手段とは、切り換えて使用されることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
4. 前記第１の検出手段と前記第２の検出手段とは、切り換えて使用され、
   前記変更手段は、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段との切り換えに応じて、前記被検査面に入射させる直線偏光光の偏光方向を変更することを特徴とする請求項２記載の異物検査装置。
5. 前記照射手段、前記第１の検出手段、および前記第２の検出手段を一体として前記被検面に対して相対的に往復駆動することで、その被検査面を前記照射光で第１方向とその第１方向と逆方向である第２方向とにスキャンし、
   前記第１方向へのスキャンの際には、前記第１の検出手段で前記散乱光を検出し、
   前記第２方向へのスキャンの際には、前記第２の検出手段で前記散乱光を検出し、
   前記第１方向へのスキャンの際と前記第２方向へのスキャンの際とで、前記被検査面に入射させる直線偏光光の偏光方向を変更することを特徴とする請求項４記載の異物検査装置。
6. 前記被検査面は、パターンを持つレチクルの表面であり、
   前記照射手段は、前記被検査面上に直線状の照明領域を形成し、その直線状の照明領域は前記レチクルの側面に対して傾いていることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
7. 前記第１，第２の検出手段の検査結果を比較することで、最終的な検査結果を得ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の異物検査装置。
8. 前記被検査面の座標毎に前記第１，第２の検出手段の検査結果を比較し、検出された粒子サイズのうち小さい方を最終的な検査結果として採用することを特徴とする請求項７記載の異物検査装置。

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