JP2010032265A - 異物検査装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の受光器を備えた異物検査装置において、異物のみを正確にかつ漏れなく検査可能とする。
【解決手段】
本発明の異物検査装置は、被検物の表面に投光された光の表面における散乱光を受光する第１及び第２の受光器が出力する信号の強度分布に基づいて異物の有無を判定する制御器を備える。前記制御器は、第１の受光器の仮の第１走査開始位置に対する第２の受光器の仮の第２走査開始位置の位置関係を変更しながら異物検査を複数回行わせ、複数回の異物検査のそれぞれについて、第１の受光器が出力する信号の強度分布と第２の受光器が出力する信号の強度分布との重なり度合いを算出し、重なり度合いが最大である仮の第１走査開始位置と仮の第２走査開始位置との位置関係に基づいて、被検物の表面を検査するための第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置を決定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、異物検査装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

一般にＩＣやＬＳＩの製造工程においては、レチクルやフォトマスク等に形成されている回路パターンを、露光装置（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上に転写している。

この転写の際、レチクル等の上にパターン欠陥やゴミ等の異物が存在すると、異物も同時にウエハ上に転写されてしまい、ＩＣやＬＳＩ製造の歩留を低下させる。特にレチクルを使用し、ステップアンドリピート法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、レチクル上に有害な一個の異物が存在していると、この異物がウエハ全面に焼き付けられる。その結果、ＩＣやＬＳＩの歩留が大きく低下する。

そのため、ＩＣやＬＳＩの製造工程において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装置が用いられている。

例えば、平行光束を斜上方より被検物の表面上に投光し、屈折率分布型のマイクロレンズアレイにて異物からの散乱光を一次元イメージセンサ（センサアレイ）上に受光させて異物を結像することで被検物表面の検査を行う。（特許文献１、特許文献２参照）
図１０は、特許文献１、２に開示されている異物検査装置の光学系の基本構成を示す。説明の簡略化のために、レチクルのブランク面を異物検査するための光学系のみを記載する。しかし、実際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を異物検査するための光学系も備えている。図中の２は、ペリクル膜を取り付けているペリクル枠である。

半導体レーザ４１から発した広がり角を持ったレーザビームは、コリメータレンズ４２により平行光束となる。そしてλ／２板４３により、投光光の偏光軸が投光光の光軸と受光器７による受光光の光軸とを含む面に平行な方向となるようにしている。そしてレーザビームは、被検物の表面に対して平行に近い角度θで入射している。これにより、被検査面であるブランク面１ａ上にレーザビームによる直線状の投光領域５が形成される。

投光領域５上に異物３が存在する場合、異物３から散乱光が発生する。この散乱光は投光領域５の長手方向に沿ってレンズを並べた散乱光を受光するための結像レンズ７１（レンズアレイ）によりラインセンサ７２上に集光される。結像レンズ７１は投光領域５をラインセンサ７２上に結像するよう構成してある。図１０の（Ｂ）に示すように、光学系全体１０を投光領域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。

また、図１０の受光器７と同じ構成の受光器７'をもう一つ備え、２つの受光器からの検査マップを比較することで、光ビームが回路パターン等で散乱することで生じる擬似異物信号を除去し、異物の正確な位置と大きさを検出可能な異物検査装置も提案されている。（特願２００８−１０８２９１号参照）
擬似異物信号を除去する手法を図２に示す。図２のＡは、受光器７から得た検査マップの一例であり、Ｂは受光器７'から得た検査マップの一例である。異物からの散乱光は、双方の検査マップに共通して出現することから、片方の検査マップのみ出現する信号を擬似異物信号として除去することで、異物信号のみを抽出することができる。Ｃは、２つの検査マップＡ，Ｂから擬似異物信号を除去した後の検査マップである。

異物検査装置における検査を開始する位置、すなわち受光器が走査を開始する走査開始位置の基本的な管理方法について図４を用いて説明する。走査開始位置は、原点スイッチ位置からの距離で管理されている。ラインセンサの長手方向は、ラインセンサの計測端点からの距離で管理されている。原点スイッチやラインセンサは取り付け誤差があるため、異物検査装置の組立て時にラインセンサ毎に走査開始位置を調整することで、異物検査装置内に置かれたレチクル上の所定範囲内の異物のみを検査している。
特開平７−４３３１２号公報 特開平７−５１１５号公報

複数の受光器による走査開始位置を調整する従来の手法を説明する。従来の調整手法では、例えば＋印のような所定のパターンを印刷した調整用セラミックプレート（以下、「調整プレート」と述べる）を使用する。異物検査装置内のステージ中央に設置した調整プレートを検査し、得られた検査マップに現れるパターン像の表示位置が検査領域の中心にくるように複数の受光器による走査開始位置をそれぞれ調整する。しかし、従来の調整手法では、最高でも１ｍｍ程度の調整精度しか得られなかった。

図３は、調整プレートを用いて複数の受光器による走査開始位置を調整した従来手法による検査マップの一例である。Ａは一方の受光器７から得た検査マップであり、Ｂは他方の受光器７'から得た検査マップである。Ｃは、Ａ及びＢの検査マップを元に作成した擬似異物信号の除去処理を行った後の検査マップである。

検査マップＡ，Ｂではそれぞれ異物信号が検出されている。片方の検査マップにのみ現れる信号を擬似異物信号として除去する場合、検査マップＡ，Ｂのように受光器による異物の検出位置が異なると、検査マップＣでは異物信号が消されてしまうことがある。

このように、調整プレートを使う走査開始位置の従来の調整手法では、走査開始位置の調整精度が不十分で、複数の受光器を使用した擬似異物信号の除去処理の過程で、異物信号まで消されてしまうことがあった。

本発明は、例えば、複数の受光器を備えた異物検査装置において、正確な検査を可能とすることを目的とする。

本発明は、被検物の表面に直線状の光を投光する投光器と、前記投光器によって前記表面に投光された光の前記表面における散乱光を受光する第１及び第２の受光器と、前記投光器と前記第１及び第２の受光器との位置関係を維持しながら前記投光器と前記第１及び第２の受光器とを前記表面に沿って前記被検物に対して相対的に走査させ、前記第１及び第２の受光器が出力する信号の強度分布に基づいて前記表面における異物の有無を判定する制御器と、を備える異物検査装置であって、前記制御器は、前記第１の受光器が走査を開始する仮の第１走査開始位置に対する前記第２の受光器が走査を開始する仮の第２走査開始位置の位置関係を変更しながら前記異物検査装置に異物検査を複数回行わせ、前記複数回の異物検査のそれぞれについて、前記第１の受光器が出力する信号の強度分布と前記第２の受光器が出力する信号の強度分布との重なり度合いを算出し、前記算出した複数の重なり度合いの中で重なり度合いが最大である前記仮の第１走査開始位置と前記仮の第２走査開始位置との位置関係に基づいて、前記被検物の前記表面を検査するための前記第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置を決定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、複数の受光器を備えた異物検査装置において、正確な検査を行うことができる。

［異物検査装置の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る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１のブランク面１ａの異物を検査するための光学系のみを記載するが、レチクル１の回路パターン面を異物から保護するペリクル膜を異物検査するための光学系も備えうる。図中の２は、ペリクル膜を取り付けているペリクル枠である。したがって、異物検査装置の被検物は、レチクル１及びペリクル膜の少なくともいずれかでありうる。

被検物であるレチクル１の表面に直線状の光を投光する投光器４は、図１０と同様に、半導体レーザ４１、コリメータレンズ４２、λ／２板４３から構成される。λ／２板４３の代わりに偏光フィルタ、λ／４板、光学偏光素子等が使用されてもよい。投光器４によって投光された光のブランク面１ａにおける散乱光を受光する第１の受光器８の構成は、図１０の受光器７と同様である。しかし、図１の異物検査装置は、第１の受光器８と同じ構成の第２の受光器９をさらに備えており、また、２つの受光器８，９が出力する信号の強度分布に基づいてブランク面１ａにおける異物の有無を判定する制御器１１を備えている。制御器１１は、また、異物の大きさも判定し得る。

図１の（Ｂ）に示すように、異物検査装置は、光学系全体１０を投光領域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方向に沿ってレチクル１に対して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。異物検査の際、投光器４と２つの受光器８，９との相互の位置関係は維持される。

投光器４は、当該投光器４が投光する投光光の光軸がブランク面１ａに対してθだけ傾くように配置されている。

図７を用いて、２つの受光器、具体的には２つのラインセンサ８２，９２のＸ方向における走査を開始する走査開始位置を調整する手法の一例を説明する。

ステップ１０１にて、操作者は、各ラインセンサ８２，９２の走査開始位置を粗く調整（粗調整）する。この粗調整は、例えば＋印のような所定のパターンを有する調整プレートを異物検査装置内の所定位置に設置し、ラインセンサ８２，９２で撮像した画像が所定位置にくるように走査開始位置を調整する従来の調整手法で行われうる。粗調整により、ラインセンサ８２の第１走査開始位置（Ｘ８２、Ｙ８２）が決定される。また、粗調整により、ラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置（Ｘ９２、Ｙ９２）が仮決定される。また、操作者は、走査開始位置が決定されたラインセンサ８２を用いて異物検査を行い、異物検査装置は、ラインセンサ８２が出力した信号の強度分布の検査マップ（図５のＡ）を記憶する。なお、走査開始位置が決定されたラインセンサ８２を用いる異物検査、及び、以下のステップにおけるラインセンサ９２による異物検査は、基準粒子を塗布したガラス板を対象として行われうる。

ステップ１０２〜ステップ１０８において、ラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置をラインセンサ８２の第１走査開始位置に厳密に一致させるための微調整処理が行われる。

ステップ１０２にて、異物検査装置の制御器１１は、ラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置を（Ｘ８２−０．５ｍｍ）に仮設定する。これによって、ラインセンサ８２の第１走査開始位置に対するラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置の位置関係が初期設定される。なお、（Ｘ８２−０．５ｍｍ）は、制御器１１が認識するラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置がステップ１０１で決定されたラインセンサ８２の第１走査開始位置より０．５ｍｍだけ前方であることを意味する。ラインセンサ８２、９２の第１、第２走査開始位置は図４に示す原点スイッチ位置を基準に表現されている。図５におけるラインセンサ９２の最初に仮設定された仮の第２走査開始位置（Ｘ８２−０．５ｍｍ）＝１０．５ｍｍは、原点スイッチ位置より１０．５ｍｍ離れていることを意味する。

ステップ１０３において、ラインセンサ９２によって仮の第２走査開始位置（Ｘ８２−０．５ｍｍ＝１０．５ｍｍ）から異物検査が実施され、制御器１１は、その検査マップ（図５のＢ）を算出する。

ステップ１０４において、制御器１１は、擬似異物信号を除去するための処理を実行する。このステップで、制御器１１は、ステップ１０１で記憶したラインセンサ８２の検査マップＡとステップ１０３で算出したラインセンサ９２の検査マップＢとから、擬似異物信号を除去した後の検査マップＣを算出する。検査マップＣは、検査マップＡと検査マップＢとで共通する信号のみを抽出したマップで、２つの検査マップの信号の中で走査された位置が同一であってかつ強度が最小である信号の強度分布である。したがって、検査マップＣは、ラインセンサ８２の検査マップＡとラインセンサ９２の検査マップＢとにおける信号の強度分布相互の重なり度合いを示しているといえる。

ステップ１０５において、制御器１１は、擬似異物信号を除去した後の検査マップＣの信号を集計し、強度の度数分布であるヒストグラムＤを算出する。なお、この実施形態では、強度は電圧で表示されている。

ステップ１０６において、制御器１１は、ラインセンサ９２の仮設定された仮の第２走査開始位置（１０．５ｍｍ）と、ヒストグラムＤ上で最大度数となる強度（ピーク電圧）との組を抽出し、それを異物検査装置中に記憶させる。

ステップ１０７において、制御器１１は、ステップ１０２で仮設定された仮の第２走査開始位置に０．１ｍｍを加算して次の仮の第２走査開始位置を１０．６ｍｍとし、２つのラインセンサの走査開始位置の位置関係を変更する。

以下同様に、制御器１１は、ラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置を０．１ｍｍずつ変更しながら、異物検査装置に異物検査を複数回行わせる。ここで、ラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置の変更範囲が、例えば、ラインセンサ９２の仮の第２走査開始位置が原点スイッチ位置と１０．５ｍｍ〜１１．０ｍｍ離れた範囲であるとする。

ステップ１０８において、制御器１１は、仮の第２走査開始位置が変更範囲内であるか否か、すなわち、１１．０ｍｍ以内であるか否かを確認し、もし変更範囲内であればステップ１０３へ戻る。

ステップ１０９において、制御器１１は、被検物の表面の異物検査するためのラインセンサ９２の走査開始位置を決定する。制御器１１は、ステップ１０６で記憶された仮の第２走査開始位置とピーク電圧との関係を描画した図６に示されるグラフから、ピーク電圧が最大となる仮の第２走査開始位置を求める。そして、制御器１１は、その仮の第２走査開始位置を正しい走査開始位置として異物検査装置内に記憶させる。

上述の手法では、制御器１１は、ラインセンサ９２の正しい走査開始位置を、２つのラインセンサが出力する共通した信号の強度が最大度数となる信号強度に基づいて決定した。

しかし、制御器１１は、正しい走査開始位置を以下のようにして決定しても良い。２つのラインセンサ８２，９２の感度が同等であれば、双方のラインセンサ８２，９２は、等しい強度分布の信号を出力する。ところが、ラインセンサ８２，９２の仮の第１、第２走査開始位置ＳＡ，ＳＢが大きく外れていれば、異物による信号の強度分布Ａ，Ｂは、図８の（ａ）に示されるように重なり合わない。ラインセンサ８２，９２の互いの仮の第１、第２走査開始位置がマッチングされるに従って、異物による信号の強度分布Ａ，Ｂは、重なり合っていく（図８の（ｂ）、（ｃ）参照）。ラインセンサ８２，９２が出力する信号の強度分布Ａ，Ｂの重なり度合いの大きさは、ラインセンサ８２，９２が出力する信号の内で共通する信号強度の大きさ、信号の強度分布の重なり範囲の大きさと正の相関関係を有する。図８を例にとると、ハッチ部で示される重なり部分Ｃの高さ（又は底辺の大きさ）の最大値に基づいても、ラインセンサ８２，９２の正しい走査開始位置を求めることができる。

ラインセンサ８２，９２のＹ方向における正しい走査開始位置も上記の手法と同様にして調整されうる。したがって、ラインセンサ８２，９２の正しい走査開始位置は、２次元平面における位置としても決定されうる。

上記実施形態の手法を用いれば、回路パターン等からの散乱光や回折光に影響されずに異物のみを高精度に漏れなく検査可能となる。

また、上記の実施形態では、ラインセンサ８２の走査開始位置を固定し、ラインセンサ９２の走査開始位置のみを調整している。しかし、既知の基準検査マップをデータとして保持し、基準検査マップに対するラインセンサ８２、９２各々の最適な走査開始位置を求めてもよい。

また、上記の実施形態では、基準粒子を塗布したガラス板を検査対象として使用したが、表面に凹凸処理又はパターン描画された平板状物体を検査対象としても構わない。

本実施形態の異物検査装置は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に使用される露光装置の他、各種精密加工装置や各種精密測定装置等にも適用可能であり、被加工物や被測定物の被検査面上の異物を精密に検出するのに有効である。

［露光装置の説明］
本実施形態の異物検査装置が適用される例示的な、レチクルのパターンを基板に転写して基板を露光する露光装置を説明する。露光装置は図９に示すように、照明系５０１、レチクルを搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、基板を保持する基板ステージ５０４とを備える。上述したように基板ステージ５０４は、不図示の駆動機構によってＹ方向に走査移動され、Ｘ方向にステップ移動される。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンを基板に投影して走査露光する。

照明系５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザ、波長約153nmのF2エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、YAGレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化する光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系５０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。

レチクルステージ５０２及び基板ステージ５０４は、例えばリニアモータによって移動可能である。それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンを基板上に位置合わせするために基板ステージ５０４及びレチクルステージ５０２に不図示のアクチュエータ（駆動機構）を備える。

次に、上述の露光装置を利用した半導体集積回路素子、液晶表示素子等のデバイス製造方法を例示的に説明する。

デバイスは、前述の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、露光工程で露光された基板を現像する現像工程と、現像工程で現像された基板を加工する他の周知の工程とを経ることによって製造される。他の周知の工程は、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング工程などである。

異物検査装置の概略図 擬似異物信号の除去処理の一例を示す模式図 擬似異物信号の除去処理の一例を示す模式図 走査開始位置の概念図 走査開始位置を決定する手法の説明図 走査開始位置とピーク電圧との関係を示す図 走査開始位置を決定する手法のフローチャート 走査開始位置を決定する手法の説明図 露光装置の一例を示す図 従来の異物検査装置の概略図

符号の説明

１：レチクル
２：ペリクル枠
３：異物
４：投光器
５：投光領域
７，８，９：受光器
１０：光学系全体
１１：制御器
４１：半導体レーザ
４２：コリメータレンズ
４３：λ／２板
４５：ビーム
７１，８１，９１：受光用結像レンズ
７２，８２，９２：ラインセンサ
５０１：照明系
５０２：レチクルステージ
５０３：投影光学系
５０４：基板ステージ

Claims (8)

1. 被検物の表面に直線状の光を投光する投光器と、前記投光器によって前記表面に投光された光の前記表面における散乱光を受光する第１及び第２の受光器と、前記投光器と前記第１及び第２の受光器との位置関係を維持しながら前記投光器と前記第１及び第２の受光器とを前記表面に沿って前記被検物に対して相対的に走査させ、前記第１及び第２の受光器が出力する信号の強度分布に基づいて前記表面における異物の有無を判定する制御器と、を備える異物検査装置であって、
   前記制御器は、
   前記第１の受光器が走査を開始する仮の第１走査開始位置に対する前記第２の受光器が走査を開始する仮の第２走査開始位置の位置関係を変更しながら前記異物検査装置に異物検査を複数回行わせ、
   前記複数回の異物検査のそれぞれについて、前記第１の受光器が出力する信号の強度分布と前記第２の受光器が出力する信号の強度分布との重なり度合いを算出し、
   前記算出した複数の重なり度合いの中で重なり度合いが最大である前記仮の第１走査開始位置と前記仮の第２走査開始位置との位置関係に基づいて、前記被検物の前記表面を検査するための前記第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置を決定する、
   ことを特徴とする異物検査装置。
2. 前記重なり度合いは、前記第１の受光器と前記第２の受光器との出力する前記信号の中で走査された位置が同一であってかつ強度が最小の信号の強度分布であることを特徴とする請求項１に記載の異物検査装置。
3. 前記制御器は、前記強度が最小の信号の強度分布における強度の最大値に基づいて前記第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置を決定することを特徴とする請求項２に記載の異物検査装置。
4. 前記制御器は、前記強度が最小の信号の強度分布の範囲の大きさに基づいて前記第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置を決定することを特徴とする請求項２に記載の異物検査装置。
5. 前記制御器は、前記複数回の異物検査のそれぞれについて、前記強度が最小の信号の強度分布から強度の度数分布を算出し、前記算出した度数分布において最大度数の強度を抽出し、前記抽出された複数の最大度数の強度の中で強度が最大である前記位置関係に基づいて前記第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置を決定することを特徴とする請求項２に記載の異物検査装置。
6. 前記制御器が決定する前記第１及び第２の受光器それぞれの走査開始位置は、２次元平面における位置であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の異物検査装置。
7. レチクルのパターンを介して基板を露光する露光装置であって、
   前記レチクルの表面における異物を検査する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の異物検査装置を備えることを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むデバイス製造方法。

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