JP2671896B2 - 異物検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、微小なゴミ等の異物を
検査する装置、特に集積回路の製造工程において用いら
れるフォトマスク、レチクル、半導体ウェハ等の基板上
に付着した異物を検査する装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】集積回路の製造工程の１つであるフォト
リソグラフィ工程においては、レチクルやフォトマスク
等（以下「レチクル」と称す）による回路パターンの半
導体ウェハへの転写が行われるが、その際レチクルにゴ
ミ等の異物が付着していると、かかる異物像が半導体ウ
ェハに転写され、回路パターンの欠陥として現われる。
その結果、製造歩留りを低下させる原因となる。従っ
て、転写を行う前に、レチクルの表面に異物が付着して
いるかどうかを検査する必要がある。 【０００３】かかる異物を検出する方法としては、レチ
クル上に例えばレーザービーム等を集光させて走査し、
異物から出る散乱光を受光してその散乱信号により異物
を検出する方法がある。上記の方法によって異物を検査
する場合、光をレチクルに照射すると、異物のみならず
レチクルのパターンエッジからも散乱光が発生するの
で、これらの散乱光を区別する必要がある。この場合、
パターンエッジからの散乱光は強い指向性をもっている
のに対し、異物からの散乱光は比較的無指向に発生す
る。従って、複数の光電検出手段を所定の角度で配置
し、各光電検出手段から得られる散乱信号を比較して光
の指向性を判断することにより、パターンエッジによる
散乱信号と異物による散乱信号とを区別することができ
る。以上のような手段を採ることにより、レチクルに付
着した異物を検出することが可能となる。 【０００４】一方、近年レチクルの表面上から所定間隔
だけ離して異物付着防止膜（以下「ペリクル」と称す）
を取り付けることにより、レチクルに異物が付着するの
を防止する方法も行われている。この方法は、ペリクル
を支持枠を介してレチクルの表面を被覆するようにして
装着することにより、レチクル表面に直接異物が付着し
ないようにするものである。 【０００５】このように、ペリクルを使用して露光装置
による投影露光を行う場合には、ペリクルの表面上に異
物が付着しても、被投影物体すなわち半導体ウェハ面上
においては異物像の焦点が合わないので、かかる異物像
は半導体ウェハには転写されないことになる。しかしこ
の場合においても，ペリクルの表面に付着した異物が比
較的大きい場合には、半導体ウェハ面上において露光ム
ラを生ずるおそれがある。また、ペリクルを使用しても
レチクルに異物が付着することがある。 【０００６】従って、上述のようにペリクルを使用する
場合においても異物検査は必要である。 【０００７】 【発明が解決しようとする問題点】従来の異物検査装置
においては、レチクル面及びペリクル面を同一ビーム径
すなわち同一感度により検査を行っていた。一方、ペリ
クル上の異物については、上述したように、比較的大き
なものが付着していても半導体ウェハに転写されにく
い。言い換えれば、レチクルとペリクルとでは許容され
る異物の大きさが異なり、ペリクルの方が大きい異物ま
で許容される。 【０００８】従って、上記のような従来の異物検査装置
を用いてペリクル面の検査を行う場合には、かかる検査
の際に必要以上に小さな異物まで検査することになり、
その結果、異物検査に必要以上に長い時間を要してしま
うという問題点があった。本発明は上記のような従来の
問題点に鑑みてなされたもので、レチクル、ペリクルの
いずれを検査する場合であっても、最適な検査時間で検
査を行うことが可能な異物検査装置を提供することをそ
の目的とする。 【０００９】 【問題点を解決するための手段】本発明に係る異物検査
装置は、被検査面に許容する異物の大きさに応じて被検
査面に照射する光ビームのビーム径を可変とするビーム
径変更手段を備えたことにより、上記問題を解決したも
のである。 【００１０】 【作用】本発明においては、被検査面が許容する異物の
大きさに応じて被検査面における光ビームのビーム径を
変えるビーム径変更手段を備えたことにより、被検査面
におけるビーム径を被検査物に応じて変化させ検査する
ことが可能となるので、被検査物の異物の大きさに対す
る許容度に応じて最適な走査速度により検査を行うこと
が可能となる。 【００１１】 【実施例】以下本発明の実施例について、添付図面を参
照しながら詳細に説明する。 （第一実施例）図１は本発明の一実施例の構成を示す斜
視図である。まず、本実施例の構成及び作用について説
明する。 【００１２】図において、１０はレチクルで、載物台１
２の上に周辺部のみ支えられた状態で載置されている。
該レチクル１０には、支持枠２２を介してペリクル２０
が装着されている。また、前記載物台１２は、モータ１
４と送りねじ１６により、図のｘｙｚ座標系におけるｙ
方向に移動可能となっている。なお、前記載物台１２の
ｙ方向への移動量は、例えばリニアエンコーダ等の測長
器１８により測定される。また、前記載物台１２は、図
示しない適宜手段によりｚ方向にも移動可能に構成され
ている。 【００１３】次に、レーザビームＬは図示しない適宜の
発振手段から出力され、エキスパンダー１、集光レンズ
２６及びその他の光学素子により任意のビーム径に調節
されて被検査対象としてのレチクル１０またはペリクル
２０上に斜入射する。なお、該レーザビームＬの入射角
すなわち被検査物平面とのなす角は、該レーザビームＬ
が支持枠２２にケラレないような角、好ましくは１０゜
〜８０゜程度とする。 【００１４】次に、レーザビームＬを被検査面上で走査
させる場合の動作について説明する。上記のように出力
されたレーザビームＬは、走査鏡、例えばガルバノスキ
ャナーミラー２８により、被検査面、例えばレチクル１
０上におけるｘ方向の所定の範囲内を走査する（以下こ
の範囲を「走査範囲Ｓ」と称す）。このとき同時にモー
タ１４も駆動させて載物台１２を移動させることによ
り、レーザビームＬのｘ方向の走査速度よりも遅い速度
でレチクル１０をｙ方向に移動させる。 【００１５】以上のようにして、レーザビームＬをｘ方
向に走査するとともにレチクル１０をｙ方向に移動させ
ることにより、レーザビームＬを被検査物としてのレチ
クル１０の全面に走査させることができる。なお、レー
ザビームＬのレチクル１０上における照射位置について
は、ｙ方向については測長器１８の出力するレーザビー
ムＬのレチクル１０上におけるｙ方向の照射位置に対応
した測定値により、ｘ方向についてはガルバノスキャナ
ーミラー２８の振れ角を検出することにより、ｘ、ｙの
各方向について知ることができる。 【００１６】次に、被検査面上におけるレーザビームＬ
のビーム径を変更する動作について説明する。２はアパ
ーチャーであり、エキスパンダー１及びガルバノスキャ
ナーミラー２８との間の光軸上に適宜挿入可能に設けら
れている。該アパーチャー２を前記光軸上に挿入した場
合と、該アパーチャー２を挿入しない場合とで比較する
と、前者の場合は集光レンズ２６を透過した後における
収束ビーム開口数が小さくなる。その結果、焦点上すな
わち被検査面上におけるレーザビームＬのビーム径が大
きくなる。ビーム径の変更は以上のように、前記アパー
チャー２を前記光軸上に適宜挿入または除去することに
よって行われる。 【００１７】なお、ビーム径を変更して異なるビーム径
によって検査を行う場合には、それに伴って載物台１２
のｙ方向への搬送速度を変更して検査を行うことができ
る。なぜなら、ビームＬのｘ方向への１回の走査によっ
てカバーできるｙ方向の走査幅がビーム系の拡大に伴っ
て拡がるため、ｙ方向へのレチクル１０の搬送速度を速
めることができるからである。 【００１８】以上のように、ビーム径を拡大する場合に
は、該載物台１２の搬送速度を大きく設定することがで
きる。従って、付着した異物径に対する許容度の大きい
ペリクル２０を被検査対象とする場合には、ビーム径を
拡大して検査を行うことができるので、載物台１２の搬
送速度を大きくすることにより、レチクル１０を被検査
対象とする通常のビーム径による場合と比較して、レー
ザビームＬをペリクル２０の全面に走査させるのに要す
る時間が短縮される。 【００１９】次に、レーザ光検出系の構成について説明
する。載物台１２の上方には、被検査面上に付着した異
物からの散乱光を検出するための光電検出器３０、３
２、３４が配置されている。これらの光電検出器３０、
３２、３４の光入射側には、異物からの散乱光を集光す
るためのレンズ３６、３８、４０がおのおの矩形状のス
リット４２、４４、４６を介して設けられている。これ
らのスリット４２、４４、４６は、被検査面上の走査範
囲Ｓとほぼ共役な位置に、走査範囲Ｓの像と合わせて光
電検出器３０、３２、３４と密着または近接して配置さ
れる。 【００２０】上記スリットが設けられているのは、各光
電検出器に迷光が入射するのを防止するためである。す
なわち、被検査面、例えばレチクル１０上においてレー
ザビームＬを走査させる場合、レーザビームＬが支持枠
２２に近づいたときに、レチクル１０の裏面または表面
で生じた反射光がさらに支持枠２２によって反射され、
該反射光が光電検出器３０、３２、３４への迷光となっ
て露光ムラの原因となることがある。従って、かかる迷
光が各光電検出器に入るのを防止する必要があり、かか
る防止策として、上記矩形状の各スリットを各光電検出
器の光入射側に設け、かかる迷光が各光電検出器に入射
しないようにしているものである。 【００２１】なお、上記のように各光電検出器とスリッ
トを密着または接近させた構成とせず、例えばリレー光
学系を介して各光電検出器とスリットとを離した構成と
してもよい。次に、レンズ３５、３８、４０の光軸ｌ
１、ｌ２、ｌ３及び光電検出器３０、３２、３４の具体
的配置方向について、図２及び図３を参照しながら説明
する。 【００２２】図２は、本実施例のｘｙ平面における構成
を説明する平面図である。まず、本図を用いてＸＹ平面
における配置の方向について説明する。図において、ま
ず光電検出器３０は、レンズ３６の光軸ｌ１がレーザビ
ームＬの走査方向の延長上の適宜位置に配置されてい
る。一方、光電検出器３２、３４は、レンズ３８、４０
の光軸ｌ２、ｌ３がレーザビームＬの走査中心Ｑにおい
て交わり、かつ各光軸の走査方向に対する方位角ψａ、
ψｂがおのおの１５゜〜８０゜の範囲となるように配置
されている。 【００２３】次に、ｚ軸を含む平面内の配置について図
３を用いて説明する。図３は本実施例のｚ軸方向の構成
を示す側面図である。まず、光電検出器３０、３２、３
４は、いずれも被検査面の上方すなわち照射面側に配置
されている。そして、ｚ軸を含む平面においては、レン
ズ３６、３８、４０の光軸ｌ１、ｌ２、ｌ３の延長線
は、いずれもレーザビームＬの走査中心Ｑにおいて交わ
り、かつ各光軸の走査面に対する角θ１、θ２、θ３が
いずれも１０゜〜８０゜の範囲であって、走査中心Ｑか
らほぼ等距離となる位置に配置されている。 【００２４】なお、受光光学系によっては、走査中心Ｑ
から少しずれた位置に各光軸ｌ１、ｌ２、ｌ３の延長線
が交わるように配置した方が、より有効に走査範囲Ｓ上
の散乱光を受光できる場合がある。次に、おのおのの被
検査面上に所定のビーム径のスポットを形成する具体的
操作について説明する。 【００２５】まず、図示しない適宜手段により載物台１
２をｚ方向に移動し、おのおのの被検査対象の面上にレ
ーザビームＬの最小スポットサイズ位置がくるように調
節する。次に、レチクル１０を被検査対象とするとき
は、アパーチャー２をエキスパンダー１とガルバノスキ
ャナーミラー２８との間の光軸上以外の位置とし、ペリ
クル２０を被検査対象とするときは、前記アパーチャー
２を前記光軸上に位置させる。 【００２６】なお、前記アパーチャー２の内径は、所定
のビーム径となるように適宜定められる。次に、光電検
出器３０、３２、３４の出力に基づいて異物の有無及び
大きさを判断する手段について、図４を参照しながら説
明する。図４は、光電検出器からの光電信号を処理する
信号処理手段の一例を示す回路図である。 【００２７】まず、その構成について説明する。図にお
いて、光電検出器３０、３２、３４の出力側は、おのお
の増幅器７０、７２、７４を介して電圧制御増幅器（Ｖ
ＣＡ）等の増幅度変換器７６、７８、８０に接続されて
いる。また、これらの増幅度変換器７６、７８、８０は
制御器８２と接続され、該制御器８２により増幅度変換
器７６、７８、８０の増幅度を個別に変更できるように
なっている。 【００２８】次に、増幅度変換器７６、７８、８０の出
力側は、コンパレータ８４、８６、８８のおのおのの一
方の入力側に接続されている。一方、これらのコンパレ
ータ８４、８６、８８の他方の入力側は基準電圧発生器
９０と接続されており、この基準電圧発生器９０によっ
て所定の基準電圧が各コンパレータに入力されるように
なっている。 【００２９】上記コンパレータ８４、８６、８８の出力
側はＡＮＤ回路９２の入力側に接続され、このＡＮＤ回
路９２の論理積の値が異物の検出信号として出力され
る。次に、上記のような異物検出用の信号処理回路の処
理動作について説明する。まず、光電検出器３０、３
２、３４によって検出された各検出信号は、各光電検出
器と被検査位置との距離によって変化するので、増幅度
変換器７６、７８、８０により各検出信号についておの
おの補正を行う。 【００３０】すなわち、光電検出器３０、３２、３４の
各出力光電信号は、異物の形状または大きさが同一の場
合でも、レチクル１０上の位置によってその信号値が異
なることになる。具体的には、同一のビーム走査線上の
異物であっても、光電検出器に近い異物による光電信号
の方が光電検出器から離れている異物による光電信号よ
りも大きくなる。 【００３１】従って、このままでは各光電信号に基づい
て異物の有無を判断するのに不都合であり、また信号値
の大小に基づいて異物の大きさを判断することもできな
い。そこで、検査位置に対応して光電信号値を補正し、
検査位置による変動を除去する必要がある。このため、
増幅器７０、７２、７４の出力側に増幅度変換器７６、
７８、８０をおのおの設け、制御器８２によって増幅度
を設定変更することにより、異物の位置による光電信号
値の変動を補正している。 【００３２】なお、制御器８２による増幅度の変更動作
は、以下のシーケンスにより行う。まず、レーザビーム
Ｌのｘ方向への走査を開始するとともに前記制御器８２
の増幅動作を開始する。レーザビームＬの走査中は、制
御器８２は増幅度変換器７６、７８、８０の増幅度をそ
れぞれ被検査面上のビーム位置との距離に応じて連続的
に変化させる。そして、レーザビームＬのｘ方向の走査
の終了とともに制御器８２の増幅動作も終了するように
する。この一連の動作を、レーザビームＬをｘ方向につ
いて走査を行う毎に繰り返し行うようにする。 【００３３】なお、増幅度変換器７６、７８、８０の増
幅度及びその変更量は、光電検出器３０、３２、３４の
配置すなわち被検査面との距離によって、あらかじめ決
定される。以上のようにして各光電信号に対する増幅度
の補正を行うことにより、ビームの位置による信号値の
変動要因を除去することができる。 【００３４】次に、検査位置による変動を補正された各
検出信号は、コンパレータ８４、８６、８８によって二
値化される。前述のように、異物による散乱光は無指向
であるため、異物からの散乱光による光電検出器３０、
３２、３４の各出力光電信号はいずれも大きな信号とな
る。これに対し、パターンエッジによる散乱光は指向性
を有するので、光電検出器３０、３２、３４における各
出力光電信号のうち、少なくとも１つの信号は小さくな
る。 【００３５】そこで、各光電信号を、基準電圧発生器９
０の出力する基準電圧と比較し、基準電圧より大きい場
合のみ出力するようにして二値化を行う。次に、ＡＮＤ
回路９２により、各コンパレータ８４、８６、８８によ
って二値化された各出力の論理積の値が出力される。こ
の場合、コンパレータ８４、８６、８８の全てから出力
されている場合にのみＡＮＤ回路９２の出力が論理値の
「Ｈ」レベルとなり、検出信号ＳＤとして出力される。 【００３６】従って、検出信号ＳＤが「Ｈ」であれば異
物からの散乱信号として判断し、異物の存在を検出す
る。検出信号ＳＤが「Ｌ」の場合は、散乱信号が全くな
いか、パターンエッジからの散乱信号と判断し、異物は
存在しないと判断する。以上のようにして検出信号ＳＤ
から異物の有無を判断することができる。一方、異物を
検出した場合の異物の大きさの判定については、上記の
ように補正された増幅度変換器７６、７８、８０の各出
力信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣを用いて行う。すなわち、異物
の大きさと増幅度変換器７６、７８、８０の各出力信号
ＳＡ、ＳＢ、ＳＣのうち最も小さい信号レベルとの対応
関係をあらかじめ統計的に求めておき、かかるデータと
実際の出力信号とを比較することにより、異物のおよそ
の大きさを求めることができる。 【００３７】ビーム径を拡大するためにアパーチャー２
を使用した場合には、開口数が小さくなるとともにレー
ザビームＬの光量が低下するので、制御器８２によって
増幅度変換器７６、７８、８０の増幅度を一律に変える
か、または、基準電圧発生器９０の基準電圧を変えるこ
とにより調節を行うようにする。これによってビーム径
が変った場合でも、異物の検出感度（大きさ判定等）が
ビーム径に応じて最適に保たれる。 【００３８】（第二実施例）次に、本発明の第二実施例
について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発
明の第二実施例の光学的構成部分を示す斜視図である。
本実施例においては、被検査面上でのレーザビーム径を
変える手段として、倍率の異なる２つのエキスパンダー
５ａ、５ｂと、レーザビームＬを光路ＬａまたはＬｂに
切り換えるための切り換えミラー３、４とを備えてい
る。かかる構成部分以外の構成部分、例えばビーム走査
系、受光系等は全て第一実施例と同じである。 【００３９】次に、本実施例における動作について説明
する。適宜の発振手段（図示せず）から出力されたレー
ザビームＬは、切り換えミラー３、４が光路中に挿入さ
れていない場合には光路Ｌａに沿って進み、エキスパン
ダー５ａによって拡大されたのち、被検査面（例えばレ
チクル１０上）に到達して所定のビーム径を有するスポ
ットを形成する。これにより異物検査を行う。 【００４０】次に第二の被検査面（例えばペリクル２０
上）の異物検査を行う場合には、図示しない適宜手段で
載物台１２をｚ方向に移動し、かつ２つの切り換えミラ
ー３、４を同時にレーザビームＬの光路中に挿入する。
これによりレーザビームＬは光路Ｌｂに沿って進み、前
記エキスパンダー５ａとは倍率の異なる第二のエキスパ
ンダー５ｂによって拡大されたのち、ペリクル２０上に
前記レチクル１０上に形成したビーム径とは異なる大き
さのスポットを形成し、これにより異物検査を行う。 【００４１】上記の構成において、切り替えミラー３、
４の動作及び倍率の異なるエキスパンダー５ａ、５ｂを
用いる代りに、例えばズーム系からなる倍率可変のエキ
スパンダーを用いてもよい。なお、光電検出器３０、３
２、３４によって検出される異物からの散乱光信号につ
いては、第一実施例と同じ信号処理回路すなわち図４の
回路によって処理される。 【００４２】以上説明した第二実施例においては、レー
ザビームＬの光量を損失せずに被検査面上でのビーム系
を変更できるので、光量変化による光電信号の調整も必
要がなく、また第一実施例の場合よりもレーザ光を有効
に利用することができる。 （第三実施例）次に、本発明の第三実施例について図６
を参照しながら説明する。本実施例は、被検査面に照射
するレーザビームの焦点をずらし、結果的にビーム径を
変更する手段を用いたものである。 【００４３】図において各部の構成は、レンズ１ａ、１
ｂによって構成されるエキスパンダーとガルバノスキャ
ナーミラー２８との間に図１中にあったアパーチャー２
が省かれていること以外は、全て第一実施例の構成と同
じである。次に、本実施例の動作を説明すると、ペリク
ル２０面上の異物を検査する場合は、載物台１２のｚ方
向の位置は変えずに、エキスパンダーの一方のレンズ
（例えばレンズ１ａ）を光軸上において移動させ、レー
ザビームＬの焦点位置を変えることによってペリクル２
０上のビーム径を変える。 【００４４】このとき、レチクル１０とペリクル２０と
では当然支持枠２２の高さに対応して検査位置にずれが
生じる。従って、この場合においては、スリット４２、
４４、４６によって散乱光がさえぎられることのないよ
うに、スリット４２、４４、４６の幅を決める必要があ
る。なお、エキスパンダーのレンズ１ａ、１ｂはいっさ
い動かさずに、すなわちレーザビームＬの焦点位置を変
えずに、載物台１２をｚ方向に移動し、ペリクル２０上
で所定のビーム径になるようにしてもよい。 【００４５】なお、本実施例においても、光電検出器３
０、３２、３４によって検出される異物からの散乱光信
号については、第一実施例と同じ信号処理回路すなわち
図４の回路によって処理される。 【００４６】 【発明の効果】本発明においては、被検査面における光
ビームのビーム径を変えるビーム径変更手段を設けたこ
とにより、被検査面におけるビーム径を被検査物に応じ
て変化させ検査することが可能となるので、被検査物の
異物の大きさに対する許容度に応じて最適な走査速度に
より検査を行うことが可能となる。従って、検査対象に
応じた最小限の検査時間で検査を行うことができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第一実施例の光学的構成部分を示す斜
視図。 【図２】第一実施例の主要部分の平面図。 【図３】第一実施例の主要部分の側面図。 【図４】光電信号の信号処理手段の一例を示す回路図。 【図５】本発明の第二実施例の光学的構成を示す斜視
図。 【図６】本発明の第三実施例の光学的構成を示す斜視
図。 【主要部分の符号の説明】 １、５ａ、５ｂ・・・エキスパンダー、１ａ、１ｂ・・
・レンズ、２・・・アパーチャー、３、４・・・切り換
えミラー、１０・・・レチクル、２０・・・ペリクル、
２２・・・支持枠、３０、３２、３４・・・光電検出
器、４２、４４、４６・・・スリット、Ｌ・・・レーザ
ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−220842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−214209（ＪＰ，Ａ) 実公 昭62−5646（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの被検査面に光を照射する照射手段
   と、該照射手段から照射された光ビームの走査を行う走
   査手段とを備えた異物検出装置において、 前記被検査面が許容する異物の大きさに応じて前記被検
   査面に照射する前記光ビームのビーム径を可変とするビ
   ーム径変更手段を備えたことを特徴とする異物検査装
   置。