JP3042225B2

JP3042225B2 - 表面状態検査方法及びそれを用いた表面状態検査装置

Info

Publication number: JP3042225B2
Application number: JP4316563A
Authority: JP
Inventors: 道生河野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JPH06148086A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面状態検査方法及びそ
れを用いた表面状態検査装置に関し、特に半導体素子
（ＩＣ）の製造装置で使用される回路パターンが形成さ
れているレチクルやマスク等の基板面上に存在するゴミ
や埃等の異物や、位相差物体のシフター欠陥の検出に有
効なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にＩＣ製造工程においては、レチク
ル又はフォトマスク等の基板上に形成されている露光用
の回路パターンを半導体焼き付け装置（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
面上に転写して製造している。

【０００３】この際、回路パターンが描かれた基板面上
にゴミ等の異物が存在すると、転写する際に異物も同時
に転写されてしまい、ＩＣ製造の歩留りを低下させる原
因となってくる。

【０００４】特にレチクルを使用し、ステップ＆リピー
ト方法により繰り返してウエハ面上に回路パターンを焼
き付ける場合には、レチクル面上の１個の異物がウエハ
全面に焼き付けられてしまい、ＩＣ製造の歩留りを大き
く低下させる原因となってくる。そのため、ＩＣ製造過
程においては基板上の異物の存在を検出するのが不可欠
となっており、従来より種々の検査方式が提案されてい
る。

【０００５】図１２は、異物が等方的に光を散乱する性
質を利用して異物を検出する表面状態検査装置の一例で
ある。

【０００６】同図において、レーザ２１０から出射され
た光束は、走査用ミラー２１１とレンズ２１２を介し
て、切換ミラー２１３に至る。この切換ミラー２１３を
出し入れすることにより、光束は２つのミラー２１４あ
るいはミラー２４５を介して各々基板２１５の表面と裏
面に入射する。

【０００７】そして走査用ミラー２１１を回転若しくは
振動させることにより、光束は基板２１５上を走査す
る。基板２１５からの直接の反射光及び透過光の光路か
ら離れた位置には、複数の受光部２１６，２１７，２１
８が設けられており、これら複数の受光部２１６，２１
７，２１８からの出力信号を用いて基板２１５上の異物
の存在を検出している。即ち、回路パターンからの回折
光は方向性が強いため、各受光面からの出力値は異な
る。

【０００８】一方、異物に光束が入射すると入射光束は
等方的に散乱されるため、複数の受光部からの出力値が
各々等しくなってくる。従って、各受光部２１６，２１
７，２１８からの出力値を比較することにより異物の存
在を検出している。

【０００９】又、図１３は異物が入射光束の偏光特性を
乱す性質を利用して異物を検出する表面状態検査装置の
一例である。

【００１０】同図において、レーザ２１０からの光束
は、偏光子３１９，走査用ミラー２１１及びレンズ２１
２を介して、所定の偏光状態の光束となって切換ミラー
２１３に至る。この切換ミラー２１３を出し入れするこ
とにより、光束は２つのミラー２１４あるいはミラー２
４５を介して各々基板２１５の表面と裏面に入射する。
そして走査用ミラー２１１を回転、若しくは振動させる
ことにより、光束は基板２１５上を走査する。基板２１
５からの直接の反射光及び透過光の光路から離れた位置
には、各々検光子３２０，３２２を前方に配置した２つ
の受光部３２１，３２３が設けられている。

【００１１】そして回路パターンからの回折光と、異物
からの散乱光との偏光比率の違いから生ずる受光量の差
を２つの受光部３２１，３２３より検出し、これにより
基板２１５上の回路パターンと異物とを弁別している。

【００１２】図１４は、特開平２−３０７０４６号公報
で提案されているヘテロダイン法により微弱光を検出す
ることにより、レチクルやウエハ等の基板上に付着した
異物の有無を検査する表面状態検査装置の概略図であ
る。

【００１３】図中、レーザ光源４０２から発した周波数
Ｖｏのビームをビームスプリッタ４０６ａで２つのビー
ムに分岐する。このうち一方のビームをミラー４０２
ａ，レンズ４０３を介して基板４０１に入射している。
基板４０１上に異物があると、それより散乱光が生じ、
該散乱光はレンズ４０４で集光され、ミラー４０２ｃを
介してビームスプリッタ４０６ｂに入射する。

【００１４】他方のビームは音響光学変調器４１０ａに
入力し、変調波発生器４１０ｂからの信号に基づいて周
波数変調され、周波数Ｖｏ＋ΔＶの参照ビームとし、ミ
ラー４０２ｂを介してビームスプリッタ４０６に入射す
る。ビームスプリッタ４０６ｂで２つのビームを合成
し、周波数ΔＶのビート信号を発生し、これを受光器４
０５で検出している。

【００１５】受光器４０５からの出力信号は電気フィル
タ４１１によりノイズを除去し、ビート信号のみを抽出
し、信号処理回路４１２において異物信号を作成してい
る。そして異物信号はデータ処理部４１３で処理し、処
理データを出力部４１４に表示又はプリントしている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図１２，図１３，図１
４に示す表面状態検査装置は、いずれも受光部には入射
光束の直接の反射光及び透過光は入射しないが、回路パ
ターンからの各次数の回折光の一部が入射してしまう。
このため、回路パターンからの回折光と異物からの散乱
光の双方の出力差をとる場合に、異物の反射率や形状等
が異なってくると双方の出力差が変動し、異物の検出率
が低下してくるという欠点があった。

【００１７】又、近年半導体素子の集積化に伴って、回
路パターンが微細化してくると回路パターンからの強い
回折光が空間内に均一に分布するようになる。このた
め、従来のような散乱光検知方式では回路パターンと異
物の信号分離が充分に行なえなくなってきた。

【００１８】又、半導体素子の製造工程で実際に検査対
象となるものには、回路は原版（レチクルやマスク）の
洗浄中に付着した水垢や低段差の異物、あるいはより高
集積度を狙った位相シフトマスクに時折発生するシフタ
ー欠陥等である。これらの異物や欠陥は、元来透明性の
物質であること、広がりの割りに高さの低いこと等のた
めに散乱効率が極めて低く、従来のような散乱光検知方
式ではその検出に限界があった。

【００１９】本発明は、周波数が異なり、かつ互いに振
動面が直交する２つの偏光を含むビームを用い、金属性
遮光部でパターニングした光透過性の基板に対するビー
ムの入射条件やパターン面からの反射光を適切に処理す
ることによりパターン面上の異物や位相差物体欠陥の有
無を高精度に検出することができる表面状態検査方法及
びそれを用いた表面状態検査装置の提供を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の表面状態検査装
置は、（１−１）照明系から射出した周波数が異なり、かつ互
いに振動面が直交する２つの偏光を含むビームを分岐手
段で第１ビームと第２ビームの２つのビームに分岐し、
このうち該第１ビームを参照光として第１検出器に導光
して第１ビート信号を作成し、該第２ビームを信号光と
して金属性光遮光部でパターニングした光透過性の基板
の非パターン面側から入射させ、パターン面からの反射
光を第２検出器に導光して第２ビート信号を作成し、該
第１ビート信号と第２ビート信号との位相差を位相差検
知手段により求めることにより、該基板のパターン面の
表面状態を検査したことを特徴としている。

【００２１】特に、前記第２ビームを走査系を介して前
記基板のパターン面上に導光して光走査すると共に該基
板を光走査方向と交差する方向に移動させることによ
り、該基板のパターン面の表面状態を２次元的に検査し
ていること、前記基板を２次元的に移動させることによ
り、該基板のパターン面の表面状態を２次元的に検査し
ていること、前記位相差検知手段は前記走査系によって
生じる又は前記基板の移動に伴って生じる固有の位相差
をオフセットとして出力するオフセット発生手段からの
信号を利用して該基板のパターン面の表面状態を検査し
ていること、前記走査系は射出テレセントリックのレン
ズを有していること、そして、前記固有の位相差を第１
回目の検査で計測し、記録手段に記録しておき、第２回
目の検査で該記録手段に記録したデータを用いてパター
ン面の表面状態を検査していること等を特徴としてい
る。

【００２２】（１−２）照明系から射出した周波数が異
なり、かつ互いに振動面が直交する２つの偏光を含むビ
ームを走査系を介した後に分岐手段で第１ビームと第２
ビームの２つのビームに分岐し、このうち該第１ビーム
を参照光として第１検出器に導光して第１ビート信号を
作成し、該第２ビームを信号光として金属性光遮光部で
パターニングした光透過性の基板の非パターン面側から
入射させ、パターン面を走査し、該パターン面からの反
射光を第２検出器に導光して第２ビート信号を作成し、
該第１ビート信号と第２ビート信号との位相差を位相差
検知手段により求めることにより、該基板のパターン面
の表面状態を検査したことを特徴としている。

【００２３】特に、前記第１ビームを前記基板の前記第
２ビームの入射位置と異なる位置に入射させ、そこから
の反射光を参照光として前記第１検出器に導光している
ことを特徴としている。

【００２４】（１−３）照明系から射出した周波数が異
なり、かつ互いに振動面が直交する２つの偏光を含むビ
ームを金属性光遮光部でパターニングした光透過性の基
板の非パターン面側から所定角度で入射させ、このとき
該基板の非パターン面で反射した第１ビームを参照光と
して第１検出器に導光して第１ビート信号を作成し、該
基板のパターン面で反射した第２ビームを信号光として
第２検出器に導光して第２ビート信号を作成し、該第１
ビート信号と第２ビート信号との位相差を位相差検知手
段により求めることにより、該基板のパターン面の表面
状態を検査したことを特徴としている。

【００２５】特に、前記照明系から射出したビームを走
査系を介した後に前記基板上に導光し、光走査及び該基
板を走査方向と交差する方向に移動させることにより、
該基板の表面状態を２次元的に検査していることを特徴
としている。

【００２６】又、本発明の表面状態検査方法としては、（１−４）周波数が異なり、かつ互いに振動面が直交す
る２つの偏光を含む第１ビームと第２ビームの２つのビ
ームのうち該第１ビームを第１検出器に導光して第１ビ
ート信号を作成し、該第２ビームを金属性光遮光部でパ
ターニングした光透過性の基板の非パターン面側から入
射させ、パターン面からの反射光を第２検出器に導光し
て第２ビート信号を作成し、該第１ビート信号と第２ビ
ート信号との位相差を求めることにより、該基板のパタ
ーン面の表面状態を検査したことを特徴としている。

【００２７】特に、前記第２ビームを走査系を介して前
記基板のパターン面上に導光して光走査するとと共に該
基板を光走査方向と交差する方向に移動させることによ
り、該基板のパターン面の表面状態を２次元的に検査し
ていることを特徴としている。

【００２８】（１−５）周波数が異なり、かつ互いに振
動面が直交する２つの偏光を含むビームを金属性光遮光
部でパターニングした光透過性の基板の非パターン面側
から所定角度で入射させ、このとき該基板の非パターン
面で反射した第１ビームを第１検出器に導光して第１ビ
ート信号を作成し、該基板のパターン面で反射した第２
ビームを第２検出器に導光して第２ビート信号を作成
し、該第１ビート信号と第２ビート信号との位相差を求
めることにより、該基板のパターン面の表面状態を検査
したことを特徴としている。

【００２９】（１−６）周波数が異なり、かつ互いに振
動面が直交する２つの偏光を含むビームを走査系を介し
た後に分岐手段で第１ビームと第２ビームの２つのビー
ムに分岐し、このうち該第１ビームを第１検出器に導光
して第１ビート信号を作成し、該第２ビームを金属性光
遮光部でパターニングした光透過性の基板の非パターン
面側から入射させ、パターン面を走査し、該パターン面
からの反射光を第２検出器に導光して第２ビート信号を
作成し、該第１ビート信号と第２ビート信号との位相差
を求めることにより、該基板のパターン面の表面状態を
検査したことを特徴としている。

【００３０】

【実施例】図１は本発明の表面状態検査装置の実施例１
の要部概略図である。

【００３１】同図においてレーザ１から発した発振周波
数ω₀ のビームを偏光板２によって紙面と４５度方向の
直線偏光としている。

【００３２】尚、レーザ１からのビームが直線偏光であ
るときには偏光板２の代わりに位相板（λ／２板）を設
けても同様な偏光状態のビームが得られる。

【００３３】偏光板２からのビームはビームエキスパン
ダー３で所定の光束径に変換した後、ビームスプリッタ
４で紙面内に振動する偏光ＬＨと、これと直交する偏光
ＬＶの２つのビームに分離している。

【００３４】このうちビームスプリッタ４を通過したビ
ームＬＨは、ミラー５を介して周波数シフター３１に入
射し、周波数ω₁ に変調している。又ビームスプリッタ
４で反射したビームＬＶは、直接周波数シフター３２に
入射し、周波数ω₂ に変調している。

【００３５】周波数シフター３１，３２は、例えば音響
光学素子（ＡＯＭ）等から成り、ドライバー３０，３３
によって電気的に、その屈折率を制御している。周波数
シフター３２を通過した周波数ω₂ のビームは、ミラー
７を介してビームスプリッタ６に入射している。周波数
シフター３１を通過した周波数ω₁ のビームは、直接ビ
ームスプリッタ６に入射する。ビームスプリッタ６で周
波数ω₁ の紙面内に振動面を有するビームＬＨと周波数
ω₂ の紙面と垂直方向に振動面を有するビームＬＶとを
合成している。

【００３６】本実施例では、レーザ１からビームスプリ
ッタ６に至る各要素は照明系１００の一要素を構成して
いる。

【００３７】照明系１００から射出したビームＬは、ハ
ーフミラー（分岐手段）８で参照光（第１ビーム）ＬＲ
と信号光（第２ビーム）ＬＳの２つのビームに分岐して
いる。そして双方のビームは共に、周波数（ω₁ ，ω
₂ ）が異なり、かつ互いに直交する偏光（ＬＨ，ＬＶ）
を含んでいる。

【００３８】第１ビームＬＲは、ミラー１３，１４を介
して所定の光路を経て、（このときの光路長は第２ビー
ムＬＳと概等しくして測定精度の向上を図っている）検
光子１５に入射している。

【００３９】検光子１５は、透過軸を紙面と４５度方向
に設定した偏光板より成り、これにより直交した２つの
偏光は軸方向成分で干渉を起こし、第１検出器１６Ｒ上
で参照用の第１ビート信号（参照ビート）Ｂ_R を形成し
ている。

【００４０】一方、ハーフミラー８を通過した信号光と
して第２ビームＬＳはポリゴンミラー９で反射後、走査
レンズ１０によって集光され、ハーフミラー１１を介し
てレチクル１２の検査面１２ａ上に所定のスポット径で
集光している。そしてポリゴンミラー９の回転に伴って
紙面と直交方向（図中Ｘ方向）にビーム走査（光走査）
している。

【００４１】レチクル１２は光透過性の基板より成る。
レチクル１２の一方の面（パターン面）１２ａにはガラ
ス透過部Ｂ、回路パターンを形成するクロム遮光部Ｐの
他に付着した異物Ｇ′又は／及び位相シフトマスクの場
合には、正規の位相シフターＳ（露光光に対して片道の
位相変化がπに設定されている）の他に、シフター欠陥
Ｓ′等が存在している。

【００４２】本実施例では、第２ビームＬＳをレチクル
１２の非パターン面１２ｂ側より入射している。そして
パターン面１２ａからの正反射光はハーフミラー１１、
ミラー１９を通って受光レンズ２０で集光し、検光子２
１を通過した後に、例えばその後側焦点位置においては
完全な静止光束となる。

【００４３】同図では、この位置の近傍に開口絞り２２
を置き、その手前に検光子２１を設けている。検光子２
１の作用は検光子１５と同じである。そして第２検出器
１６Ｓを絞り２２と同じ位置、又はそれより後方に設け
ている。第２検出器１６Ｓ面上には信号ビート（第２ビ
ート信号）Ｂ_Ｓが形成されるが、この信号ビートＢ_Ｓ
と参照ビートＢ_Ｒとには、先に述べた構成から位相
差Δφが生じている。位相差検知手段１７は、このとき
の位相差Δφを検知している。

【００４４】１８は位相差オフセット発生手段であり、
走査系によって生じる固有の位相差や基板（レチクル）
１２の移動によって生じる固有の位相差をオフセットと
して、位相差検知手段１７に入力している。１０１は判
定手段であり、位相差検知手段１７からの出力信号を基
に、レチクル１２のパターン面１２ａ上の異物や、欠陥
等の有無を判定している。

【００４５】次に本実施例の構成上の特徴について説明
する。

【００４６】図２に示すように、偏光面の互いに直交す
る２つのビームを透明誘電体と金属（マスクやレチクル
には主としてクロムが遮光部として用いられる）の各々
に入射させた場合、その入射角が垂直に近い場合には、
その反射光における直交２ビーム間の位相差は、いずれ
の物質についても約πrad 発生する。

【００４７】即ち、検査用のビーム（信号光）を所定の
ビーム径に絞ってレチクル１２の非パターン面（パター
ニングされていない面）１２ｂ側から入射させてパター
ン面１２ａを光走査したとき、回路パターンの集積度に
係わりなく、参照波に対して常に一定値（約πrad ）の
位相ズレを持った信号ビートが起きる。

【００４８】そこで本実施例では、透明性の基板（レチ
クル）の非パターン面１２ｂ側からビームを入射させ、
かつその反射光を受光するようにし、これによってパタ
ーン面１２ａ上でクロム遮光部の有無に係わらず、又ク
ロム層の厚みが変化しても（通常０．０７〜０．１５μ
ｍの範囲）位相的にはこれらの影響を受けることがない
ようにしている。

【００４９】又、ビート信号を生じさせるために、通称
ヘテロダイン方式といわれる手段を用い、予め前記直交
する２つの偏光を各々周波数シフトさせている。又、通
常半導体素子製造工程で発生する異物や欠陥等にはラン
ダムな位相ズレを起こす光学特性がある。

【００５０】本実施例では、以上の諸特性を利用して、
パターニングされたレチクル上でも等価的に回路パター
ンのない状態を作り出して、これによりパターン面上の
表面状態の検査を高精度に行なっている。

【００５１】次に本実施例において、パターン面１２ａ
の表面状態の検査方法について説明する。

【００５２】図３は、レチクル１２のパターン面１２ａ
上に存在し得る物体とそれによって位相差検知手段１７
が検知する位相差（＝信号ビートＢ_S の位相−参照ビー
トＢ_R の位相）の説明図である。

【００５３】参照光（ＬＲ）と信号光（ＬＳ）とは、基
本的には同一光路長にしておくことが望ましいが、実際
には波長オーダーで等しくすることは困難である。そこ
で、この光路長によって生じる固定量の位相差分Δφ₀
を位相差オフセット発生手段１８からの信号に基づい
て、オフセット量として差し引いている。

【００５４】図３において、Ｐはパターン遮光部、Ｓは
位相シフター、Ｓ′はシフター欠陥、Ｇ′はパターン面
１２ａに付着した異物、Ｂはガラスブランクス部であ
る。パターン遮光部Ｐと、ガラスブランクスＢにおける
位相差Δφは、ガラス面とクロム層、あるいはガラス面
と空気層の境界面で発生するπrad であり、位相シフタ
ーＳにおける位相差φ_S は、その往復の光路長から生じ
る。

【００５５】但し、位相差φ_S は、設計上既知量であっ
て、位相シフターＳの厚みをｔ，屈折率をｎ，信号光の
波長をλとすると、

【００５６】

【数１】である。

【００５７】これに対し、シフター欠陥Ｓ′や異物Ｇ′
では、その厚み・屈折率等に依存したランダムな位相差
が生じる。従って、シフター欠陥Ｓ′と異物Ｇ′だけを
選択的に検知するために判定手段１０１により、パター
ン遮光部Ｐ、ガラス位相シフターＳ、ガラスブランクス
部Ｂの位相差π，φ_S を除外して異物や欠陥の有無を判
定している。

【００５８】図１において、レチクル１２の全面を検査
するために、信号光はＸ方向に光走査し、レチクル１２
はステージ（不図示）と一体となってＹ方向に移動され
る。

【００５９】図４，図５は図１のポリゴンミラー９によ
るビームの走査状態を明示するための走査断面（ＸＺ
面）の説明図である。

【００６０】図４では、ポリゴンミラー９のビーム反射
点９ａが走査レンズ１０の前側焦点位置又はその近傍に
ある場合を示しており、図５ではビーム反射点９ａが走
査レンズ１０の前側焦点位置からずれている場合を示し
ている。図４では、レチクル１２側でビームの主光線は
像高によらず、光軸に概平行（射出テレセントリック系
と呼ぶ）となる。

【００６１】従って、全像高に渡ってレチクル１２に概
等しい角度（図４では垂直）でビームを入射しており、
レチクル１２の中央と周辺にパターンがあっても概等し
い位相差（≒πrad ）を発生できる利点がある。つま
り、全面で略等しい測定精度が得られる。

【００６２】本実施例では、軸外でもパターン部での位
相差ズレが実質的に影響しない範囲、つまりビームのレ
チクルに対する入射角が０°〜４５°程度までとしてい
る。

【００６３】一方、図５では、軸外でビームの入射角が
０°から大きくなってくる。この場合、図２のΔＭの曲
線が示すように、パターン面１２ａからの反射光の位相
差がガラスブランクス部でのそれとずれてきて、その
分、位相差の測定精度がおちてくる。

【００６４】そこで本実施例では、位相差オフセット発
生手段１８により、予め分かっている信号ビートＢ_S の
参照ビートＢ_R に対する位相差Δφ₀ （Ｘ，Ｙ）を記憶
しておいて、その量を検査タイミングと同期して発生さ
せて測定精度の低下を防止している。

【００６５】実際の光学系では、ビームがＸ方向に走査
される間、像高変化に伴って、光路長変化が発生する。
あるいは、レチクル１２がＹ方向に搬送される間、Ｚ方
向への上下変動が発生する。これらの量は信号ビートＢ
_S の位相差を時系列的に引き起こすが、これらは予め測
定できる装置の固有量である。これらをＸ，Ｙの関係と
してΔφ₀ （Ｘ，Ｙ）の形で記憶し、これで補正をかけ
ている。

【００６６】図６（Ａ）は、ビームスキャン（Ｘ方向）
に伴う位相差補正の説明図である。光学系の特性はだい
たい、光軸対称になるので、偶関数で示している。図６
（Ｂ）はレチクルの移動（Ｙ方向）に伴う位相差補正の
説明図である。特に１次のピッチング（移動方向への沈
み込み・浮き上がり）があるときを示している。ローリ
ングが発生しているときは、Δφ₀ はＸ，Ｙの２変数関
数Δφ₀ （Ｘ，Ｙ）で表わされる。

【００６７】又、実工程のレチクルを検査する前に、予
めΔφ₀ （Ｘ，Ｙ）を計測し、記憶する必要がある。こ
の実施方法の１つは、例えば基準レチクル（寸法・厚み
・クリーン度etc の保証されたもの）を事前に検査し
て、位相差オフセットΔφ₀ （Ｘ，Ｙ）を知っておく方
法がある。

【００６８】もう１つの方法は、各レチクル毎に実検査
直前に粗検査を行なう。この目的はあくまでΔφ₀
（Ｘ，Ｙ）を自動計測し、記憶することである。（従っ
て、できれば時間短縮のために高速で測れればより良
い。）その後にこのΔφ₀ を用いて実検査を行なう。

【００６９】尚、位相差オフセット発生手段１８の補正
対象となりうるものは、上述した要因だけでなく、装置
要因・レチクル要因に大別される全ての要因を含む。

【００７０】レーザー１としては、代表的な可視域気体
レーザ（He-Ne,A_R ⁺ ,He-Cd）だけでなく、赤外域半導体
レーザ、及びこれで励起されて高調波を発振する、固体
レーザ，紫外域レーザ，エキシマレーザ等が適用可能で
ある。

【００７１】又、照明系１００は、ヘテロダイン方式に
基づくビート形成用の２周波数レーザビーム発生ユニッ
トより成るが、図１の構成に限らない。つまり、ゼーマ
ンレーザを用いても良いし、半導体レーザに鋸歯状周波
数変調をかけたのち、一方の光路に偏波面保存ファイバ
ーを通して遅延させ、相対的に周波数のシフトした２ビ
ームを取り出すユニットでも良い。

【００７２】本実施例では、パターン面１２ａからの光
を受光する受光部を簡略化するために、受光レンズ２０
の後方焦点位置に、直接開口絞り２２や検出器１６Ｓを
おいたが、実際にはレチクル上での視野を走査ビーム近
傍だけに限定して余計な迷光を遮断するために、一旦走
査ビームを再結像させ、その面にスリット状の視野絞り
を設ける。その透過拡散光を集光レンズで集光し、そこ
に検出器を配しても良い。この場合、検出器の位置は受
光レンズ２０の後方焦点位置、あるいは開口絞り２２の
位置に共役な面上に置くのが望ましい。

【００７３】図７，図８は本発明において、検査対象と
なるレチクルの要部断面図である。図７は、通称３層レ
チクルと呼ばれるもので、クロム層Ｐ（厚さ約０．１μ
ｍ）を酸化クロム層Ｍ₁ ，Ｍ₂ （厚さ０．０１〜０．０
２μｍ）でサンドイッチ構造に挟んで構成している。

【００７４】これは、焼付時に露光光が焼付レンズや照
明系等で反射した後、レチクルのクロム層に入射して、
余計なフレアー光を発生し、解像性能を劣化させるのを
防ぐ目的でつくられている。ちなみに、酸化クロム層Ｍ
₂ を除いたものは、２層レチクルと呼ばれ、最も広く使
用されている。又、図８のＭ₃ は、電子ビームでレチク
ルを描画する際に、帯電防止（パターンを破壊するた
め）用に透明導電層として形成される薄膜で誘電体でつ
くられている。

【００７５】これらのレチクルに対しても、本発明は有
効に適用することができる。本発明で必要とする信号ビ
ートＢ_S は、パターン面１２ａ側で反射する２偏光で形
成されているのに対し、レチクル１２のブランクス面１
２ｂでの反射光も同様に参照ビートをつくり得る。更に
は、パターン面１２ａと、ブランクス面１２ｂの各偏光
間でもビートをつくり、これが測定精度を悪化させるこ
とがある。

【００７６】このため、図１，図７，図８の各レチクル
においてブランクス面（裏面）１２ｂに反射防止膜をコ
ーティングするのが良い。但し、ここで用いる反射防止
膜の膜厚条件は、露光光に対する透過率を低下させるこ
となく、信号光の波長と露光光の波長との両者に対して
バランスを考えて決めるのが良い。

【００７７】図９は、本発明の表面状態検査装置の実施
例２の要部概略図である。

【００７８】本実施例では図１の実施例１に比べて照明
系１００及び受光部の構成は概略同じであるが、照明系
１００から射出したビームのうち参照光ＬＲのとり方が
異なる。

【００７９】図１では、参照光ＬＲが走査系（ポリゴン
ミラー９，走査レンズ１０）の前でハーフミラー８で分
岐していたのに対し、本実施例では参照光ＬＲも信号光
ＬＳと同じ走査系を共有している点が特徴である。

【００８０】この配置により、ポリゴンミラー９が回転
し、ビームが走査しても常に参照光ＬＲと信号光ＬＳと
が同じ光路長をとる。実際には、参照ビートＢ_R を独立
につくるために、ミラー４１，４２，４３，４４で信号
光ＬＳと光路長を等しくした後、受光レンズ２０Ｒ，検
光子２１Ｒを介して検出器５０Ｒに参照ビートＢ_R を形
成している。

【００８１】本実施例によれば、光学系のもつ位相差オ
フセットを、ビーム走査の影響を受けずにキャンセルで
きるので、高い位相差測定精度が得られる。

【００８２】図１０は、本発明の表面状態検査装置の実
施例３の要部概略図である。

【００８３】本実施例では、図１の実施例１に比べて照
明系１００及び受光部の構成は概略同じであるが、照明
系１００から射出したビームのうち、参照光ＬＲのとり
方が異なる。

【００８４】本実施例では、照明系１００からのビーム
をポリゴンミラー９に入射している。そしてポリゴンミ
ラー９で反射し、走査レンズ１０を通過したビームをハ
ーフミラー１１で参照光ＬＲと、信号光ＬＳとに分岐す
る。

【００８５】そして、双方の光を各々レチクル１２の非
パターン面１２ｂ側より入射させている。このとき双方
の光路は実質的に等価となる。つまり、各入射ビームは
レチクル１２に対して非パターン面１２ｂ側から入射し
てバターン面１２ａ上に所定のスポット径で集光され、
走査される。そして、直接反射光は各々、ハーフミラー
６０，６２を通過して、前述した各要素（２０，２１）
を介して検出器５０に入射している。そして以降の処理
系で位相差を検知している。

【００８６】本実施例によれば、実工程のレチクルは普
通、洗浄された後、非常にクリーンであり、そこに存在
する異物や欠陥はせいぜい数個以内といった程度であ
る。従って、そこに２ビームを集光したとき、両方のス
ポット径（φ数１０μｍ）内に同時に同じ異物や欠陥が
存在する確率は非常に低い（このときは位相差は発生し
ない）。

【００８７】よって、実際に本構成をとれば、２ビーム
のいずれか一方に異物か欠陥が存在し、他方のビームに
対して位相差を生じる（ちなみに反対側のビームで位相
差物体を捕獲する場合もあり、どちらが参照光ＬＲとは
決められない。）。

【００８８】このように本実施例では、ビーム走査系を
共有しているので、参照光ＬＲと信号光ＬＳの間に、ビ
ーム走査に伴う位相差オフセットが存在しない。又、参
照光ＬＲと信号光ＬＳとも同一のレチクルで反射させて
いるので、検査中にレチクルが移動してもＺ変動が発生
しても光路長差がキャンセルしあって位相差オフセット
が存在しない等の特徴がある。この特徴は、参照光ＬＲ
と信号光ＬＳの両光軸のスパンＬが小さくなればなるほ
ど大きい。

【００８９】図１１は、本発明の表面状態検査装置の実
施例４の要部概略図である。

【００９０】本実施例は図１の実施例１に比べて照明系
１００及び受光部の構成は同じであるが、レチクル１２
に対してビームを斜入射させ（入射各θｉ）、ブランク
ス面（非パターン面）１２ｂでの反射光を参照光ＬＲと
し、パターン面１２ａでの反射光を信号光ＬＳとした点
が異なっている。このとき、非パターン面１２ｂは分岐
手段としての作用を有している。又、スポットは、パタ
ーン面１２ａ側（Ｐ_B点）にピントを結んでいる。

【００９１】本実施例は、ブランクス面１２ｂでの反射
光が信号ビートに悪影響を与えることがない、又、参照
ビート形成系が不要である、そして位相差オフセットが
構成上キャンセルされる、等の特徴を有している。

【００９２】本実施例では、図１０の実施例３に比べて
レチクル１２上での参照光ＬＲと信号光ＬＳとの光路間
距離Ｌが小さい。

【００９３】本実施例では非パターン面１２ｂ上の点Ｐ
_A とパターン面１２ａ上の点Ｐ_B のＹ方向距離がＬにあ
たり、レチクル厚をＴとすると、Ｌ＝Ｔ・ｔａｎθｉとなる。

【００９４】本実施例では、ビームを斜入射させている
為にクロムパターン部での位相差発生量（Δ_M ）がπra
d からずれてくる（ガラス部での発生量Δ_G はかわらず
πrad のまま）。

【００９５】従って、両者での位相差が実質的に影響し
ない範囲に入射角θｉを限定しており、本実施例では０°≦θｉ≦４５° 程度にしている。

【００９６】以上述べてきた各実施例の中で、パターン
面１２ａ上にできる走査ビームのスポット径は絞れば絞
る程位相差検知精度は向上する。

【００９７】しかしながら、光学設計上はスポット径を
絞ればその分有効走査長が短くなるといった限界が存在
する。このような場合にはレチクル面を分割して検査す
るのがよい。

【００９８】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、周波数が
異なり、かつ互いに振動面が直交する２つの偏光を含む
ビームを用い、金属性遮光部でパターニングした光透過
性の基板に対するビームの入射条件やパターン面からの
反射光を適切に処理することにより、パターン面上の異
物や位相差物体欠陥の有無を高精度に検出することがで
きる表面状態検査方法及びそれを用いた表面状態検査装
置を達成することができる。

【００９９】特に本発明によれば、パターニングされた
レチクルに対しても、パターンの影響を受けずに異物や
シフター欠陥を選択的に検出できる。その結果、単に検
出分解能を高められるだけでなく、従来の光散乱方式で
は、原理的に検出し得なかった非散乱性・低段差・透明
性の異物等、より具体的には半導体素子の製造工程で発
生し得る水垢・油性だまり・レジストかす、そして位相
シフトマスクのシフター欠陥等もこれらが引き起こす位
相差を計測することによって確実に検知できる。

【０１００】更に、ヘテロダイン方式をビーム走査方式
と組み合わせ、そこで発生し得る光路長変化の補正手段
（本文中では位相差オフセット発生手段）を用いること
によって、従来光学系の軸上ないしは微小領域にしか適
用されなかったヘテロダイン方式を例えば６インチレチ
クル（１５２×１５２ｍｍ）の大面積検査に適用でき、
しかも全面で均一の位相差検出精度を得ることができ
る。

【０１０１】この他、高速検査も可能とする等の特徴を
有した表面状態検査方法及びそれを用いた表面状態検査
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】反射光の位相変化を示す説明図

【図３】位相差の発生を示す説明図

【図４】図１の一部分の説明図

【図５】図１の一部分の説明図

【図６】本発明に係る位相差オフセットの説明図

【図７】本発明に係るレチクルの要部断面図

【図８】本発明に係るレチクルの要部断面図

【図９】本発明の実施例２の要部概略図

【図１０】本発明の実施例３の要部概略図

【図１１】本発明の実施例４の要部概略図

【図１２】従来の表面状態検査装置の要部概略図

【図１３】従来の表面状態検査装置の要部概略図

【図１４】従来の表面状態検査装置の要部概略図

【符号の説明】

１００照明系８，１１ハーフミラー９ポリゴンミラー１０走査レンズ１２レチクル１２ａパターン面１２ｂ非パターン面１６（１６Ｒ，１６Ｓ）検出器１７位相差検知手段１８位相差オフセット発生手段１０１判定手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】照明系から射出した周波数が異なり、か
つ互いに振動面が直交する２つの偏光を含むビームを分
岐手段で第１ビームと第２ビームの２つのビームに分岐
し、このうち該第１ビームを参照光として第１検出器に
導光して第１ビート信号を作成し、該第２ビームを信号
光として金属性光遮光部でパターニングした光透過性の
基板の非パターン面側から入射させ、パターン面からの
反射光を第２検出器に導光して第２ビート信号を作成
し、該第１ビート信号と第２ビート信号との位相差を位
相差検知手段により求めることにより、該基板のパター
ン面の表面状態を検査したことを特徴とする表面状態検
査装置。
【請求項２】前記第２ビームを走査系を介して前記基
板のパターン面上に導光して光走査すると共に該基板を
光走査方向と交差する方向に移動させることにより、該
基板のパターン面の表面状態を２次元的に検査している
ことを特徴とする請求項１の表面状態検査装置。
【請求項３】前記基板を２次元的に移動させることに
より、該基板のパターン面の表面状態を２次元的に検査
していることを特徴とする請求項１の表面状態検査装
置。
【請求項４】前記位相差検知手段は前記走査系によっ
て生じる又は前記基板の移動に伴って生じる固有の位相
差をオフセットとして出力するオフセット発生手段から
の信号を利用して該基板のパターン面の表面状態を検査
していることを特徴とする請求項２又は３の表面状態検
査装置。
【請求項５】前記走査系は射出テレセントリックのレ
ンズを有していることを特徴とする請求項２の表面状態
検査装置。
【請求項６】前記固有の位相差を第１回目の検査で計
測し、記録手段に記録しておき、第２回目の検査で該記
録手段に記録したデータを用いてパターン面の表面状態
を検査していることを特徴とする請求項４の表面状態検
査装置。
【請求項７】照明系から射出した周波数が異なり、か
つ互いに振動面が直交する２つの偏光を含むビームを走
査系を介した後に分岐手段で第１ビームと第２ビームの
２つのビームに分岐し、このうち該第１ビームを参照光
として第１検出器に導光して第１ビート信号を作成し、
該第２ビームを信号光として金属性光遮光部でパターニ
ングした光透過性の基板の非パターン面側から入射さ
せ、パターン面を走査し、該パターン面からの反射光を
第２検出器に導光して第２ビート信号を作成し、該第１
ビート信号と第２ビート信号との位相差を位相差検知手
段により求めることにより、該基板のパターン面の表面
状態を検査したことを特徴とする表面状態検査装置。
【請求項８】前記第１ビームを前記基板の前記第２ビ
ームの入射位置と異なる位置に入射させ、そこからの反
射光を参照光として前記第１検出器に導光していること
を特徴とする請求項７の表面状態検査装置。
【請求項９】照明系から射出した周波数が異なり、か
つ互いに振動面が直交する２つの偏光を含むビームを金
属性光遮光部でパターニングした光透過性の基板の非パ
ターン面側から所定角度で入射させ、このとき該基板の
非パターン面で反射した第１ビームを参照光として第１
検出器に導光して第１ビート信号を作成し、該基板のパ
ターン面で反射した第２ビームを信号光として第２検出
器に導光して第２ビート信号を作成し、該第１ビート信
号と第２ビート信号との位相差を位相差検知手段により
求めることにより、該基板のパターン面の表面状態を検
査したことを特徴とする表面状態検査装置。
【請求項１０】前記照明系から射出したビームを走査
系を介した後に前記基板上に導光し、光走査及び該基板
を走査方向と交差する方向に移動させることにより、該
基板の表面状態を２次元的に検査していることを特徴と
する請求項９の表面状態検査装置。
【請求項１１】周波数が異なり、かつ互いに振動面が
直交する２つの偏光を含む第１ビームと第２ビームの２
つのビームのうち該第１ビームを第１検出器に導光して
第１ビート信号を作成し、該第２ビームを金属性光遮光
部でパターニングした光透過性の基板の非パターン面側
から入射させ、パターン面からの反射光を第２検出器に
導光して第２ビート信号を作成し、該第１ビート信号と
第２ビート信号との位相差を求めることにより、該基板
のパターン面の表面状態を検査したことを特徴とする表
面状態検査方法。
【請求項１２】前記第２ビームを走査系を介して前記
基板のパターン面上に導光して光走査すると共に該基板
を光走査方向と交差する方向に移動させることにより、
該基板のパターン面の表面状態を２次元的に検査してい
ることを特徴とする請求項１１の表面状態検査方法。
【請求項１３】周波数が異なり、かつ互いに振動面が
直交する２つの偏光を含むビームを金属性光遮光部でパ
ターニングした光透過性の基板の非パターン面側から所
定角度で入射させ、このとき該基板の非パターン面で反
射した第１ビームを第１検出器に導光して第１ビート信
号を作成し、該基板のパターン面で反射した第２ビーム
を第２検出器に導光して第２ビート信号を作成し、該第
１ビート信号と第２ビート信号との位相差を求めること
により、該基板のパターン面の表面状態を検査したこと
を特徴とする表面状態検査方法。
【請求項１４】周波数が異なり、かつ互いに振動面が
直交する２つの偏光を含むビームを走査系を介した後に
分岐手段で第１ビームと第２ビームの２つのビームに分
岐し、このうち該第１ビームを第１検出器に導光して第
１ビート信号を作成し、該第２ビームを金属性光遮光部
でパターニングした光透過性の基板の非パターン面側か
ら入射させ、パターン面を走査し、該パターン面からの
反射光を第２検出器に導光して第２ビート信号を作成
し、該第１ビート信号と第２ビート信号との位相差を求
めることにより、該基板のパターン面の表面状態を検査
したことを特徴とする表面状態検査方法。