JP3218727B2

JP3218727B2 - 異物検査装置

Info

Publication number: JP3218727B2
Application number: JP26555592A
Authority: JP
Inventors: 欣也加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH0694631A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は異物検査装置に関し、特
に、半導体素子の製造の際に使用されるレチクルやフォ
トマスク等の基板上に付着した回路パターン以外の異物
や回路パターンの欠陥を検出する際に好適に用いられる
異物検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣ等の半導体素子は、レチク
ル又はフォトマスク等の基板上に形成された回路パター
ンを露光装置によってレジストが塗布されたウエハ上に
転写することによって製造される。この際、基板上にご
み等の異物が存在すると、回路パターンと共に異物も転
写され、半導体素子製造の歩留を低下させる原因とな
る。

【０００３】そのため、半導体素子の製造工程におい
て、基板上の異物の有無を検査することは必要不可欠と
なっており、従来より種々の異物検査装置が提案されて
いる。従来のこの種の装置の例としては、例えば、特開
平１−１５８３０８号に開示されているようなものがあ
る。この装置においては、被検面をコヒーレント光で照
明し、照明領域のフーリエ変換パターンを形成する。こ
のとき、フーリエ変換レンズの瞳面（フーリエ変換面）
に空間フィルターを配置してパターンからの回折光を遮
光し、パターンの欠陥や異物からの散乱光のみを通過さ
せて被検面と共役な面に再結像させる。これにより、パ
ターンの回折像を除去して欠陥（異物）像だけを検出す
ることができ、被検面上の異物や欠陥の有無を検査する
ことが可能となる。

【０００４】また、従来の異物検査装置の他の例として
は、特開平３−４２５５６号に開示されたものがある。
この装置では、エネルギービーム（レーザビーム）で照
射することによって被検面から発生した光を、空間的に
配列された多数の光ファイバを用いて検出し、被検面か
ら発生される光の空間角度エネルギー分布の差異によっ
てパターン回折光と異物散乱光が区別される。即ち、パ
ターン回折光のエネルギー分布はある間隔でピークを有
するのに対して、異物散乱光のエネルギー分布は連続的
であり、この違いによって異物や欠陥（以下、単に異物
という）とパターンが弁別される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の異物検査装置においては、空間フィルターの遮光
パターンや光ファイバの空間配置を任意に変えることが
できないため、回路パターンの配列方向やピッチによっ
ては、パターンからの回折光と異物からの散乱光を区別
することが困難となり、誤検出を生じやすいという問題
があった。

【０００６】即ち、パターン回折光の分布は、被検面上
に形成されている回路パターンの配列方向やピッチに応
じて定まるため、回路パターンの配列方向やピッチが変
われば、当然回折光の分布も変化する。しかし、従来の
装置においては、特定の回路パターンを想定して空間フ
ィルタの遮光パターンや光ファイバの配置を設定してい
るため、異なる種類のパターンが形成された基板の検査
を行う場合には、本来受光されないはずのパターン回折
光が検出さるという不都合が生じる。このため、従来の
装置では、回路パターンによっては、パターンを異物と
して誤検出してしまい、精度の高い検査ができなかっ
た。

【０００７】本発明は、係る点に鑑みてなされたもので
あり、被検面に形成される回路パターンの配列方向やピ
ッチによらず、高精度に異物とパターンとを弁別するこ
とのできる異物検査装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の異物検査装置
は、表面にパターンが形成された被検面に対して光ビー
ムを斜入射させる照射光学系と、前記光ビームの照射に
よって前記被検面から発生される光を受光する受光光学
系とを有する異物検査装置において、前記受光光学系の
瞳面または瞳共役面に配置された、少なくとも１箇所の
光透過部を有する部分反射ミラーと、前記部分反射ミラ
ーの光透過部の位置を移動させる移動手段と、前記受光
光学系の瞳面又は瞳共役面の像を検出する撮像手段と、
該撮像手段からの画像情報に基づいて、前記部分反射ミ
ラーの透過部の位置を移動させて、前記被検面から前記
瞳面又は瞳共役面に入射した光束の中から前記パターン
による回折光以外の光束を少なくとも一部分離させる分
離手段と、該分離手段によって分離されたパターン回折
光以外の光束を検出する検出手段とを備え、該検出手段
からの信号に基づいて前記被検面上の異物の有無を検査
するものである。

【０００９】請求項２の異物検査装置は、表面にパター
ンが形成された被検面に対して光ビームを斜入射させる
照射光学系と、前記光ビームの照射によって前記被検面
から発生される光を受光する受光光学系とを有する異物
検査装置において、前記受光光学系の瞳面又は瞳共役面
の像を検出する撮像手段と、該撮像手段からの画像情報
に基づいて、前記被検面から前記瞳面又は瞳共役面に入
射した光束の中から前記パターンによる回折光以外の光
束を少なくとも一部分離させる複数の区画領域について
個別に透過率可変な光学部材から成る分離手段と、該分
離手段によって分離されたパターン回折光以外の光束を
検出する検出手段とを備え、該検出手段からの信号に基
づいて前記被検面上の異物の有無を検査するものであ
る。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明は、照射光学系から照射されるビームス
ポット内に複数の回路パターンが存在する場合、パター
ンからの回折光は離散的に発生することに着目してなさ
れたものである。即ち、ビームスポット内に複数のパタ
ーンが存在する場合に、被検面から発生される光束を被
検面に照射される光ビームの開口角よりも大きい開口角
をもつ受光光学系で受光すれば、受光光学系の瞳面には
パターンからの回折光が入射する部分と回折光が入射し
ない部分が存在することになる。

【００１２】一方、ビームスポット内にごみ等の異物が
存在する場合、異物からの散乱光は空間的に連続して発
生する。即ち、異物からの散乱光は、受光光学系の瞳面
全域にほぼ一様に入射する。

【００１３】そこで、本発明では、受光光学系の瞳面の
像を検出する撮像手段を設け、撮像手段からの画像情報
に基づいて、瞳面に入射する光束の中からパターン回折
光以外の光束を少なくとも一部分離をする構成としてい
る。

【００１４】具体的には、受光学系の瞳面に、少なくと
も一箇所に光透過部を有する部分反射ミラーを配置し
て、回折光パターンが存在しない位置に光透過部を合わ
せることによって異物散乱光だけを分離することができ
る。また、エレクトロクロミック素子などを利用した機
能性薄膜を用いて回折パターンの存在しない部分の光束
のみを反射させて分離することも可能である。

【００１５】上記のように、本発明では、被検物体上に
形成された回路パターンの回折パターンを画像情報とし
て検出し、この画像情報に基づいてパターン回折光を含
む光束と異物散乱光のみの光束を分離するので、パター
ンを異物として誤検出することがなく、被検物体上のパ
ターンの配列方向やピッチによらず高精度の異物検査を
行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本実施例による異物検査装置の構成を示
す要部光路図である。図において、照射光学系１は、被
検物体２を斜め方向から照明する。この照射光学系１の
構成は特に限定されるのもではないが、開口絞りを小さ
く絞りコヒーレント照明に近い状態とすることが望まし
い。

【００１７】光ビームの照射によって被検物体２から発
生された光は、対物レンズ３に入射し、対物レンズ３、
リレーレンズ４によって絞り５の位置に被検物体２の像
が形成される。この絞り５は、迷光や他のノイズ成分を
除去する役割を果たす。

【００１８】次いで、絞り５を通過した光は、フーリエ
変換レンズ６に入射し、被検物体２の照射領域のフーリ
エ変換像が形成される。フーリエ変換レンズ６の瞳面
（フーリエ変換面）には、部分反射ミラー７が斜設され
ている。この部分反射ミラー７は、円形形状の光透過部
を有し（詳細後述）、光透過部以外に達した光（図中点
線１２で示す）は反射される。

【００１９】部分反射ミラー７で反射された光は、リレ
ーレンズ１０に入射し、このリレーレンズ１０によって
部分反射ミラー７の反射面、即ちフーリエ変換面の像が
２次元撮像素子１１上に形成される。即ち、２次元撮像
素子１１の受光面と部分反射ミラー７の反射面はリレー
レンズ１０によって共役な関係となっている。

【００２０】２次元撮像素子１１からの出力は制御部１
４に送られ、制御部１４は図示していない駆動手段によ
って部分反射ミラー７の光透過部の位置を調整する。こ
の点については後に詳述する。

【００２１】一方、部分反射ミラー７の光透過部を通過
した光１３（図中斜線を付して示す）は、逆フーリエ変
換レンズ８に入射して逆フーリエ変換され、撮像素子９
上に像を結ぶ。

【００２２】本実施例では、上記の対物レンズ３、リレ
ーレンズ４、絞り５、フーリエ変換レンズ６、部分反射
ミラー７、逆フーリエ変換レンズ８、撮像素子９、リレ
ーレンズ１０、２次元撮像素子１１が本発明の受光光学
系を構成する。そして、このうちの部分反射ミラー７が
分離手段を、リレーレンズ１０及び２次元撮像素子１１
が撮像手段を、逆フーリエ変換レンズ８及び撮像素子９
が検出手段を構成する。

【００２３】さてここで、図２は、２次元撮像素子１１
で検出されるフーリエ変換レンズ６の瞳の像を模式的に
示したものである。この瞳の像において、被検物体２上
に設けられた回路パターンからの回折光による回折パタ
ーン２２は、規則的な配置となる。これに対して、異物
からの散乱光は空間的に連続して発生されるので、瞳像
の回折パターン２２以外の部分には異物からの散乱光の
みが入射する。

【００２４】従って、２次元撮像素子１１からの画像情
報に基づいて、部分反射ミラー７の光透過部２１を回折
パターン２２が存在しない位置に移動させれば、異物散
乱光による異物の像のみが撮像手段９上に形成されるこ
とになり、撮像手段９の出力に基づいて異物の有無を検
査することが可能である。

【００２５】以下、部分反射ミラー７の光透過部の位置
調整方法の一例について、具体的に説明する。まず、部
分反射ミラー７にエンコーダーなどを設け、光透過部２
１の位置する領域を検出する。

【００２６】次に、２次元撮像素子１１を自己走査し
て、回折パターン２２の位置を求める。このとき２次元
撮像素子１１上に形成されるフーリエ変換像の光強度の
ピーク点とボトム点とを検出し、ボトム点の光強度値に
所定の値を加えた値をスライスレベルとする。そして、
フーリエ変換像の光強度において、スライスレベル以上
の値を示す箇所を回折パターン２２（図２参照）が存在
する領域とする。

【００２７】然る後、制御部１４は、エンコーダー等で
検出される光透過部２１位置情報と２次元撮像素子１１
で検出される回折パターン２２の位置情報に基づいて、
光透過部２１が回折パターン２２の存在しない領域に位
置するように部分反射ミラー７を駆動する。これによ
り、被検物体２から発生された光束のうち、異物散乱光
のみを分離して検出することが可能となる。

【００２８】なお、部分反射ミラー７に設ける光透過部
２１は円形でなくとも良いことは言うまでもなく、光透
過部２１の形状、大きさ、数は被検物体２上に形成され
ているパターンに応じて適宜設定されるものである。

【００２９】また、上記の例では、エンコーダーなどを
用いて部分反射ミラー７の光透過部２１の位置を検出し
たが、２次元撮像素子１１の自己走査によって光透過部
２１の輪郭を検出するようにしても良い。この際、光透
過部２１のエッジが検出されにくい場合には、部分反射
ミラー７の後方（反射面の裏側）から被検物体２に照射
する光とは波長の異なる光を照射して、光透過部２１が
他の部分と異なる色で観察されるようにしても良い。

【００３０】この他、部分反射ミラー７の反射面側、斜
め方向から光を照射することにより、光透過部２１のエ
ッジを強調するようにしても良い。この際、反射面に照
射する光が撮像素子９に受光されないように留意するこ
とは言うまでもない。

【００３１】また、図１の例では、受光光学系は被検物
体２からの光を斜め方向で受光する構成となっている
が、必ずしも斜め方向で受光する必要はなく、被検物体
２に対して垂直な方向に受光光学系を配置しても良い。

【００３２】但し、部分反射ミラー７によって完全に回
折光が除去されない（光透過部２１と回折パターン２２
が一部分重なる）ことも考えられるため、回折光強度が
低くくなる（回折光の回折次数が高くなる）位置で受光
することが望ましい。従って、照射光学系１からの光ビ
ームの入射方向と略同じ方向で被検物体２からの光を受
光することが好ましい。

【００３３】また、異物散乱光を検出する撮像素子９は
２次元撮像素子（イメージセンサー）でも１次元撮像素
子（ラインセンサー）でもよいが、図１の例では被検物
体２からの光を斜め方向で受光している（被検物体２が
受光光学系の光軸に対して傾いている）ため、２次元撮
像素子を用いて異物の像を検出する場合には、絞り５及
び撮像素子９を図中点線５ａ、９ａで示されるように光
軸に対して傾け、「あおり」の構成とする必要がある。

【００３４】また、上述した実施例では、パターン回折
光を含む光束１２を部分反射ミラー７で反射させ、異物
散乱光１３を透過させる構成としているが、これとは逆
に、異物散乱光を反射させ、パターン回折光を含む光束
を透過させるように構成することもできる。即ち、部分
反射ミラー７の光透過部２１を反射部とし、それ以外の
部分を透過部として、撮像素子９によって得られる瞳面
の画像情報に基づいて反射部の位置を調整するようにし
ても良い。

【００３５】次に図３を参照して本発明の別の実施例を
説明する。本実施例では、受光光学系をいわゆるオフナ
ータイプの光学系としている。即ち、凹面鏡３３及び凸
面鏡３４は曲率中心が一致するように配置されており、
曲率中心上に軸上共役点を有するとともに、軸外に２つ
の共役点を有する。かかる光学系では球面収差、コマ収
差、歪曲のない像が得られる。

【００３６】さて、図３において、照射光学系３１から
射出された光ビームは被検物体３２に対して斜め方向か
ら入射する。光ビームの照射によって被検物体３２から
発生された光は、凹面鏡３３で反射されて凸面鏡３４に
入射する。凸面鏡３４は凹面鏡３３の焦点位置にあり、
受光光学系の瞳面に相当する。凸面鏡３４の後方には２
次元撮像素子３５が配置されており、受光光学系瞳面の
像が画像情報として検出される。

【００３７】ここで、瞳面の像においては、図２でも説
明した通り、被検物体３２上に形成されているパターン
からの回折光は規則的に分布し、異物からの散乱光は一
様なバックグラウンドとなっている。図３では、パター
ン回折光を含む光束を３７で、異物散乱光のみの光束を
３８で示している。

【００３８】本実施例では、凸面鏡３４に機能性薄膜を
設けてあり、回折パターンが存在しない部分に入射した
光束を反射するようになっている。以下、機能性薄膜の
一例について、図４を参照して具体的に説明する。図４
において、ガラス基板４１（図３では凸面鏡３４に相
当）上には誘電体薄膜で構成されたハーフミラー４２が
設けられており、このハーフミラー４２の上にはエレク
トロクロミック素子（ＥＣ素子）等を用いた透過率可変
の薄膜が形成されている。

【００３９】そして、ＥＣ素子が消色状態のときはこの
ＥＣ素子４３ａに入射した光はハーフミラー４２によっ
て半分の光量だけ反射される。また、ＥＣ素子が呈色状
態（図中４３ｂ）のときには、ハーフミラー４２に達す
る光量が２０％となる。このとき、ハーフミラー４２を
通過する光量が１０％、ハーフミラー４２によって反射
される光量が１０％となり、ＥＣ素子４３ｂから射出さ
れる光の光量は２％となる。従って、ＥＣ素子の消色状
態４３ａと呈色状態４３ｂとでは、その反射率が５０〜
２％に変化することになる。

【００４０】しかるに、２次元撮像素子３５から得られ
る画像情報に基づいて、回折パターンがない部分のＥＣ
素子を消色状態、回折パターンがある部分のＥＣ素子を
呈色状態とすれば、異物散乱光だけを反射させることが
できる。この際、必ずしも回折パターンがない部分すべ
てを反射領域（消色状態）としなくとも良いことは言う
までもなく、回折パターンが存在しない領域に少なくと
も１箇所反射領域を設ければ良い。

【００４１】図３に戻って、凸面鏡３４に設けた機能性
薄膜で反射された異物散乱光は、再び凹面鏡３３に入射
してここで反射され、撮像素子３６上に再結像する。こ
の撮像素子３６では散乱光による異物の像が検出され、
撮像素子３６からの出力に基づいて異物の有無を検査す
ることができる。撮像素子３６は、図１の実施例と同様
に２次元撮像素子、１次元撮像素子のいずれでも良い。

【００４２】上述した本実施例では、図３中の凹面鏡３
３、凸面鏡３４、２次元撮像素子３５、撮像素子３６が
受光光学系を構成し、このうち凸面鏡３４上に設けられ
た機能性薄膜が分離手段を、２次元撮像素子３５が撮像
手段を、撮像素子３６が検出手段を構成する。

【００４３】なお、上記の実施例では、異物散乱光を分
離する手段としてＥＣ素子を利用した機能性薄膜を用い
たが、これ以外の分離手段を用いてもよいことは言うま
でもない。例えば、凸面鏡３４上に移動可能な反射部材
を設け、撮像手段からの画像情報に基づいてパターン回
折光がない位置に反射部材を移動させるようにしても良
い。

【００４４】また、上記の説明では、被検物体に付着し
た異物の検出について述べたが、本発明による装置は、
被検面に形成されているパターン自体の欠陥（欠けや不
要な突起など）の検査にも適用できることは言うまでも
ない。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、受光
手段の瞳面の像を画像情報として検出し、この画像情報
に基づいて異物散乱光を分離するので、被検物体上に形
成されているパターンの配列ピッチや方向にかかわら
ず、高精度に異物検査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による異物検査装置の構成を示
す光路図である。

【図２】フーリエ変換レンズの瞳面の像を示す概念図で
ある。

【図３】本発明の別の実施例による異物検査装置の構成
を示す光路図である。

【図４】図３の実施例で用いる機能性薄膜の一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１，３１…照射光学系、２，３２…被検物体、３…対物
レンズ、４…リレーレンズ、５，５ａ…絞り、６…フー
リエ変換レンズ、７…部分反射ミラー、８…逆フーリエ
変換レンズ、９，９ａ，３６…撮像素子、１１，３５…
２次元撮像素子、１４…制御部、２１…透過部、２２…
回折パターン、３３…凹面鏡、３４…凸面鏡、４１…ガ
ラス基板、４２…ハーフミラー、４３ａ…ＥＣ素子（消
色状態）、５４ｂ…ＥＣ素子（呈色状態）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にパターンが形成された被検面に対し
て光ビームを斜入射させる照射光学系と、前記光ビーム
の照射によって前記被検面から発生される光を受光する
受光光学系とを有する異物検査装置において、前記受光光学系の瞳面または瞳共役面に配置された、少
なくとも１箇所の光透過部を有する部分反射ミラーと、前記部分反射ミラーの光透過部の位置を移動させる移動
手段と、前記受光光学系の瞳面又は瞳共役面の像を検出する撮像
手段と、該撮像手段からの画像情報に基づいて、前記部分反射ミ
ラーの透過部の位置を移動させて、前記被検面から前記
瞳面又は瞳共役面に入射した光束の中から前記パターン
による回折光以外の光束を少なくとも一部分離させる分
離手段と、該分離手段によって分離されたパターン回折光以外の光
束を検出する検出手段とを備え、該検出手段からの信号に基づいて前記被検面上の異物の
有無を検査することを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】表面にパターンが形成された被検面に対し
て光ビームを斜入射させる照射光学系と、前記光ビーム
の照射によって前記被検面から発生される光を受光する
受光光学系とを有する異物検査装置において、前記受光光学系の瞳面又は瞳共役面の像を検出する撮像
手段と、該撮像手段からの画像情報に基づいて、前記被検面から
前記瞳面又は瞳共役面に入射した光束の中から前記パタ
ーンによる回折光以外の光束を少なくとも一部分離させ
る複数の区画領域について個別に透過率可変な光学部材
から成る分離手段と、該分離手段によって分離されたパターン回折光以外の光
束を検出する検出手段とを備え、該検出手段からの信号に基づいて前記被検面上の異物の
有無を検査することを特徴とする異物検査装置。