JPH01243186A - パターン欠陥および異物の検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばバターニン゛グされた半導体集積回
路等、規則的に配列された被検パターンの表面欠陥や異
物を、レーザ光回折パターン空間周波数フィルタリング
方式を用いて検出するパターン欠陥検査装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、この種の装置として、例えば特公昭５６−１６５
４２号公報に記載のものがあり、これは被検物の透過像
を用いてパターンの欠陥検査を行っていた。また、反射
物体に対しては、付着している異物を検出する光学検査
装置（特開昭６１−１８０１２８号公報）かある。

一方、反射像を用いるものとして、同一出願人による「
パターン欠陥検査装置」 出願特願昭６２−ｏ３ａ７７０号明細書に記載のものか
ある。

第７図はこのような反射型のパターン欠陥装置を示す構
成図であり、図において、（１）はレーザ等の可干渉光
源、（２）は光源からの光を拡大して平行光にするだめ
のコリメータ、（５）と（３２）はハーフミラ−１（４
）は載物台に載せられた被検物で規則的な被検パターン
を有する。（６）は被検物（４）を移動させるｘ−Ｙス
テージ、（７）は被検物（４）からの反射光を集めるレ
ンズ、（Ｉ２）は被検物（４）のレンズ（７）による結
像位置に配置された欠陥検出用カメラ、（１３）はカメ
ラ（１２）からの出力信号を処理して欠陥位置を検出す
る信号処理部、（１４）は欠陥を表示する゛ｒｖモニタ
、（１７）はレンズ（７）の焦点（後焦点）位置に置か
れ、被検物（４）の正常パターンによる回折光を除去す
る空間フィルタ、（３３）はレンズ（７）の後焦点位置
での反射光による回折パターンの位置を検出するカメラ
、（３４）はこの回折パターンの正規の位置からの位置
ずれ量を算出し、アオリ角調整機構（：１５）　（３６
）と回転角調整機構（３７）に補正指令を発する制御装
置である。

次に動作について説明する。町干渉源（１）から発した
光は、ハーフミラ−（５）により反射され被検物（４）
の被検パターンに照射される。被検物（４）からの反射
光はハーフミラ−（５）を透過し、レンズ（７）で集光
された後、ハーフミラ−（３２）により２つに分けられ
、一方は空間フィルタ（１７）に到り、他方は回折パタ
ーン位置検出用カメラ（３３）に入光する。空間フィル
タ（１７）はその位置で正常パターンの回折パターンを
４次乾板を露光して作製され、現像処理後再び露光位置
に正確にもどして固定される。次に検査時には反射光に
よる回折光をカメラ（３３）を観察しその回折パターン
の位置を検出する。制御装置（３４）で被検物の光軸に
対するアオリ角と回転角のすれを補正１−る指示を調整
機構（３５）、（３６）　、回転ステージ（３７）に与
え、フィルタ（１７）の回折パターンと被検物の正常パ
ターンの回折光との位置合わせを行なうと、検査時の正
常パターンによる回折光はフィルタ上の回折パターンに
よりカットされ除去され、欠陥信号がカメう（１２）で
観測され、モニタ（１４）に欠陥が映し出される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のパターン欠陥検査装置は以上のように構成されて
いるので、被検物の光軸に対するアオリ角・回転角が変
化すると、レンズの後焦点面に現れる回折パターンの位
置と、フィルタに記録されている回折パターンの位置と
がずれるために、被検物（４）を動かすたびにアオリ角
・回転角のずれを検出し、補正してやらねばならないと
いう欠点を持っていた。また、フィルタ材料が写真乾板
であるために、被検物のパターンが変わるたびに新たに
フィルタを作製せねばならず、オフラインでの現像処理
を行なわねばならないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものて、欠陥検出を行なう際に、毎回被検物に１対１
で対応する空間フィルタが、オンラインでしかも実時間
で作製でき、さらに被検物のアオリ角や回転角を補正す
る必要がないためｔへ） に、極めて単純な光学系で高速かつ高性能なパターン欠
陥や異物の検出処理が可能なパターン欠陥および異物の
検査装置を得ることを目的としている。

［課題を解決するだめの手段］ この発明に係るパターン欠陥および異物の検査装置は、
規則的に配列された被検パターンを有する被検物に可干
渉光を照射する光源と、上記被検物の被検パターンから
の回折光を結像する結像レンズと、 上記結像レンズの後焦点位置に配置され実時間動作で書
き込み・消去可能な光空間変調素子と、上記光空間変調
素子を透過した回折光を検出する検出手段と、 上記光空間変調素子の動作のタイミング、上記検出手段
の検出のタイミング、および上記被検物に可干渉光を照
射するタイミングを制御する制御手段を備え、 上記被検物への可干渉光の照射により上記光空間変調素
子に一ト記被検物の規則的被検パターンは書き込まれ、
かつ上記被検物の欠陥および異物からの回折光は書き込
まれていない時に、上記光空間変調素子を透過する上記
欠陥および異物からの回折光を上記検出手段か検出する
ように構成したものである。

［作用］ この発明におけるパターン欠陥および異物の検査装置は
、被検パターンが、規則性あるパターンの場合はレンズ
の後焦点面に現れる回折光の光強度が強く、規則性のな
い欠陥や異物は回折光の光強度が弱いという事を利用し
たもので、光空間変調素子上では、被挟物表面の規則的
被検パターンからの強い回折光は集光パターンとなるの
で瞬時に書き込まれ、例えば書き込みに使われた光は偏
光面が変調されているため検出側に置かれた検光子で容
易に遮断される。同時に、被挟物表面のパターン欠陥や
異物からの広がった弱い回折光は変調されるまでに少し
時間がかかり、即ち記録が十分になされていない間は欠
陥情報となって検出手段に検出されることになる。従っ
て、被検物への可干渉光の照射により上記光空間変調素
子に被検物の規則的被検パターンは書き込まれ、かつ被
検物の欠陥および異物からの回折光は書き込まれていな
い時に、光空間変調素子を透過する欠陥および異物から
の回折光を検出手段が検出するように光空間変調素子の
動作のタイミング、検出手段の検出のタイミング、およ
び被検物に可干渉光を照射するタイミングを制御するこ
とにより、被検物に１対１で対応ず空間フィルタが実時
間で作製でき、しかも同時に欠陥を抽出するため、被検
パターンが変更されるような場合でも即対応でき１、オ
ンラインでの検査を可能にする。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例によるパターン欠陥および異物
の検査装置を示す構成図であり、図において、（１）は
可干渉光源であり、例えばアルゴンレーザ光源、（３）
はシャッタ、（８）は光空間変調素子（１０）を初期化
するための白色光源ランプ、（９）はその電源部、（１
１）は光空間変調素子（１０）の電源部であり、（１５
）はこれらシャッタ（３）、電源部（９）、（１１）、
及びＸ−Ｙス７−−ジ（６）、信号処理部（１３）をコ
ントロールする制御装置である。また、（１６）は保持
台である。

ここで、光空間変調素子（１０）は実時間で被検物の正
常パターンによる回折光を記録し、正常パターンによる
回折光を遮断する。また、記録された回折パターンの消
去が実時間で可能なものである。

これを実現するものとして、例えばＢ５０（オプトロニ
クス（１９８４）Ｎｏｌｌ　ｐ５９参照）やＢＧＯ（光
学Ｖｏｌ　１４Ｎｏｌ　（１９８５）　ｐｔ’ｌ参照）
等の光伝導性及びポッケルス効果を有する電気光学材料
（ＰＲＯＭ素子）　（２０）と偏光子（１８）、検光子
（１９）で構成されるものがあげられる。

第２図はこの発明の一実施例に係る電気光学材料の構成
を示す断面図であり、図において、（２１）は単結晶板
、（２２）は絶縁体、（２３）は透明電極、（２４）は
人力光、（２５）は出力光、（２６）　、　（２７）は
リード電極である。

次に、動作について説明する。

アルゴンレーザ光源（１）から発した波長４８８ｎｍの
光は、コリメータ（２）により拡大され、ハーフミラ−
（５）により反射され、被検パターンを有する半導体ウ
ェハ（４）に照射される。ウェハ（４）からの反射光は
ハーフミラ−（５）を透過しレンズ（７）で集光された
後、光空間変調素子（ｌＯ）より成るフィルタ部に到る
。まず偏光子（１８）を透過した光は、電気光学材料（
２０）に到ると、強い光だけが光伝導により記録されポ
ッケルス効果による複屈折を変化させる。このとき、被
検物の正常パターンが繰返し構造を持つ場合、レンズの
後焦点位置に置かれた素子（ｌＯ）面上には、第３図に
示すような回折パターンが現れる。光空間変調素子は、
第３図に示すような強い強度分布を持つ回折光のみを記
録し複屈折を変えるのにくらべ、欠陥信号のような繰返
し構造を持たないパターンの回折光は弱いのでほとんど
記録されず、服屈折の変化が起らない。つまり、正常パ
ターンの強い回折光と、欠陥や異物からの弱い回折光で
は複屈折の異なる部分を透過し、出射する光の偏光状態
が各々異なってくる。そこで、素子の出力側に検光子（
１９）として正常パターンの回折光の偏光を遮断する偏
光板を置くと、カメラ（１２）には欠陥や異物からの回
折光が入射し、欠陥信号として検出される。

次に、例えば、電気光学材料としてＢＧＯを用いて構成
した空間フィルターのしゃ断時性について以下に述べる
。

まずこの空間フィルターの構成について述べると、第４
図のようにＢＧＯ（２０ａ）の両面に絶縁膜（２０ｂ）
　、　（２０ｃ）を形成する。そしてこれら絶縁膜（２
０ｂ）　、　（２０ｃ）の外側に各々透明電極（２０ｄ
）　、　（２０ｅ）を取付け、さらにそれらの両側に２
枚の偏光板（＋８）　、　（＋９）を互いに直交するよ
うに配置している。これら２枚の偏光板のうち光の入力
側の偏光板（１８）を偏光子、光の出力側の偏光板（１
９）を検光子と呼ぶ。

このような空間フィルターにおけるＢＧＯ（２０ａ）の
電気光学効果（ポッケルス効果）による位相回転は、上
記ＢＧ（ｌの両端にかかる電圧に比例する。ところで上
記偏光子（１８）と、検光子（１９）とを直交させて配
置し、８６０両端にかける電圧をＶとしたとき、ＢＧＯ
（２０ａ）を通過して出力される光の振巾Ａは、 となる。ここでｖｈは位相回転が９０°となるときのＢ
ＧＯ（２０ａ）両端にかける電圧であり、これは波長に
比例し、人＝　６３３ｍｍにおいて５−６ＫＶである。

また■５は素子の厚みに対しては一定である。

次にこの空間フィルターの操作について述べると、ＢＧ
Ｏの操作が、消去サイクル、書き込みサイクル、読出し
サイクルに分かれるが、空間フィルターとしては書込み
と読出しは、はぼ同時であるので、消去サイクルと、書
込み・読出しサイクルの２つに分けて説明する。

色太悪工ｌ廣 第５図（八）に示すように８６０両端に電圧ｖｌ〜ｖｈ
／２を印加するとともに消去光（２４ａ）をこのＢＧＯ
（２０ａ）に当てる。ＢＧＯの光導電性によって８６０
間の電位差は０となり、光の位相回転は起きず人力光は
すべてしゃ断される。次に第５図（Ｂ）に示すように消
去光を消すとともに上記印加電圧を反転する。この状態
ては、ＢＧＯ（２０ａ）両端間には、２Ｖ、〜■１の電
圧かかかり、光の位相回転は、約９０°となりＢＧＯは
、大部分の光を透過する。

入み・９１１しサイクル 第５図（Ｃ）に示すように、書込み光（２４ｂ）が当る
と、ＢＧＯの光導電性によりＢＧＯ（２０ａ）両端間の
電圧が徐々に低下し、光の位相回転量も減るため光の透
Ａ量は減少する。そして光が［ｌＧＯ（２０ａ）に強く
当る程、光はしゃ断される。

以下第６図の波形図を用いてＢＧＯを用いたこの発明の
−・実施例によるパターン欠陥および異物の検査装置の
動作を説明する。

定速移動するＸ−Ｙテーブル（６）に載置された規則性
パターンを存する被検物（４）に、ハーフミラ−を介し
て直線偏光されたＡｒレーザー光を照射すると、その反
射光は、レンズ（７）により集光され、焦点位置に置か
れた１３００　（２（１）上には回折パターンが得られ
、またカメラ（１２）の撮像位置には結像パターンが得
られる。この配置において、■シャッタ（３）、■光空
間変調素子（１０）のＢＧＯ（２０）、■消去ランプ（
９）、■シャッタ（３１）、■カメラ（１２）を第６図
に示すタイミングで動作する。

これによって規則パターンを除去した、欠陥パターンだ
けの画像を処理装置で処理することが可能となる。

以下第６図のタイミングチャートについて説明する。

起動トリガーは、検出器であるカメラ（１２）の垂直同
期信号によりかける。このため１サイクルは１／３０秒
となり、消去ステップ、書込みステップ、読出しステッ
プの３つのステップに分けられる。以下これらのステッ
プについて夫々説明する。

のシャッタ（３）を閉じてレーザ光をしゃ断し、消去用
ランプ（８）を点灯する。充分消去される光量を被検パ
ターンに当てた後、消去用ランプ（８）を消灯する、こ
の消去用ランプ（８）の消灯を確認した後、光空間変調
素子（ｌＯ）のＢＧＯ（２０）の電圧を反転し、書込み
開始を待つ。

１遂立久ヱユブ カメラ（１２）の垂直同期信号から一定時間経過した後
、シャッタ（３）を開いてレーザ光を照射し、書込みを
開始する。遅延時間は、レーザ光が空間フィルタを作成
ために必要光量を与える時間をもとに計算される。

１敗旦スヱヱブ カメラ（１２）の垂直同期期間中（カメラが信号を読出
していない期間）にシャッタ（３１）を６３６５μｓｅ
ｃだけ開け、欠陥信号を、カメラ（１２）の撮像面に焼
付ける。シャッタ（３１）の解放時間は、移動中の画像
が、画面上で１ピクセル（画素）だけ動いてちよいとい
う条件から求めた。

なお、上記シャッタ（３）、（３１）、光空間変調素子
（１０）、消去ランプ（８）、およびカメラ（１２）の
動作のタイミングや被検物（４）の移動の速度やタイミ
ング等は、例えば同一のパターンに関しては作業者が試
行により決定する。

また、被検パターンからの回折光の強度分布を自動で検
出し、その検出結果より光源に付属している電気的に制
御されたシャッタと載物ステージの送り速度及び検出器
の検出タイミングを自動で計算する事も可能である。

なお、上記実施例では半導体集積回路パターンの場合に
ついて説明したが、半導体以外でも、表面に鏡面を持ち
、規則性を有する微細なパターンの欠陥検査や、透過形
のパターンであるマスクの検査の場合にも同様に実施で
きる。

また、被検パターンが極めて微細で１次回折光以上の高
次光が集光レンズの外に出てしまうような場合には、記
録時の波長と、検査時の波長を同一にする必要はなく、
記録には光空間変調素子の吸収率の高い波長域の光源を
選択し、欠陥検出にはＨｅ　−Ｎｅレーザ等を用いるこ
とも可能である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、規則的に配列された
被検パターンを有する被検物に可干渉光を照射する光源
と、 上記被検物の被検パターンからの回折光を結像する結像
レンズと、 上記結像レンズの後焦点位置に配置され実時間動作で書
き込み・消去可能な光空間変調素子と、上記光空間変調
素子を透過した回折光を検出する検出手段と、 上記光空間変調素子の動作のタイミング、上記検出手段
の検出のタイミング、および上記被検物に可干渉光を照
射するタイミングを制御する制御手段を備え、 上記被検物への可干渉光の照射により上記光空間変調素
子に上記被検物の規則的被検パターンは書き込まれ、か
つ上記被検物の欠陥および異物からの回折光は書き込ま
れていない時に、上記光空間変調素子を透過する上記欠
陥および異物からの回折光を上記検出手段が検出するよ
うに構成したのてオフラインの現像処理を必要とせず、
極めて短い時間でフィルタを作製でき、しかも被検物の
アオリ角・回転角の補正を必要としないために、検出時
間が極端に短縮でき、装置も簡単化し、安価で高速かつ
被検パターンの変化に即応できるパターン欠陥および異
物の検査装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるパターン欠陥および
異物の検査装置を示す構成図、第２図はこの発明の一実
施例に係る電気光学材料の構成を示す断面図、第３図は
正常パターンの回折光による回折パターンを示す説明図
、第４図はこの発明の一実施例に係る光空間変調素子の
構成を示す説明図、第５図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第
４図の光空間変調素子の動作を説明する説明図、第６図
は第１図に示す装置における各部材の動作のタイミング
波形を具体的に示す説明図、第７図は従来のパターン欠
陥および異物の検査装置を示す構成図である。 図において、（１）・・・可干渉光源、ＣＩ）、（３１
）・・・シャッタ、（４）・・・被検物、（７）・・・
レンズ、（８）・・・白色ランプ、（９）・・・電源部
、（１ｏ）・・・光空間変調素子、（１２）・・・カメ
ラ、（１３）・・・信号処理部、（１４）−・・表示部
、（１５）・・・制御装置’、　　（Ｉａ）−・・偏光
子、（１９）・・・検光子、（２０）・・・電気光学材
料。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　規則的に配列された被検パターンを有する被検物に可
   干渉光を照射する光源と、 上記被検物の被検パターンからの回折光を結像する結像
   レンズと、 上記結像レンズの後焦点位置に配置され実時間動作で書
   き込み・消去可能な光空間変調素子と、上記光空間変調
   素子を透過した回折光を検出する検出手段と、 上記光空間変調素子の動作のタイミング、上記検出手段
   の検出のタイミング、および上記被検物に可干渉光を照
   射するタイミングを制御する制御手段を備え、 上記被検物への可干渉光の照射により上記光空間変調素
   子に上記被検物の規則的被検パターンは書き込まれ、か
   つ上記被検物の欠陥および異物からの回折光は書き込ま
   れていない時に、上記光空間変調素子を透過する上記欠
   陥および異物からの回折光を上記検出手段が検出するよ
   うに構成したパターン欠陥および異物の検査装置。