JPH02227643A - 表面状態検査装置 - 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） 本発明は表面状態検査装置・に関し、特に半導体製造装
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
やフォトマスク等の基板において、この基板上の回路パ
ターン以外の異物、例えば不透過性のゴミ等を検出する
際に好適な表面状態検査装置に関するものである。

（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
を半導体焼付は装ｒ１１（ステッパー又はマスクアライ
ナ−）によりレジストが塗布されたウェハ面上に転写し
て製造している。

この際、基板面上にゴミ等の異物が存在すると転写する
際、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。

特にレチクルを使用し、ステップアンドリピート方法に
より繰り返してウェハ面上に回路パターンを焼き付ける
場合、レチクル面上の１個の異物がウェハ全面に焼き付
けられてしまいＩＣ製造の歩留りを太き（低下させる原
因となってくる。

その為、近年前記基板上のゴミ等の異物の存在が大きな
問題点となってきている。そこで、レチクル又はフォト
マスク等の回路パターンの欠陥や該回路パターン上の異
物を検出する為の種々の方法が提案されている。

それらの方法の一つとして設計データと比較する方法が
ある。これは予めレチクル又はフォトマスクの理想パタ
ーンである設計データを計算機処理できる様、記憶させ
ておいてレーザー等のビームでレチクル等を照射して、
その透過光からのパターンと前記設計データを比較する
ことによりレチクル等の回路パターンの欠陥や異物を検
出する方法であり、パターンジェネレータ等の誤動作に
起因するフォトマスク上の各チップの共通欠陥も検出可
能である。

しかしながら、該方法においては膨大な設計デー置決め
に高い精度が要求される。

又、別の一方法は隣接するチップ同士で比較する方法で
ある。これはフォトマスク上のチップパターン同士を比
較することにより欠陥を検出する為、設計データ等の被
挟物以外の比較されるものが不要であり、検査時間も短
い。

しかしながら、該方法ではステッパー用のレチクル等で
ルチクル中１チップの場合には原理的に検査することが
できない。

従って、前記２つの方法はステッパー用のレチクル検査
方法、特に高速の検査を必要とする自動化した異物検査
装置にはいずれも適していない。

そこで、前記欠陥を補う方式として異物が等方に光を散
乱する特性を利用した方法があり、例えば第３図は該方
法を用いた一実施例である。

同図において走査用ミラー２２とレンズ２１を介してレ
ーザー２３からの光束の光路をミラー２０の挿入により
選択的に２つに分け、２つのミラー１５゜１９により各
々基板５の表面と裏面に順次入射させ、走査用ミラー２
２を回転若しくは振動させて基板５上を走査している。

そして基板５からの直接の反射光及び透過光の光路から
離れた位置に複数の受光部１６．１７．１８を設け、該
複数の受光部１６．１７゜１８からの出力信号を用いて
基板５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為、各
受光部からの出力値は異なるが異物からの回折光は等方
的に散乱されている場合が多い為、各受光部からの出力
値は各々等しくなってくる。

従って、このときの各受光部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。

一方、回路パターンから異物を分離する分離精度を上げ
る為に本出願人は特願昭６ｌ−３０３６Ｊ１号、特願昭
６１−３０３６２号等において表面状態検査装置を提案
している。これを第４図を用いて説明する。

同図において、レチクル等の基板５に斜め上方からレー
ザービームを入射させて（入射角α０、第４図（Ｂ）参
照）横方向Ｌｌ、Ｌ２に対してβ０の角度をなすＢｌ、
Ｂ２方向に走査している。

そして第４図（Ｂ）に示すように、この入射面（入射光
束と基板５の法線とを含む面）内で法線に対し入射光束
側に戻ってくる異物からの散乱光の内、基板５に対する
反射角αｌの散乱光のみを受光している。

第４図（Ａ）はこの方式の原理を示したもので基板５を
真上から見た説明図である。同図において基板５上の回
路パターンは、縦横方向（Ｖｌ、Ｖ２方向、Ｌｌ、Ｌ２
方向）が大部分である為、それらのパターンにレーザー
ビームが入射すると、パターン回折光はその直角方向で
あるＩ、ｌ、　Ｌ２方向あるいはＶｌ、Ｖ２方向に進む
。そこで基板５に対するレーザービームの走査方向を前
記基板５の縦横方向に対して、例えばβ０の角度をなす
方向にしている。

これにより回路パターンからの回折光は基板５の縦横方
向が支配的であるため、該・回路パターンからの回折光
は殆ど受光しないが、等方散乱性のある異物からの回折
光は比較的多（受光することになる。従って、受光部９
からの出力信号の大きさを判定することにより異物の存
在を検出している。

（本発明が検出しようとしている問題点）しかしながら
、実際の異物に関しても、等方散乱性でないものが存在
する。例えば、三角柱、四角柱の形状をした異物はその
稜と直交する方向へ入射ビームを散乱させる特性をもつ
ので、この方向に受光器が無ければ装置は異物を見逃し
てしまう事になる。従来の異物検査装置の殆ど全てはこ
のような異方散乱性の異物を回路パターンと分別する事
に対して、配慮がなされていなかった。

本発明は、等方散乱性の異物だけでなく、異方散乱性の
異物についても、これを回路パターンと高精度に分離し
て異物の存在の有無を正確に判別できる表面状態検査装
置の提供を目的とする。

（問題を解決する為の手段） 前記目的は、後で詳述する様に、所定パターンが形成さ
れた基板と受光素子とを第１の状態の位置関係にし、前
記基板上を光束で走査して前記受光素子により該基板か
らの散乱光を受光する第１の検査段階と、前記基板と前
記受光素子とを前記第１の状態とは異なる第２の状態の
位置関係にし、前記基板を光束で走査して前記受光素子
により該基板からの光を受光する第２の検査段階とを含
み、前記第１と第２の検査段階でえられる検査結果の信
号の和をとる事によって、前記基板の表面状態を検定す
ることにより達成される。

ここで信号の和とは、アナログ信号゛においては和信号
、ディジタル信号においては論理和の事を言うものとす
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。同
図において１はレーザー光源、２はポリゴンミラー、ｌ
Ｏｌは絞り、１０２はビームエキスパンダー４は投光部
でここではｆ−θレンズである。５は基板でレチクル等
の被測定物であり、該基板５の表面に回路パターンを形
成している。６は集光部でここでは基板５上の異物から
の散乱光束を集光する集光レンズである。７はミラー等
の反射部材、８は導光レンズ、９は受光部、１０３は点
Ｐ２の位置に設置された絞り、１５０は回転ｘＹステー
ジである。ポリゴンミラー２と投光部４は投光手段の一
部を構成している。又、集光部６と反射部材７そして導
光レンズは受光手段の一部を構成している。

同図においてレーザー光源ｌからの光束を第１の絞り１
０１で光束径を制限した後、ビームエキスパンダー１０
２で光束径を拡大し、ポリゴンミラー２により一方向へ
反射させ、投光部４により基板５上の方向Ｂ１−８２で
示す線上のある一点に集光してＳ１若しくは矢印Ｓ２方
向に移動させることにより基板５上の全面を走査してい
る。そして、基板５の上方、の集光部６及び反射部材７
を介して点Ｐ２に集光し、その後導光レンズ８により受
光部９に導光している。集光部である集光レンズ６は基
板上の被走査領域全域から散乱光を集光可能な様にほぼ
走査方向を長手方向とする細長い集光領域を有する。

ビームエキスパンダー１０２は絞り１０１とポリゴンミ
ラー２の光束反射点ＰＩを実質的に光学的共役関係にし
ている。

又、この時の反射点ｐｔはｆ−θレンズ４の前側焦点位
置に配置されている。従って反射点Ｐ１は実質的に投光
手段の絞りとして作用し、投光手段は光学系の前側焦点
位置に絞りを有する、いわゆる出射側テレセントリック
系となっている。

又、点Ｐ２は集光レンズ６の後側焦点と一致し、この焦
点位置に絞り１０３が設けられている事になる。従って
受光手段は光学系の後側焦点位置に絞りを有する、いわ
ゆる入射側テレセントリック系となっている。

ここで、レンズ８の光軸８１の延長上の反射部材７との
交点７１と基板５上の交点０とを結ぶ線は集光部６の光
軸であり、叉点Ｏとポリゴンミラー２の反射点ＰＩを結
ぶ線は投光部４の光軸である。

１１０は比較処理手段であり、基板５に対する表面状態
の複数回の検査結果にもとづいて、基板５の表面状態を
判別する。従って、比較処理手段１１０は複数回の検査
結果を一旦記憶する記憶回路と、基板の各位置の検査結
果同志を順次比較していく処理回路とを含んでおり、比
較処理は予めきめられたシーケンスにもとづいて基板全
面に亘り高速にて実行される。

１００はコントローラであり、本実施例に示す表面状態
検査装置の制御を行う。従って、比較処理手段１１０．
後述するステージ駆動手段１２０．出力装置１３０等は
このコントローラ１００からの指令に従い作動する。ま
た、図示していないが、ポリゴンミラー２やレーザー１
などもコントローラ１００により駆動制御して良いし、
キーボード等の入力゛手段からの信号はコントローラ１
００により処理されて各手段へ指令が伝達される。

１２０は基板５が載置されたステージ１５０の駆動を行
うステージ駆動手段であり（該手段１２０は、ステージ
１５０をｘ、　ｙ、θ方向に移動及び回転させることが
できる。

１３０は検査結果を出力する出力装置であり、衆知のプ
リンタやＣＲＴなどデイスプレィから成る。

ステージ駆動手段１２０はコントローラ１００からの信
号にもとづいて、ステージ１５０をＸ方向に移動させる
。この時基板５は光束により表面をＢ１−８２方向に走
査されており、ステージ１５０のＸ方向への移動によっ
て基板５の全面が走査され、所定位置からの光が受光素
子９により受光される。

−旦全面走査が完了し、受光素子９からの信号が全て比
較処理手段１１０内に記憶された後、コントローラ１０
０からの信号にもとづいて、ステージ駆動手段１２０は
ステージ１５０を所定角度θ。だけ回転させ、基板５の
受光素子９に対する相対位置（即ち基板５上の所定方向
と受光手段の光軸の基板上投影像との成す角度）を、１
回目の検査段階とは異なる関係とする。

そして、１回目の検査同様、基板５を走査しつつステー
ジ１５０をＸ方向に移動させ、基板５の全面を走査して
、受光素子９により基板５の各位置からの光を受光する
。受光素子９からの信号は比較手段１１０に随時入力さ
れて、２回目の検査結果が記憶される。

ここで、この２回目の検査終了後、コントローラ１００
からの信号にもとづいて、比較処理手段１１０では、１
回目と２回目の検査結果を基板５の全測定領域にわたり
記憶し、基板５の各位置における表面状態を判別する。

判別結果、即ち、最終的な表面状態の検査結果はコント
ローラ１００を介して、或いはコントローラ１００の信
号にもとづいて比較処理手段１１０から直接出力装置に
入力され、検査結果がデータ又は図面等の形態で出力さ
れる。

本実施例ではポリゴンミラー２の回転によって基板５面
上を光束で走査する際、一方向の走査によって形成され
るＢｌとＢ２を結ぶ走査線１１が基板５上に形成されて
いる。１回目の検査では主パターン（基板５上の回路パ
ターンの支配的な大部分のパター方向）に対してβ′の
角度をなすように点０を中心として回転させている。

そして、集光部６を該集光部６の光軸の基板５への投影
像が基板５上の前記主パターンから生じる回折光の方向
と一致しないように（ここでは第１図Ａｌ−Ａ２方向か
ら）角度βだけずらして配置している。

そしてここではβζβ′としている。

即ち、本実施例では集光部６を、入射光束による基板５
上の走査線／１に対して集光レンズ６による集光範囲の
長手方向中心線１２が交線１１と略一致するようにして
基板５上の異物から生じる散乱光束を効率良く受光部９
に導光している。

尚、集光用の走査線１２は中心線１１と厳密に一致して
いなくても走査線上すべての異物からの散乱光束が集光
可能な範囲内で交線１’ｌと一致していれば良い。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る表面状態検査状態
を示す説明図である。同図は第１図の実施例にて行った
検査に加えて追加検査を行うことにより、パターンを誤
検知する事なく、異物の検出を高める検査方法を示して
いる。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１０図の配置、特に、レチク
ルのタテ、ヨコ方向とレーザービームの入射方向との関
係とを平面上で表わしたものである。

レチクルのタテ、ヨコ方向は図中Ａｌ−Ａ２．ＣＬ−Ｃ
２の方向であり、大抵の回路パターンはこの方向に沿っ
ている。これに対し、検査用ビームをＤＩで示す方向か
ら入射させると、この方向０１−０２はＡｌ−Ａ２と角
度βだけ捩った方向なので、受光方向Ｄ２には回路パタ
ーンの散乱光は跳び込んでこない。この事は先の第４図
（Ａ）で説明している。−方、−例としてレチクル上に
図示した様な扇形の異物Ｐが付着していた場合、これに
よるビームの散乱光は、図中破線の矢印で示した方向に
跳ぶ。つまり、異物が直線状の稜をもつ場合にはこれと
直交する方向に散乱し、円弧状の輪部をもつ場合にはこ
の法線方向に散乱する。その為、もし、第２図（Ａ）の
様にこの異物の受光方向Ｄ２の側にこの方向に垂直な稜
も毒＊≠＃円弧状の輪郭もなければ、この異物からの散
乱光は受光されず、この異物は見逃されてしまうことに
なる。

そこで、レチクルを９０″　回転し、再び同様な検査を
行なおうとした状態が第２図（Ｂ）である。この状態で
はレチクルのタテ、−ヨコ方向は入れ替わる（Ｃ１−０
２がＡｌ−Ａ２となっている）。その為、（Ａ）図の場
合と同じく、回路パターンの散乱光は受光されない。

これに対し、異物Ｐの配置も受光系に対して９０’回転
する。すると、先の状態では跳び込んでこなかった散乱
光が、異物の稜の１つから受光系へ跳び込んでくる。

以上、２回の検査を行ってその信号の和をとり、少な（
とも１回の検査で異物信号を受けた場合、レチクル上そ
の位置に“異物有り“と最終出力表示すれば、異方散乱
性の異物もこれを見逃す事な（検査できる。

この様に１回目の検査で検出できなかった異物も受光手
段の光軸の投影像と基板上の所定方向（例えばＡｌ−Ａ
２方向）との成す角度を変えて２回目の検査を行う事に
より、検出される確率が高（なり、より検出精度が高く
なる。更に、この角度を変えて３回目、４回目・・・の
検査を行えば、更に検出精度は向上する。

尚、前述の様に投光手段は出射側テレセントリック系で
あり、受光手段は入射側テレセントリック系であるので
、走査線ｌｌと中心線１２とが実質的に一致していると
すれば、走査線ｌｌ上のすべての点で、検査用ビームの
入射方向ＤＩと、受光部に受光される散乱光の出射方向
（即ち受光方向）Ｄ２はＡｌ−Ａ２あるいはＣ１−Ｃ２
に対して第２図（Ａ）。

のＡｌ−Ａ２との成す角はそれぞれに、　９０＠−にで
ある。）事になる。

第５図は本発明に係る表面状態検査方法の概要を示すブ
ロック図である。同図から明らかな様に、本発明によれ
ば表面状態の検査を被測定物である基板全面に対しＮ回
行い、Ｎ回の検査結果を比較処理手段により比較して、
精度の良い表面状態の検査結果を得ている。

比較処理手段は、先の実施例で示した様にマイクロコン
ピュータ等に予めプログラミングされたシーケンスに従
い、基板の各位置に対してＮ回の検査結果を比較して、
その信号の和をとり、各位置に存する異物を見逃す事な
（正確に検出する。

この検出について更に詳しく説明する。第６図は基板上
の各点における検出出力結果の一例を３次元グラフで示
すもので、第６図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ１回目、２
回目の検査における基板上各点からの散乱光検出信号（
検出器９出力）を示すグラフ、第６図＜Ｃ＞は（Ａ）と
（Ｂ）それぞれにおける各点からの散乱光検出信号の各
点ごとの和信号を示すグラフである。説明の、簡略化の
為検査は２回にしである。基板上のｂの位置には等方散
乱性の異物が存在する為、第６図（Ａ）、（Ｂ）に示す
様に第１回目、第２回目の検査で共に散乱性検出信号が
得られる。これに対しａの位置には異方散乱性の異物が
存在し、第６図（Ａ）、（Ｂ）に示す様に２回目の検査
では散乱光検出信号が得られるが、１回目の検査では信
号がない。この様な場合（Ａ）、（Ｂ）の和信号を示す
第６図（Ｃ）ではａ、　ｂいずれの位置にも信号が得ら
れている。ｂの位置ではａの位置の・大体倍の出力が得
られる事になるが、２回の検査で１回でも異物からの散
乱光があれば大雪出力がこの値を超える様な閾値を設定
し、和信号がこの閾値を超えた位置を異物存在位置とし
て検出する事により、等方散乱性のみならず異方散乱性
の異物をも高精度に検出する′事ができる。

以上の説明は検出器９からの信号をアナログ的に加算す
る場合、即ちアナログ信号の和信号をとる場合である。

次に第２の実施例として検出器９からの信号をディジタ
ル変換（例えば閾値を超えた場合を１１それ以外を０に
変換）し、このデイジタル信号を２つ得てその論理和を
とり、この論理和信号から検出を行う場合を説明する。

第７図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ第６図（Ａ）。

（Ｂ）に示した信号を、所定の閾値を設け、この閾値を
超えた信号のみｌとし他をＯとするディジタル変換を行
った後の各点の信号を示す３次元グラフである。この様
にして得られた２信号の論理和をとる。

得られた信号を第７図（Ｃ）に示す。この信号において
ｌで示された部分に異物が存在するとして検出を行う。

効果は前述と同様である。

上述実施例によれば表面状態検査用の受光素子は原理的
に単一であっても正確に検査が行い得る。

ここで、他の実施例として光軸の投影像の傾きを異なら
せた２つの受光手段を別個に設け、１回の検査で論理和
を得るべき２信号を１度に得る様にしてもかまわない。

又、基板を回転させる角度は９０″　に限らず、基板上
の回路パターン中に存在している基板の縦横方向以外の
方向性を持つパターンも考慮し、これらのパターンから
の散乱光が受光されない角度に決定するのが良い。

例えば基板上の全パターンが基板の縦横方向に対し、０
’、３０’、４５＠　　６０’　　　９０°　　１２０
゜１３５°　１５０’のいずれかの角度を成す場合、１
回目にβを１５°±５°の範囲のいずれかとし、２回目
にはβを７５°±５°の範囲のいずれかとすることによ
り、パターンからの散乱光はｌ、　　２回目共に検出さ
れない。

又、以上述べた実施例においては、基板を一定角度だけ
回転させる例を示したが、逆に該基板を固定して相対的
に光学系を回転させても良い。又、基板に対して投光手
段の一部或いは受光手段の一部のみを回転させても同様
の効果を期待できる。

更に、本発明は基板上の異物と回路パターンを分別する
表面状態検査方法だけでなく、一般に基板に対して照射
したレーザービームの散乱状態をもとに該基板の表面状
態を検査する種々の用途に広く適用できるものである。

（発明の効果） 元々回路パターンと異物の分離精度の高い表面状態検査
装置に本発明を用い、基板と光学系を相対的に一定角度
傾けて再検査することによって、分離精度を高く保った
ままで、異、方散乱性の異物についても、その検出能力
を格段に上げる事ができる。

その結果、焼付前のレチクル表面状態を高い信頼性で検
査でき、ウェハーの歩留まりを上げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図（Ａ）
、（Ｂ）は本発明に係る表面状態検査状態を示は反射部
材、８は導光レンズ、９は受光部、１００はコントロー
ラ、１１０は比較処理手段、１２０はステージ駆動手段
、１３０は出力装置、１５０はステージである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定パターンが形成された基板と受光素子とを第
   １の状態の位置関係にし、前記基板上を光束で走査して
   前記受光素子により該基板からの散乱光を受光する第１
   の検査段階と、前記基板と前記受光素子とを前記第１の
   状態とは異なる第２の状態の位置関係にし、前記基板を
   光束で走査して前記受光素子により該基板からの光を受
   光する第２の検査段階とを含み、前記第１と第２の検査
   段階で得られる検出結果の信号の和をとる事によって前
   記基板の表面状態を検査することを特徴とする表面状態
   検査装置。