JPH03222343A - パターン検査装置 - 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］ 本発明は表明状態検査装置に関し、特に光露光方式を用
いた半導体製造工程において、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、例えば
不透過性のゴく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
半導体焼付は装置（ステッパー又ハマスクアライナー）
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ｕｌｃ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。

その為、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
方法が提案されている。例えば第２図は異物が等方的に
光を散乱する性質を利用する方法の一例である。同図に
おいては、走査用ミラー１１とレンズ１２を介してレー
ザー１０からの光束をミラー１３の出入れによって上方
又は、下方に向け、２つのミラー１４．４５により各々
基板１５の表面と裏面に入射させ、走査用ミラー１１を
回転若しくは振動させて基板１５上を走査している。そ
して基板１５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、こ
れら複数の受光部１６．１７．１８からの出力信号を用
いて基板１５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に光束が入射すると入
射光束は等方的に散乱される為、複数の受光部からの出
力値が各々等しくなってくる。従ってこのときの出力値
を比較することにより異物の存在を検出している。

又第３図は異物が入射光束の偏光特性を乱す性質を利用
する方法の一例である。同図において偏光子１９、走査
用ミラー１１そしてレンズ１２を介してレーザー１０か
らの光束を所定の偏光状態の光束としよラー１３の出入
れによって上方又は・下方に向け、２つのミラー１４．
４５により各々基板１５の表面と裏面に入射させて走査
用ミラー１１により基板１５上を走査している。そして
基板１５からの直接の反射光及び透過光の光路から離れ
た位置に各々偏光子２０．２２を前方に配置した２つの
受光部２１．２３を設けている。

そして回路パターンからの回折光と異物からの錯乱光と
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
２１．２３より検出し、これにより基板１５上の回路パ
ターンと異物とを弁別している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらの従来例は共通して次の様な欠点
をもっている。即ち、検査光として、露光光でない光、
すなわち波長６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザーを主に用い
ている為にゴミによっては、この波長について光透過性
であっても、焼き波長は検査光波長と異る紫外光である
為に、光の吸収等が起き、その結果、異物検査時にはゴ
ミの付着していないレチクルと判定されても実際の露光
時にはウェハ上に共通欠陥を発生してしまうという点で
ある。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものてあっ
て、光透過性の異物等を確実に検出し、実際の帛光時に
影響する異物存在有無判定の信頼性を高めた露光装置の
提供を目的とする。

［課題を解決する為の手段及び作用］ 前記目的を達成するため、本発明によれば、ウェハ上の
潜像状態を検査する光学ユニットを露光装置に搭載し、
実際の製品ウェハの焼付けに先立って、潜像が形成され
るレジストを塗布したウェハを用いて、レチクルパター
ンをこのウェハ上に焼付ける。このようにして得られた
レチクルパターンの潜像を前記検査ユニットで検査し、
その結果に基づいて、前記レチクル上に、焼付けに影響
するレベルの異物が存在するか否かの判定をする。また
、露光光と同一波長の光でレチクル等の基板を照射し、
基板からの光を受光して基板上のパターンを検査するこ
とによっても焼付けに影響するレベルの異物が存在する
か否かを判定するようにしている。

［実施例］ 第１図は本発明の第１の実施例の構成図である。

■は焼付（露光）用の光源であり、超高圧水銀ランプ又
は、エキシマレーザ−等である。

２は照明系であり、光源１の発する光束を、所定の開き
角で、レチクル３のほぼ全面を均一に照明する。レチク
ル３は、レチクルチェンジャー７から焼付レンズ４の物
体面上（露光ステージ）に送り込まれる。

レチクル３上の回路パターンは、焼付レンズ４によって
ウェハ５の上に縮小転写される。ウェハ５には、潜像を
形成させるためのレジストが塗布されている。そして、
本実施例ではレチクル３のパターンをウェハ５上に最低
１回転写露光する。

しかる後、ステージ６を移動させてウェハ５を潜像検査
用ユニットＡに送り込む。

次にこの潜像検査用ユニットＡについて説明する。

検査用光源２０はウェハ上の潜像を観察しつる波長て、
尚かつ、潜像を消去しない波長帯域の光束を発する。光
源２０としてレーザー、ハロゲンランプ（色フィルター
付）等を用いることがてきる。この光学系はコンデンサ
ーレンズ２１、ビームスプリッタ−２２、および検査用
対物レンズ２３を介して、ウェハ上の潜像領域（レチク
ルパターンの転写領域）を照明する。その反射光は対物
レンズ２３、ビームスプリッタ−２２を通して戻り、リ
レーレンズ２４の作用によって受光器２５上に集光する
。ウェハ面と受光面とは光学的に共役関係に設定される
。受光器２５は二次元ＣＣＤアレー若しくは映像管の様
な位置センサーであり、以上のシステム構成によって、
レチクル上の回路パターンは異物も含めて、−担つエバ
上に転写された後、検査ユニットの受光面上に写し出さ
れる。

受光器２５の出力は電気処理系２６によって処理され、
異物の検出が行なわれる。第４図はこの電気処理系２６
の回路の一例を示す。

位置センサー（受光器）２５の出力は、検査条件の設定
、例えば、ウェハの位置決め検査のスタートおよび終了
を指令するコントローラ４６の支配下で、制御回路／ド
ライバー４０のタイミング管理を受けて取り込まれる。

そして、アンプ４１で増巾された後、Ａ／Ｄ変換器４２
でＡ／Ｄ変換され、ざらに二値化回路４３で二値化処理
される一方、コントローラ４６は予め装置にメモリーさ
れたレチクルパターンの設計データを読み出させ、この
両者を比較回路４４で比較する。そして、両者の出力が
一致しなかった場合、レチクル上に異物有りと判定し、
その位置と大きさ等をメモリー４５内に記憶させる。

尚、第１図において、Ｂはウェハを位置決めして所定］
を露光位置に送り込む為のアライメントユニットである
。ウェハをレチクルに対して最終的に位置決めする方法
には大別して２通りある。

その１つは焼付レンズを通してアライメントするＴＴＬ
方式であり、この方式に対してはユニットＢはウェハの
プリアライメントの役目をなす。

もう１つはステージの送り込み精度を高める事によって
、露光位置外でウニへの位置出しを完了し、そのまま送
り込んで露光するというオフアクレス方式である。この
方式に対しては、ユニットＢはウニへの最終アライメン
ト用の役目をなす。

いずれの方式においてもその基本構成は、光源１０、対
物レンズ１４、受光器１５および電気処理系１６とから
なる。従って、ステッパー全体の装置構成から考えて、
このアライメントユニットＢに本発明の潜像検査用ユニ
ットＡの機能を持たせても良い。

本発明の別の実施例を第５図に示す。第１図の実施例と
異なる点は、検査ユニット内に空間フィルターを用いた
点である。以下に空間フィルター（３１）を挿入した場
合の利点について述べる。

一般にウェハ上の回路パターンは、縦、横方向の線が多
い。これにレーザービームを当てると、第６図（ａ）お
よび（ｂ）に示すようにパターンを直交方向に回折光が
とぶ。したがって、これらの回折光を遮断する空間フィ
ルター（第７図（ａ））を検査対物レンズ２３（第５図
）の射出瞳の位置に設けると、受光器２５の再結像面（
受光面）上には縦、横方向の線は結像しない。これに対
し、異物の形状は円形状に近いので、空間フィルターを
その散乱光が通り抜は再結像する。

以上の作用により、ウェハ上の主たる回路パターンを消
し去った状態で、異物のみを電気的に検出できる。従っ
て、第４図の回路において、設計データとの比較のため
の回路が不要となるので、電気系の構成が格段に簡略化
される。

ｖＳ７図（ｂ）は回路パターン上の縦、横の線とともに
斜め４５°方向の線も光学的に消去する空間フィルター
である。

実際には、露光後にウェハ上に付着した異物もレチクル
上から転写された異物の潜像と同様に検出してしまう欠
点が生じる。これを区別する為には、レチクルパターン
をウェハ上に２回（ステップ）くり返して露光転写し、
上記の検査を各チップについて行なう。そして、２つの
チップの同じ位置に異物が検出されるか否かを調べれば
よい。

レチクル上に付着した異物なら、露光するすべてのチッ
プの同一位置に異物が検出される。これに対して、ウェ
ハ上に付着する異物の場合、隣り合うチップの同一位置
に、同じ大きさの異物が付着する確率は殆どないからで
あるからである。

第７図（Ｃ）は、同じく受光対物レンズの射出瞳位置に
おく空間フィルター３１の第３の例であり、位相差顕微
鏡系に用いられる位相板である。

その周辺部ｐｔは隼なる平行平面板であるのに対し、中
央部Ｐ０は周辺部との位相差をπ／２つける為に光学薄
膜が蒸着されている。このような位相板を用いる事によ
って、潜像の露光部と未露光部の間での位相差を受光面
上では強度差として高いコントラストで検知できる。

このような位相差検出法の効果をより良く出す為に、投
光部においては光源２０としてレーザーを用いる。そし
て空間フィルター３１と同じく、ビームスプリッタ−２
２への入射光路上の対物レンズ２３の射出瞳位置に第７
図（ｄ）に示すような絞り３２を設ける。この絞り３２
は中心部（Ｐ、）が間し、この開口の大きさと前述の空
間フィルター３１の中心部（ＰＧ）との大きさは、第６
図の配置においては等しくする。これは次の理由による
。

一般的には、絞り３２と空間フィルター３１とは光学的
に結像関係にあるので、絞り３２上の点から発した光束
はビームスプリッタ−２２、対物レンズ２３を介して潜
像面で反射し、同じく対物レンズ２３、ビームスプリッ
タ−２２を戻って空間フィルター３１の中心部の対応す
る１点に結像する。位相差法ではこれを０次光と呼ぶが
、この０次光に厳密に位相差を与える事が、高コントラ
ストを得る為には必要だからである。

第８図は、本発明の第３の実施例の構成を示す。第１図
の実施例と異なる点は、潜像検査ユニット内で検査用光
学系を２セット並列に設けた点である。そして、この２
つの対物レンズ２３と２３　の光軸間隔は、ウェハ上に
レチクルパターンを複数回転写する際のチップ間のピッ
チ量（ｐ）に等しくしである。モしで、電気処理系３０
の構成は第４図と異なり、設計データを読み出す必要が
なく、単に２つの検出器の出力を比較すればよい（第９
図）。

このような方式は、ルーチクル上に複数チップ（以下の
説明では３チツプとする）配置しである場合に、非常に
有効である。その利点を以下に示す。

第１０図はレチクルパターンをウェハ上に１２回（１２
チツプＣ１〜Ｃｌ２）＜り返し転写させたものである。

各チップの中では、同一パターン領域が３箇所（Ａ、Ｂ
、Ｃ）（り返されている。

まず２本の検査対物レンズのうち、１つを０１チツプの
Ａ領域に設定し、残りの１つをＣ２チップのＢ領域に設
定する。そして、この２つの領域の対応する位置同士を
順次比較する。もし、２つの出力が異なる場合、その位
置（ＰＲ）をメモリーしておく。

次に、ウェハを移動していずれかの対物レンズで、Ｃ２
チップのＣ領域内ＰＲ点を検査する。又は、Ｃ１チップ
のＣ領域内ＰＲ点でもよい、これら３領域内のＰＲ点の
出力を３つ比べると、１点だけ出力が異なる点がわかる
。例えばその点が、Ａ領域内のＰＲ点だとする。最後に
Ｃ２チップのＡ領域内ＰＲ点を検査して、Ｃ１チップの
それ（異常点〉と同一出力だったなら、全チップにおい
てＡ領域内のＰＲ点はレチクル上の異物がくり返し転写
されている事になる。

逆に、もし、Ｃ２チップのＡ領域内ＰＲ点の出力がＣｔ
チップのそれ（異常点）と異なる場合、Ｃ１チップのＡ
領域内ＰＲ点だけが異常と考えられる。この場合はこの
ウェハ上の位置だけに、異物が付着したものと判断され
る。

以上の様なチップ比較を行なう事により、電気処理上も
格段に処理が簡略化され、しかも、設計データを読み出
す時間損失がないので、処理の高速化が図られる。

第１１図は、前記検査方式を１チップ／ルチクルにも適
用した場合を示す図である。この場合、同一パターンの
レチクルが３枚必要となる。

そして、各レチクルを１枚の潜像形成用ウェハ上にずら
して焼きつける（図中ＲＡ、ＲａＲＣ）− 前記第１０図の例の３領域Ａ、Ｂ、Ｃがこの場合ＲＡ、
ＲＢ、ＲＣに対応し、これらのうち２領域ずつを前例を
同じ要領で２つの対物レンズで各々比較検査する。

第゛１２図は本発明の第４の実施例を示す。第１図の実
施θ１１と異なる点は、潜像検査ユニット内で異なる検
査方式を用いた点である。即ち、ウェハにレーザービー
ムを斜入射して一方向（紙面と直交方向）にビームスキ
ャンし、その異物散乱光を検出する。そして、ビームス
キャンを同期して、これと略直交方向（ＳＩ”Ｓ２）に
クエへを移動させて、全検査領域を漏れなく検査する。

レーザー８０から発したビームは、ビームエキスパンダ
ー８１によって光束を広げられ、ポリゴンミラー８２に
入射する。ポリゴンミラー８２は紙面と直交な面内で回
転するが、これによって走査レンズ８３を介してウェハ
上に集束したビームが形成され紙面と直交方向に走査さ
れる。

受光光学系は、ウェハ上に形成されるビーム走査線を見
込み、しかも、ウェハ面上での直接反射光を拾わない方
向に設定される（第１２図では後方散乱光を拾う）。ウ
ェハ上の異物が発した散乱光は、殆ど全方位に広がるが
、そのうち受光対物レンズ８４に捕獲された光束は同レ
ンズを通過後、平行光束となる。受光対物レンズ８４の
射出瞳位置には、開口絞り８５があってこれが捕獲する
光束径を決める。この絞り８５を通過した散乱光束は再
結像レンズ８６の作用で再集束し、ウェハ上のビーム走
査線と光学的に共役な位置がここに作られる。この位置
には、視野絞り８７（スリット状）が設けられていて、
ウェハ上の走査線以外から余計なフレアー光等を遮断す
る。散乱光束は視野絞りを通過すると発散し、集光レン
ズ８８によって平行にされてフォトマル８９に受光され
る。

上述の配置、つまり、ビームを斜入射し、後方散乱光を
検出する、という構成をとる事によって回路パターンと
異物とのＳ／Ｎ比を上げられる。

なぜなら、回路パターンの回折光はウェハ上面での直接
反射光（Ｒ）に付随して発生する。そして、この直接反
射光から角度的に離れる程（図中θが大きくなる程）、
低減する。その為、第１２図の配置をとればθが大きく
とれるので、回路パターンに対する異物の弁別精度を上
げられる。

第１３図は、更に、パターンと異物とのＳ／Ｎ比を上げ
る為の構成例である。ビームの入射系と受光系とは第１
２図の構成を用いることができる。この例は、ウェハの
縦、横パターン方向（図中ＶＩ　Ｖ２　、Ｈｔ　Ｈ２方
向）に対し、検査用光学系の光軸のウェハ上投影線を１
５°程（β°）捩ったものである。

ウェハ上の回路パターンは、第６図を参照して述べた様
にパターンと直交方向に回折してとぶ。

そして、回路パターンとして最も多い方向は縦、横であ
り、次いで±４５°方向が多い。

±３０°、±６０°の場合もある。したがってクエへを
光学系に対して１５°捩ってビームを入射し、この入射
面内で受光すると、回路パターンの回折光を回避できる
。異物散乱光は全方向にとぶので、この方向にくる散乱
光を拾えば、異物の検出率も格段に上げられる。

以上は主に潜像を一担形成してそれを検査するシステム
について述べたが本発明の主旨はこれに限定されない。

つまり、焼付レンズを通さないでも実際に焼付に用いら
れる波長と概等しい波長を用いてレチクルを検査する事
も含むものである。

第１４図はこの実施例である。

１０１は光源であり、ＩＣパターンの焼付に用いられる
波長と同じ波長の光を発生する。焼付用波長としては、
水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）
に代表される紫外光、あるいは、エキシマレーザ−の場
合３０８ｎｍ。

２４８ｎｍ、１９３ｎｍの波長光が使用可能と考えられ
ている。１０２はこの光束をレチクル上に照射するため
の照明系であり、大別するとレチクル上の全面または部
分を一括照明する場合と、ポリゴンの様な回転素子で集
光ビームをレチクル上にスキャンさせる（この時、レチ
クルはビームスキャンと直角方向にステージ移動される
。）場合とがある。

レチクル面からは回路パターンや異物からの散乱光が発
生するが、これを検出光学系１０５で受光して光電変換
素子１０６上に導く。この図の場合では、レチクルのパ
ターン面側に付着した異物を全て見逃さずに検出しよう
という意図からして、照明光束と受光光束をパターン面
側（下側）に設けたビームスプリッタ−１１２の働きで
分離している。また、検査面と光電変換素子面とを共役
に配置している。これ以外にも、例えば、光電変換素子
を検出光学系の瞳面上に置いてもいいし、第１２図の様
に照明光束や受光光束をレチクル面に対して傾けてもい
い。充電変換素子１０６の出力は電気処理系１０７によ
って処理されて異物の付着状態が検査される。電気処理
は例えば第４図で説明した方法で行な、う。これらの構
成において光源１０１や電気処理系１０７はコントロー
ラー１０８の支配下でタイミング指令を受ける。

上記実施例において散乱光ではなく蛍光を検出する様に
しても良い、以下に詳しく説明すると１０１を二キシマ
レーザーのような遠紫外光源とし、１０２の照明系ユニ
ットを、レチクル１０３を上部から均一に被検査領域全
域を同時（−括）に、しかも、所定のＮＡ（開口数）で
照明する働きをもつものとする。レチクル１０３の下方
にはビームスプリッタ１０４が設けられる。この働きは
次のようである。つまり、レチクルを反射してきた遠紫
外光束は、これを反射する。これに対し、レチクルの基
板上に付着していたゴミ等の異物は、一般に遠紫外光で
照射されると、その構成原子に応じて、可視域のうち特
定波長の蛍光を発する。そして、このビームスプリッタ
はこの蛍光の波長帯域を透過し、照射光の波長は反射す
るように設計されている。したがって、これ以降の検出
光学系には異物の蛍光しか導かれないので、これにより
異物の検出率を高める事ができる。この場合、異物の存
在を直接検出する事ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、実際の焼付時
に影響する異物の存在を確実に検出する事が可能になっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図および
第３図は従来例の説明図、第４図は第１図の実施例の電
気処理系の回路図、 第５図は本発明の第２の実施例の構成図、第６図（ａ’
）および（ｂ）は回路パターンとその回折光の説明図、 第７図（ａ）から（ｄ）までは空間フイルダーの各別の
例の説明図、 第８図は本発明の第３の実施例の構成図、第９図は第８
図の実施例の電気処理系の回路図、 第１０図は第８図の実施例の検査方法の一例の説明図、 第１１図は第８図の実施例の検査方法の別の例の説明図
、 第１２図は、本発明の第４の実施例の構成図、第１３図
は本発明の第４の実施例の変形例の説明図、 第１４図は本発明の第５の実施例の構成図である。 １：光源、２：照明系、３ニレチクル、５：ウェハ、２
０：光源、２３：検査用対物レンズ、２５：受光器、２
６：電気処理系。 特 許

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板を照明して基板上のパターンを被転写物上に
   転写するための露光光と同一の波長の光で基板を照射し
   、該基板からの光を受光して基板上パターンを検査する
   ことを特徴とするパターン検査方法。
2. （２）レチクルを照明する照明手段と、該照明手段によ
   り該レチクル上に形成されたパターンを基板に転写して
   パターン潜像を形成する露光光学系と、該基板に形成さ
   れた潜像を検査して回路パターン以外の異物を検査可能
   な潜像検査手段とを具備したことを特徴とするパターン
   検査装置。
3. （３）前記潜像検査手段は、光源と、該光源からの光に
   より前記基板を照明する照明光学系と、基板からの反射
   光を受光する光学検知器と、該光学検知器の出力を処理
   する電気処理系とからなることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のパターン検査装置。
4. （４）前記潜像検査手段は、基板からの反射光のうちパ
   ターンの回折光を除去するための空間フィルターを具備
   したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のパタ
   ーン検査装置。
5. （５）前記潜像検査手段の照明光学系は前記基板を斜め
   方向から照明し、前記光学検知器は前記基板の照明方向
   とは逆の後方散乱光を検出することを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載のパターン検査装置。
6. （６）前記潜像検査手段は、前記基板の位置決めを行う
   プリアライメント機構を兼用させて構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のパターン検査装置。
7. （７）前記潜像検査手段の電気処理系は、予め記憶され
   たパターンデータと前記光学検知器の出力データとを比
   較するように構成されたことを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載のパターン検査装置。
8. （８）前記潜像検査手段の電気処理系は、１枚のレチク
   ルにより複数回の露光を行い各露光により形成された潜
   像を比較するように構成されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載のパターン検査装置。
9. （９）前記潜像検査手段の電気処理系は、複数枚のレチ
   クルにより複数回の露光を行い各レチクル毎に形成され
   た潜像を比較するように構成されたことを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のパターン検査装置。