JPH0328688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、パターン欠陥の検出等に供されるパ
ターン検査装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ICの製造において、マスターマスク或いはレ
チクルにパターンの断線後の欠陥が存在すると、
所望する半導体素子を得ることができず、歩留り
低下の原因となる。このため、従来マスターマス
クやレチクル等のパターン欠陥を自動的に検査す
るマスク欠陥自動検査装置が用いられている。こ
の装置では、スポツト状の光をマスク面に照射す
ると共に、マスクを載置したテーブルをＸ−Ｙ方
向に移動させてマスク全面の欠陥検査を行う。検
出可能欠陥の大きさを小さくすると、検出光学系
の倍率を大きくする必要があり、その結果光学系
の焦点深度が浅くなる。光学系の焦点深度が浅く
なると、マスクの反り等により被検査面が焦点深
度内から外れ、欠陥の検出ができなくなる場合が
ある。そこで、上記のような装置には、被検査面
を自動的に検出光学系の焦点深度内に入れる自動
焦点合わせ機構が付加されている。

第１図は自動焦点合わせ機構を備えた従来のパ
ターン欠陥検査装置を示す概略構成図である。図
中１はレチクルで、ころレチクル１は固定部２上
をＸ方向（紙面左右方向）およびＹ方向（紙面表
裏方向）に移動可能なＸ−Ｙテーブル３上に載置
されている。レチクル１の上方には、対物レンズ
４および光検出素子５等を備えた光学鏡筒６が配
置される。この光学鏡筒６は、弾性部材７を介し
て固定端に固定されている。さらに、光学鏡筒６
は、モータ８、ウオータ９、ウオームホイール１
０およびねじ１１等からなる駆動機構により上下
動されるものとなつている。また、光学鏡筒６の
下部には空気の導入孔１２および導出孔（ノズ
ル）１３等からなる空気マイクロメータが設けら
れている。この空気マイクロメータは、ノズル１
３からレチクル１上に空気を送り込みその背圧か
ら距離を換算するものである。

また、図中１４は光源であり、この光源１４か
らの光は集光レンズ１５により集束されレチクル
１の上面（被検査面）に照射される。そして、レ
チクル１を透過した光を前記対物レンズ４により
光検出素子５の受光面に結像することによつて、
レチクル１のパターンが検査される。しかして、
レチクル１の反り等の低周波の上下動がある場
合、この変位を前記空気マイクロメータにて検出
し、前記駆動機構により光学鏡筒６を上下動する
ことによつて、レチクル１の反り等に追従して自
動焦点合わせが行われる。したがつて、レチクル
１に反り等の低周波の上下動があつても、パター
ン欠陥検査を精度良く行うことができる。

しかしながら、この種の装置にあつては次のよ
うな問題があつた。すなわち、LSIのようにパタ
ーンの線幅が極めて細くなり、許容欠陥の大きさ
がさらに小さくなると、検出光学系の焦点深度は
さらに浅くなる。その結果、マスクの反りだけで
なくマスクを載置して移動するＸ−Ｙテーブルの
走行精度および走行時の振動による上下動の変化
についても追従して自動焦点合わせする必要があ
る。これらの変位の周波数はマスクの反りによる
周波数に比して遥かに高いものであり、前述した
自動焦点合わせ機構で追従させることは不可能で
ある。このため、従来装置ではLSIのような線幅
の細いパターンの欠陥を高精度に検査することは
困難であつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、試料を移動しながら試料の被
検査面のパターンを検査するに際し、試料の被検
査面を検出光学系の焦点位置に高い周波数応答性
で自動的に合わせることができ、微細パターンの
欠陥等の検査を高精度に行い得るパターン検査装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、試料の被検査面と検出光学系
との位置ずれを光学的に検出する位置ずれ検出機
構と、この検出機構により検出された位置ずれ情
報に応じて検出光学系を移動駆動する圧電効果を
有する駆動部材とからなる自動焦点合わせ機構を
付加したものである。

すなわち本発明は、試料の検査すべき被検査面
に光を照射すると共に、該試料を透過した光を対
物レンズによりパターン検査用光検出素子の受光
面に結像して上記被検査面のパターンを検査する
パターン検査装置において、前記光の光軸方向に
沿つて設けられた前記対物レンズおよびパターン
検査用光検出素子を取着した光学鏡筒と、この光
学鏡筒に取着された光ビーム発生源、位置ずれ検
出用光検出素子および該光ビーム発生源からの光
ビームを前記被検査面にスポツト状に集束すると
共に上記被検査面からの反射光を該位置ずれ検出
用光検出素子の受光面に結像する光学系からな
り、前記被検査面の所望位置と実際位置とのずれ
を検出する位置ずれ検出機構と、一端が固定され
その自由端で前記光学鏡筒を光軸方向に移動可能
に支持する弾性部材と、前記光学鏡筒と固定端と
の間に接続され上記光学鏡筒の重量をバランスす
るカウンタスプリングと、前記光学鏡筒と固定端
との間に接続され上記光学鏡筒を前記光軸方向に
移動駆動する圧電効果を有する駆動部材と、前記
位置ずれ検出機構により検出された位置ずれ情報
に応じて上記駆動部材による前記光学鏡筒の移動
量を制御する制御系とを具備してなるものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光学的な位置ずれ検出機構に
より得られた試料の被検査面の所望位置と実際位
置との位置ずれ情報により、圧電効果を有する駆
動部材で光学鏡筒を上下動しているので、上記位
置ずれを高精度に、かつ高速応答性良く補正する
ことができる。すなわち、試料の被検査面を検出
光学系（光学鏡筒）の焦点位置に高い周波数応答
性で自動的に合わせることができる。したがつ
て、微細なパターンの欠陥等をも高精度に検査す
ることができ、半導体技術分野での有用性は絶大
なものである。

また本発明では、光学鏡筒を光軸方向に移動可
能に支持する弾性部材と共に、光学鏡筒の重量を
バランスするカウンタスプリングを用いているの
で、光学鏡筒の重量により駆動部材および駆動部
材に加わる負荷を軽減することができる。ここ
で、駆動部材は光学鏡筒を光軸方向に移動可能に
支持するために平行板ばね等を形成するものであ
り、大きな重量を支えることはできない。このた
め、カウンタスプリングがないと駆動部材に大き
な重量が加わることになり、駆動部材の負担が大
きくなると共に、高速駆動が難しくなる。一方、
駆動部材の剛性を極端に高くすると光学鏡筒の重
量を支えることはできるが、この場合駆動部材の
駆動変形に抗して駆動部材で光学鏡筒を移動する
ため、駆動部材自身が駆動部材による光学鏡筒の
移動を妨げることになる。

これに対し、カウンタスプリングを用いて光学
鏡筒の重量をバランスすると、弾性部材および駆
動部材に加わる負荷を軽減することができ、駆動
部材の負担を小さくすると共に、高速駆動が可能
となる。なお、カウンタスプリングは、変位に対
する押圧力（引張り力）の変化が極めて小さいの
で、駆動部材による光学鏡筒の移動を妨げること
はない。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の一実施例に係わるパターン欠
陥検査装置を示す概略構成図である。図中２１は
レチクル（試料）であり、このレチクル２１はそ
の被検査面を下にして図示しないＸ−Ｙテーブル
上に載置されている。レチクル２１の上方には光
源２２が配置されており、この光源２２からの光
は集光レンズ２３を介して集束されレチクル２１
に照射される。レチクル２１を透過した光は光学
鏡筒２４の上部に設けられた対物レンズ２５ａ，
２５ｂ，２５ｃにより、光学鏡筒２４の下部に設
けられたパターン検査用光検出素子２６の受光面
に結像される。そして、この光検出素子２６によ
り得られたパターン情報と設計パターン情報とを
比較することにより、パターン欠陥の有無が検査
されるものとなつている。

前記光学鏡筒２４は平行バネを構成するよう配
列された弾性部材２７，２８を介して固定部２９
に固定されている。弾性部材２７，２８は、第３
図ａ，ｂにそれぞれ平面図および矢視Ａ−Ａ断面
を示す如く、円板体の所望部分を軸対称に穿設し
て設けられており、これにより光学鏡筒２４は光
軸方向（上下方向）にのみ移動可能となつてい
る。また、光学鏡筒２４と固定部２９との間に
は、カウンタスプリング３０および駆動部材３１
がそれぞれ接続されている。カウンタスプリング
３０は光学鏡筒２４を支えこの鏡筒２４の重量を
バランスするものである。駆動部材３１は圧電効
果を有する素子、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系
の磁器で製作されたピエゾ素子からなるもので、
駆動回路３２により電圧を印加されて伸縮し、こ
れにより光学鏡筒２４が上下動せられるものとな
つている。なお、第２図中３３，３４，３５，３
６は弾性部材２７，２８をそれぞれ光学鏡筒２４
および固定部２９に固定するための固定部材であ
り、固定部材３３，〜，３６はそれぞれ図示しな
いボルトによつて光学鏡筒２４或いは固定部２９
に固定されている。

また、前記光学鏡筒２４の左方部には、発光用
電源４１により発光駆動される発光素子（光ビー
ム発先源）４２が取り付けられている。この発光
素子４２からの光は、ビームベンダ４３ａ，４３
ｂおよびレンズ４４ａを介し、集束されたビーム
となり前記レチクル２１の被検査面に照射され
る。レチクル２１の被検査面からの反射光はビー
ムベンダ４３ａ，４３ｄおよびレンズ４４ｂを介
し、光学鏡筒２４の右方部に取り付けられた受光
素子（位置ずれ検出用光検出素子）４５の受光面
に結像される。受光素子４５は、例えば２分割の
ホトダイオードからなるもので、試料２１の被検
査面が所望位置、つまり対物レンズ２５ａ，〜，
２５ｃおよび光検出素子２６等からなる光学系の
焦点位置にあるときに、その中央部に反射のスポ
ツトが結像されるよう位置決めされている。受光
素子４５の２つの出力はそれぞれ減算回路４６お
よび加算回路４７を介して割算回路４８に供給さ
れる。この割算回路４８の出力は、発光素子４２
の光度変化や光路中の光学素子の透過率、或いは
反射率の変化等が生じても、これらの変化に関係
なく、試料２１の被検査面の上下動に対応したも
のとなる。そして、割算回路４８の出力、つまり
位置ずれ情報が前記駆動回路３２に供給され、こ
れにより光学鏡筒２４の移動量が制御されるもの
となつている。

ここで、試料２１の被検査面が前記光学系の焦
点位置にある場合、前述したように発光素子４５
の中央部にスポツトが結像されるため減算回路４
６の出力は零となる。このため、割算回路４８の
出力も零となり光学鏡筒２４は移動されない。一
方、試料２１の被検査面が前記光学系の焦点位置
よりずれた場合、例えば焦点位置より下方向に変
位した場合、受光素子４５に結像されるスポツト
は中央部より下方向にずれる。このため、減算回
路４６の出力は正或いは負となり割算回路４８を
介して駆動回路３２に与えられる。そして、駆動
回路３２により前記駆動部材３１を伸長させる方
向の電圧が印加される。これにより、光源鏡筒２
４が上方向に移動し、その結果前記被検査面の位
置ずれが補正されることになる。また、試料２１
の被検査面が前記光学系の焦点位置より下方向に
ずれた場合は、上記と逆の動作となりその位置ず
れが自動的に補正されることになる。

このように本装置では、レチクル２１の被検査
面を常に検出光学系の焦点位置に合わせた状態
で、レチクル２１のパターン欠陥を検査すること
ができる。そしてこの場合、レチクル２１の被検
査面の位置ずれを光学的に検出すると共に、光学
鏡筒２４を上下動する駆動部材３１としてピエゾ
素子（最小変位50Å、応答周波数5kHz以上）を
用い、光学鏡筒２４を弾性部材２７，２８の弾性
変形により移動させているので、高い分解能と高
い応答周波数を得ることができる。実際には最小
分解能0.1〔μm〕，応答周波数300〔Hz〕の高性能を
得ることができた。また、光学鏡筒２４を平行バ
ネを形成するように配列された弾性部材２７，２
８で支持しているので、横方向の剛性が高く、光
学鏡筒２４を上下動した場合にあつても光学鏡筒
２４が傾く等の不都合はない。さらに、カウンタ
スプリング３０によつて光学鏡筒２４の重量を支
えているので、駆動部材３１に加わる負荷を小さ
くすることができる。また、発光素子４２、受光
素子４５、レンズ４４ａ，４４ｂおよびビームベ
ンダ４３ａ，〜，４３ｂ等からなる位置ずれ検出
機構を光学鏡筒２４に直接取り付けているので、
レチクル２１の被検査面に照射されるスポツト光
の入射角を小さくすることができ、これにより位
置ずれ検出精度の向上をはかり得る等の効果を奏
する。

第４図は他の実施例の要部構成を示す断面図で
ある。なお、第２図と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。この実施例
は、高い周波数応答をより確実に行うために、組
み立て精度の向上をはかつたものである。すなわ
ち、前記光学鏡筒２４は円筒状に形成され、その
外周面にねじ部２４ａが設けられている。同様
に、前記固定部２９の開口も円形状に形成され、
その内周面にねじ部２９ａが設けられている。そ
して、前記弾性部材２７，２８は円環状のナツト
５１，〜，５８により固定されている。つまり、
最初にカウンタスプリング３０により光学鏡筒２
４をつるしておき、この状態でナツト５１および
弾性部材２７を入れ、次いでナツト５２，５３を
用いダブルナツト形式で弾性部材２７を光学鏡筒
２４および固定部２９にそれぞれ固定する。次
に、駆動部材３１を入れナツト５４を所定位置ま
で入れ、さらにナツト５５を用いダブルナツト形
式で駆動部材３１をナツト５３，５４間に接続す
る。次に、ナツト５６および弾性部材２８を入
れ、前記と同様にナツト５７，５８を用い弾性部
材２８を光学鏡筒および固定部にそれぞれ固定す
る。最後に、ナツト５４に設けられたねじ穴にボ
ルト５９を差し込み駆動部材３１を持ち上げるよ
うにねじ込む。そして、光学鏡筒２４の位置が所
定位置となつた時点でボルト５９を固定するもの
となつている。

このような構成であれば、先の実施例と同様の
効果を奏するのは勿論、各部品の製作精度を上げ
ることなく正確な組み立てを行い得ると云う効果
を奏する。また、ダブルナツトで固定するため、
確実に固定することができる。さらに、組み立て
および分解の簡単化をはかり得る等の利点もあ
る。

なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記位置ずれ検出用光検
出素子として、固定撮像素子や、その他の半導体
位置検出器を用いてもよい。また、前記弾性部材
は第３図に示した形状に限らず、一般に用いられ
ている第５図に示す螺旋形状のものでもよいの
は、勿論のことである。さらに、駆動部材の定常
位置を調整する調整機構として偏心カム等を用い
てもよい。また、光学鏡筒、試料および光源等の
位置関係を逆にすることも可能である。要するに
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置を示す概略構成図、第２図は
本発明の一実施例に係わるパターン欠陥検査装置
を示す概略構成図、第３図ａ，ｂは上記実施例装
置に用いた弾性部材の形状を示す平面図および断
面図、第４図は他の実施例の要部構成を示す断面
図、第５図は変形例を示す平面図である。 ２１…レチクル（試料）、２２…光源、２３…
集光レンズ、２４…光学鏡筒、２５ａ，２５ｂ，
２５ｃ…対物レンズ、２６…パターン検査用光検
出素子、２７，２８…弾性部材、２９…固定部、
３０…カウンタスプリング、３１…駆動部材、３
２…駆動回路、４２…発光素子、４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，４３ｄ…ビームベンダ、４４ａ，４
４ｂ…レンズ、４５…受光素子（位置ずれ検出用
光検出素子）、５１，〜，58…ナツト、５９…調
整用ボルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料の検査すべき被検査面に光を照射すると
   共に、該試料を透過した光を対物レンズによりパ
   ターン検査用光検出素子の受光面に結像して上記
   被検査面のパターンを検査するパターン検査装置
   において、前記光の光軸方向に沿つて設けられ前
   記対物レンズおよびパターン検査用光検出素子を
   取着した光学鏡筒と、この光学鏡筒に取着された
   光ビーム発生源、位置ずれ検出用光検出素子およ
   び該光ビーム発生源からの光ビームを前記被検査
   面にスポツト状に集束すると共に上記被検査面か
   らの反射光を該位置ずれ検出用光検出素子の受光
   面に結像する光学系からなり、前記被検査面の所
   望位置と実際位置とのずれを検出する位置ずれ検
   出機構と、一端が固定端に固定されその自由端で
   前記光学鏡筒を前記光軸方向に移動可能に支持す
   る弾性部材と、前記光学鏡筒と固定端との間に接
   続され上記光学鏡筒の重量をバランスするカウン
   タスプリングと、前記光学鏡筒と固定端との間に
   接続され上記光学鏡筒を前記光軸方向に移動駆動
   する圧電効果を有する駆動部材と、前記位置ずれ
   検出機構により検出された位置ずれ情報に応じて
   上記駆動部材による前記光学鏡筒の移動量を制御
   する制御系とを具備してなることを特徴とするパ
   ターン検査装置。 ２ 前記光学鏡筒は円筒状に形成されると共にそ
   の外周面にねじ部が設けられ、かつ内周面にねじ
   部が設けられた固定部の中空部内に配置されてお
   り、前記弾性部材および駆動部材の各一端を上記
   外周ねじ部に螺合するナツト類により上記光学鏡
   筒に固定し、前記弾性部材および駆動部材の各他
   端を上記内周ねじ部に螺合するナツト類により上
   記固定部に固定してなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のパターン検査装置。