JPH0643111A

JPH0643111A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH0643111A
Application number: JP5089769A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】回路パターンと異物との弁別精度を向上す
る。【構成】基板１から所定距離離れた位置に設けられ
た、受光器２に入射する光の受光面２０における強度分
布の基づいて異物と回路パターンとを弁別する。受光面
２０には複数の受光領域Ａ、Ｂ、Ｃが設けられており、
回路パターンの周期方向と入射光Ｉの入射方向とを最適
化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、欠陥検査装置に関し、
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上の回路パタ
ーン以外の異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置に関す
るものである。

【０００２】

【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た露光用の回
路パターンを半導体焼き付け装置（ステッパー又はアラ
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、基板面上に異物等が存在す
ると回路パターンと共に異物も転写されＩＣ製造の歩留
りを低下こせる原因となる。その為、ＩＣ製造過程にお
いて基板上の異物の存在を検出することが不可欠となっ
ており、従来より種々の検査方法が提案されている。図
１６は従来の異物検査装置の一例を示す図である。図に
おいて走査用ミラー１６３と走査レンズ１６４を介して
レーザ光源１６０からの光束をビームエキスパンダー１
６２等により平行拡大してからミラー１６３により基板
１６５の表面に入射させ、走査用ミラー１６３を回転も
しくは振動させて基板１６５上を走査している。そして
基板からの正反射光及び直接透過光の光路から離れた位
置に受光器１６６、１６７、１６８を設ける。これら複
数の受光器１６６、１６７、１６８からの出力信号を用
いて基板１６５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の強度分布は空間的に指向性
が強いため、複数の受光器からの各々の出力値は相異な
るが、異物からの散乱光の強度分布は空間的に指向性が
弱い（空間的に等方的に分布する）ため、複数の受光器
各々の出力値はほぼ等しくなる。従って、複数の受光器
各々からの出力値により異物と回路パターンとの弁別が
可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術においては近年ＩＣ回路パターンの微細
化に伴い、レチクル又はフォトマスク等の基板上の回路
パターンも微細化し、離散的に現れる回折光の強度分布
が等方的になり、異物からの散乱光の強度分布と区別が
つかなくなってきた。

【０００４】そこで、本発明は前述のような従来の問題
点に鑑みてなされたもので、微細な回路パターンと異物
とを高い分離検出率をもって検査可能である欠陥検査装
置を提供することを目的とする。また、検査点から所定
距離離れた位置に設けられた受光器の受光面における、
回路パターンからの回折光の強度分布と受光面に設けら
れた複数の受光領域との位置関係が最適となるようにす
るため、回路パターンの周期方向と入射光の入射方向と
の関係を最適化することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、表面に回路パターンが形成された基板
（１）の表面に照射する光束（Ｉ）を生成する光源
（６）と、光源からの光束を基板表面上の検査点に集光
させる集光手段（３、４、５）と、光束を基板上で一次
元方向に光走査する光走査手段（４）と、基板を載置す
るとともに、少なくとも前記光走査の方向とほぼ垂直な
方向に移動可能な基板ステージ（１０）と、被検査点か
ら発生する光束を受光する受光面（２０）を有し、受光
面で受光された光束の強度に応じた受光信号を出力する
受光手段（２）と、受光信号に基づいて基板表面の欠陥
の有無を弁別する弁別手段（１００）とを有する欠陥検
査装置において、受光面は複数の受光領域（Ａ、Ｂ、
Ｃ）に分割され、受光領域毎に入射する光束の強度に応
じた複数の独立した受光信号を出力し、弁別手段は複数
の受光信号のすべてが所定の閾値以上のときに欠陥あり
の判断を行い、それ以外のときは欠陥なしの判断を行う
ものであって、回路パターンからの回折光が受光面に入
射し、受光面上に形成される回折光の強度分布を直接ま
たは間接的に測定する回折光分布測定手段（１２）と；
基板への前記光束の照射する方向を選択する照明方向選
択手段（１１）と；受光面を回転させることにより前記
受光領域の位置を調整する受光領域調整手段と照明方向
選択手段と受光領域調整手段とを調整する調整手段（１
００）とを有し、回折光分布測定手段は、欠陥検査を行
う前に前記受光面上に入射しうる回折光分布を測定し、
調整手段はこの結果に基づいて照明方向選択手段により
回路パターンに対する前記光束の照射する方向を規定す
ることによって前記受光面上の回折光分布を最適化する
こととした。

【０００６】

【作用】被検査基板が半導体製造の為に用いられるレチ
クル等の場合、１枚のレチクル上で２次元周期パターン
を多く含んでいる場合がほとんどである。この点に着目
し、本発明では基板毎に、または検査エリア毎に検査装
置の投光系の入射方向と回路パターンの周期方向との関
係を最適化する。

【０００７】そのため、本発明では基板の２次元周期パ
ターンのフーリエスペクトルを測定するセンサを設け、
センサにより計測された２次元周期パターンのフーリエ
スペクトルに基づいて投光系の入射方向と回路パターン
の周期方向との位置関係を最適化する。

【０００８】

【実施例】図１は本願発明の第１の実施例による欠陥検
査装置の概略構成を示す斜視図である。図１でレーザ光
源６から射出された光束は、ビームエキスパンダー５を
経て、基板１（レチクル、ウエハ等）と光束とを相対移
動させる移動手段を構成する振動ミラー４、ｆーθレン
ズ３を介して、回路パターンが形成されている基板１の
検査点Ｏに集光される。集光された入射光束Ｉは、振動
ミラー４により基板１上でＸ方向に沿って相対走査さ
れ、基板１上に光走査線Ｌ−Ｏ−Ｒを形成する。ｆ−θ
レンズ３は、焦点距離の大きいレンズ系であり、図では
入射光束Ｉの基板１への入射方向はＹ方向とほぼ等しく
なっている。ビームエキスパンダー５はエアーシリンダ
ー等の駆動手段９により入射光学系の光路中から退避可
能となっている。基板１はＹ方向に移動可能なステージ
１０上に載置されており、振動ミラー４とステージ１０
により基板１上全面に渡って異物検査することができ
る。ステージ１０はステージ駆動手段１１によりＸ、Ｙ
方向に２次元移動可能であるとともに、ＸＹ平面内で回
転可能となっている。

【０００９】受光面２０は基板１より所定距離離れた位
置に設けられている。そして、受光器２の受光面はフア
イバー束（受光セグメントＤ）で構成され、受光面に入
射する光束を伝導するイメージファイバー１３を介して
２次元ＣＣＤアレイ等の２次元光電変換素子１２によ
り、受光面２０における入射光束の強度分布を検出可能
となっている。

【００１０】また、受光面２０は各々独立して光電変換
可能な受光領域Ａ、Ｂ、Ｃを有する。各々の受光領域
Ａ、Ｂ、Ｃに入射した光束の各々は光ファイバー７によ
ってそれぞれ光電変換器８に導かれて独立に光電変換さ
れる。光電変換器８からの信号Ａ₁、Ｂ₁、Ｃ₁は制御
器１００に入力され、制御器１００は各々の信号の例え
ば論理積をとることにより異物と回路パターンとを弁別
する（詳細後述）。また、受光器２は不図示の駆動手段
により受光面とほぼ平行な面内で回転可能となってお
り、長手方向を有する受光領域Ａ、Ｂ、Ｃの方向を調整
可能となっている。制御器１００はステージ駆動手段１
１や受光器２を回転させる駆動手段（不図示）を制御す
るとともに、装置全体を統括的に制御する。ここで検査
点Ｏ（入射光束Ｉの集光点）を中心として、模式的に描
いた球体Ｓを考える。図では、入射光束Ｉと球体Ｓの球
面との重複領域である曲断面をｉ、また曲断面ｉの基板
１表面（ＸＹ平面）上への正射影（垂直方向への射影）
を正射影ｉ’で示す。また、基板１による正反射光束Ｉ
ｒの球体Ｓによる曲断面はｒとなり、曲断面ｒの基板１
表面（ＸＹ平面）上への正射影（垂直方向への射影）を
正射影ｒ’で示す。受光面上の図形ｊは、離散的に発生
する回折光が受光面の中央に入射する際の照射領域（回
折像）を示している。図では、この回折光と球体Ｓの球
面との重複領域である曲断面をｊ’で、曲断面ｊ’の基
板１表面への正射影をｊ”で示している。この正射影
ｊ”は入射光束Ｉの正射影ｉ’と合同な図形である。

【００１１】また、受光面２０に入射する光束は球体Ｓ
の球面上の曲断面２０ａに対応し、曲断面２０ａの基板
１表面への正射影は２０ｂとなる。受光領域Ａ’、
Ｂ’、Ｃ’は球体Ｓの球面上の曲断面に対応し、曲断面
Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の基板１表面への正射影はＡ”、
Ｂ”、Ｃ”となる。次に図２は図１をＺ軸方向から見た
模式的な図であり、各受光面に入射する光束のフーリエ
スペクトル（詳細後述）と入射光束のフーリエスペクト
ルを示す図である。図には各受光領域の正射影Ａ”、
Ｂ”、Ｃ”が示されている。図中ｒ’は正反射光Ｉｒ
（図１参照）と球体Ｓとの重複領域である曲断面ｒの正
射影ｒ’である。図２のＵＶ座標系は正射影ｒ’の中心
位置を原点とした新たな直交座標系である。

【００１２】正射影ｉ’、ｒ’は図２のＵ軸（Ｘ軸）と
平行方向に長手方向を有し、短手方向はＶ方向に一致
し、Ｖ₀の幅となっている。また各受光領域の正射影
Ａ”、Ｂ”、Ｃ”はＸ方向に長手方向を有し、各受光領
域の正射影Ａ”、Ｂ”、Ｃ”のＹ方向の幅はｄとなって
いる。このｄはパターンと異物の弁別能力を考慮すると
短いほどよい。ｄを短くすることにより減少する受光面
積はＵ軸方向に平行な方向の長さを延長することで補う
ことが可能である。ここでは正射影Ａ”と正射影Ｃ”と
の間隔は回折光の正射影ｊ”（正射影ｉ”）のＹ軸方向
の幅に等しくなっている。同図における図形ｊ”は図形
ｉ’及び図形ｒ’と合同である。

【００１３】尚、図１においてｆ−θレンズ３や受光器
２は、光走査距離に比べて十分遠くに配置することが望
ましい。これは、振動ミラー４により光走査を行って検
査点Ｏが移動した場合に、正射影図（図２参照）上にお
ける各正射影の関係が所定の関係（詳細後述）からなる
べく変化しないようにするためである。次に本発明の原
理に関して回折光の発生状態の様子とともに説明する。

【００１４】基板１上の回路パターンに入射ビームＩを
基板上で集光するように入射させると基板上では平面波
となる。基板上の照明領域には回路パターンの有無およ
び反射率などによって決まる光の振幅分布が形成され
る。この入射平面波の振幅分布により生じる回折現象を
入射光束の照明領域の無限遠点で観測した場合、フラン
フォーファー回折として扱える。基板面における２次元
回路パターンにより決定する入射平面波の振幅分布をＦ
（ｘ，ｙ）と示す。すると無限遠点における回折像ｆ
（ｕ，ｖ）との関係はフーリエ変換の関係になってい
る。数式１にこの関係を示す。

【００１５】

【数１】

【００１６】数式１においてｆは観察点までの距離、Ｃ
ａは定数である。ここで、基板面におけるｘ、ｙは位置
を示す座標であり、回折像の座標ｕ，ｖは空間周波数を
示す。両者の間には数式２、数式３の関係がある。（ｌ−ｌ₀）／λ＝ｕ …（２）（ｍ−ｍ₀）／λ＝ｖ …（３）ここで、λは入射光の波長を示し、ｌ₀、ｍ₀は平面波
が基板面に入射する方向の方向余弦を示し、ｌ、ｍは基
板からの無限遠点での観測点に対応する空間ベクトルの
方向余弦である。

【００１７】前述の照明領域を±ｘｅ、±ｙｅと定義す
ると、数式４を満足することで無限遠点を実現できる。ｆ≫ ２（ｘｅ²＋ｙｅ²）／λ …（４）ここで、半径ｆを有し、照明領域を中心に持つ模式的な
球体Ｓを考えてみる。すると前述のｕ、ｖは数式５、数
式６のようになる。ｆ・（ｌ−ｌ₀）＝Ｕ＝ｕ・λ・ｆ …（５）ｆ・（ｍ−ｍ₀）＝Ｖ＝ｖ・λ・ｆ …（６）（方向余弦）×ｆ、すなわち方向余弦に対応する球体Ｓ
上の点を基板上に正射影すると、フーリエ変換面での座
標ｕ，ｖに比例したＵＶ座標に変換される。以下では簡
単のためＵＶ平面をフーリエ面と呼ぶ。また原点は０次
光位置になる。また、以下では模式的に描いた球体の半
径ｆ＝１／λとし、これが数式４の条件を満足するもの
として説明する。

【００１８】図１の基板１上に設けられている比較的微
細度の高いパターンニングで製作されるＤＲＡＭ等のメ
モリＩＣの回路パターンは、２次元の周期パターンを多
く含み、基板１のＸ方向、Ｙ方向に周期を持つものや、
Ｘ或いはＹ方向に線対象の周期を持つパターンが殆どで
ある。ここでは、基板のＸ方向、Ｙ方向と図中のＸ方
向、Ｙ方向は一致しているものとし、単にＸ方向、Ｙ方
向と言う。

【００１９】以下、２次元の周期パターンにより発生す
る回折光について説明する。図３は２次元周期パターン
より発生する回折光の様子を示すために、図１の一部を
概略的に示す図である。図３で入射光Ｉは検査点Ｏ中心
とした所定の開口角（ｆ−θレンズの開口数で決まる角
度）γを有する円錐状の光束であり、球体Ｓの球面の一
部分を貫通している。前述の如く、この貫通部分（入射
光束Ｉと球面との重複部分）を曲断面ｉとして示し、同
様に正反射光との貫通部分を曲断面ｒとして示してい
る。各々の正射影をｉ’、ｒ’として示しており、入射
光束Ｉのフォーカス点と検査点Ｏが一致しているので、
正射影ｉ’と正射影ｒ’は合同な図形となる。

【００２０】正射影ｉ’と正射影ｒ’（以下正射影ｉ’
（ｒ’）と表記する）の形状は入射光束Ｉの開口角γと
入射角θにより決定される。いま、球体Ｓの半径を１／
λとすると、正射影ｉ’（ｒ’）のＶ（Ｙ）方向の長さ
ｖ₀と、Ｕ（Ｘ）方向の長さｕ₀は数式７、数式８で示
される。ｖ₀＝（２／λ）・ｓｉｎγ・ｃｏｓθ …（７）ｕ₀＝（２／λ）・ｓｉｎγ …（８）ここで、入射光束Ｉの照射領域が回路パターンより小さ
く複数の回路パターンが照射領域に入らない場合は、回
折光の発生は単純であり、従来の装置でも対応可能であ
った。しかしパターンが微細化し、照射領域中（例えば
長径３０μｍ、短径１０μｍ程度の楕円状の領域）に複
数の回路パターンが存在すると、回折光は離散的に発生
し、また、マクロ的には等方的な回折光分布となる。こ
のため、前述の如く異物と回路パターンとの弁別が困難
となった。

【００２１】次に微細な２次元パターンの周期性に着目
して回折光の分布状態を説明する。まず、図４（ａ）に
示すＸ、Ｙ直交座標に沿った２次元周期パターン（Ｘ方
向のピッチはＰｘ、Ｙ方向のピッチはＰｙ）の回折光の
発生状態を考える。図４（ａ）のようなＸ、Ｙ直交座標
に沿った２次元周期パターンはＤＲＡＭではキャパシ
タ、コンタクトホール等に多く用いられる。図４（ｂ）
は図３の正射影ｉ’（ｒ’）の作図と同様な手順で、回
路パターンからの回折光と球体Ｓとの重複領域である曲
断面の正射影を示す図である。図４（ａ）でのＵＶ座標
軸は正反射光Ｉｒの正射影ｒ’の中心を原点とした新た
な座標軸であり、ＸＹ座標軸が実在平面を示し、単位は
長さであるのに対し、ＵＶ座標軸は回折光の方向余弦を
表示するためのフーリエ平面であり、単位は空間周波数
である。微細な回路パターンからの回折光は、空間的に
離散度をもって発生し、図４（ａ）に示すように回折光
の正射影も離散的となる。また、離散的な回折光各々の
正射影は、正反射光の正射影ｒ’と合同な形状となって
いる。更に回折光の正射影のピッチは、実際のパターン
のピッチに逆比例しており、Ｕ軸方向のピッチは１／Ｐ
ｘ、Ｖ軸方向のピッチは１／Ｐｙとなる。

【００２２】図５（ａ）は、ａ軸、ｂ軸方向に各々ピッ
チＰｂで配列された周期パターンを示している。ａ軸と
ｂ軸とはＸ軸及びＹ軸に対して線対称な関係となってお
り、各々Ｘ軸に対してθ₁だけ傾いている。図５（ａ）
に示すパターンはＤＲＡＭでは、素子分離体として多く
用いられる。図５（ｂ）は回路パターンからの回折光の
正射影を示しており、図５（ａ）との関係は図４（ａ）
と図４（ｂ）との関係と同様である。図５（ｂ）におけ
る回折光の周期方向ａ’、ｂ’はそれぞれパターン周期
方向ａ、ｂに直交しており、回折光の正射影の周期方向
ａ’またはｂ’のピッチ１／Ｐｂとなり、パターンのピ
ッチＰｂと逆比例する。

【００２３】図６（ａ）は、Ｘ軸及びＹ軸に対称なｃ軸
とｄ軸とに周期方向をもつ一般的なパターンが各周期方
向に各々ピッチＰｂで配列された例を示す図である。ｃ
軸とｄ軸とは各々Ｘ軸に対してθ₂だけ傾いている。回
折光の分布するＵＶ座標系の座標位置はパターン１つず
つの形状に左右されないため、丸印で存在箇所を示し
た。図６（ｂ）は図６（ａ）の回路パターンからの回折
光の正射影を示しており、図６（ａ）との関係は図４
（ａ）と図４（ｂ）との関係と同様である。図６（ｂ）
の回折光の正射影はｃ’軸とｄ’軸上に分布する。図５
の場合と同様に、ｃ軸とｃ’軸，ｄ軸とｄ’軸とは直交
し、回折光の周期方向のピッチ１／ＰｂはパターンＰｂ
に逆比例する。

【００２４】さて、ここで、図７を用いて基板上の回路
パターンと異物との弁別の基本原理を説明する。図７
（ａ）は図４〜図６に示したような２次元の周期パター
ンによる回折光の発生状態を正射影上におけるＶ軸方向
の強度分布として、１次元的にとらえたものである。同
図において、離散的に発生する回折光（正射影）のピッ
チＰ₁、Ｐ ₂、Ｐ₃はパターン周期方向と微細度により
決定される。図７（ｂ）は図７（ａ）の回折光の分布を
ＵＶ座標系で示したものである。図７（ａ）のハッチン
グと図７（ｂ）のハッチングはそれぞれ対応している。
一方、図７（ｄ）は異物からの散乱光の強度分布を示す
もので、パターン回折光が離散的であるのに対して異物
散乱光は空間的に連続して発生する。また、図７（ｃ）
は検査点からの光を受光する独立した受光領域の正射影
をＵＶ座標系で示したもので、ここでは図１の３つの受
光領域に対応する正射影Ａ₁”、Ｂ₁”、Ｃ₁”が示し
てある。

【００２５】パターン回折光の離散性と異物散乱光の連
続性を利用して両者を弁別するためには、各受光領域は
正射影図上で以下の条件を満たすように配置されなけれ
ばならない。先ず、受光領域の中の最も離れた受光領域
同士の間隔βがパターン回折光の幅ｖ₀以上であること
が条件となる。そして、ここではβ＝ｖ₀とすると、以
下の数式９も満たす必要がある。 δ＝Ｐ−ｖ₀≧２ｄ＋〔ｖ₀−（ｎ−２）ｄ〕／（ｎ−１）＝Ｒ（ｎ）…（９） δ：パターン回折光の間隔Ｐ：パターン回折光のピッチｎ：受光領域の数ｄ：受光領域の幅ｖ₀：パターン回折光の幅（＝入射光束の幅）なお、Ｒは弁別能力を示す評価値であり、この値が小さ
いほど弁別能力が高くなる。

【００２６】上記条件を満足するとき、図７（ｃ）に示
す３つの受光領域の正射影の全てに回折光の正射影（図
７（ｂ））が重なることはなく、検査点Ｏからの光が連
続的な異物散乱光か離散的なパターン回折光かの弁別
（以下「離散性の弁別」という）が行える。具体的には
各受光領域からの信号の例えば論理積をとることにより
パターンと異物とを弁別する信号を得る。

【００２７】数式９に基づいて受光領域の数ｎを決定す
る際、弁別すべきパターン回折光の最小の間隔を知る必
要がある。各受光領域からの信号をある閾値により２値
化し、各２値化信号の論理積をとることにより、パター
ンと異物の弁別が可能となる。図９（ｄ）の散乱光強度
ｅの異物を検出するためには、散乱光強度ｅよりもや低
い強度レベルに閾値Ｔｈ₁を設定する。図９（ｄ）より
明らかなように受光領域Ａ”，Ｂ₁”，Ｃ₁”からの信
号はすべて閾値Ｔｈ₁を越える。

【００２８】図９（ａ）に示す回路パターンから発生す
るピッチＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃の回折光はすべて閾値Ｔｈ₁
を越えているがパターン回折光の幅Ｖ₀とパターン回折
光のピッチＰが数式９を満足しているため少なくとも１
つの受光領域にはパターン回折光が入射しない状態であ
る。すなわち、各受光領域からの信号の２値化信号の論
理積をとると、図９（ｄ）に示す異物の場合に論理積を
とった結果としての真理値と異なる真理値となるためパ
ターンと異物の弁別が行える。

【００２９】実際に装置を設計する上では、まず最小の
検出異物の信号強度が決定され、これを検出できるよう
に閾値Ｔｈ₁を決定し、これを越える信号レベルについ
て離散性の弁別がおこなえればよい。換言すれば、閾値
Ｔｈ₁を越えるパターン回折光について数式９が成立す
ればよい。周期パターンによる回折光のピッチＰは周期
パターンのピッチと逆比例する。図９（ａ）に示すよう
にピッチＰが小さくなると同時に強度が低下する。これ
は受光領域を正反射光の位置、つまりＵＶ平面上の原点
Ｏから離れた位置に設けていることによる。従って、図
９（ａ）に示す閾値Ｔｈ₁を越えるパターン回折光のピ
ッチＰはある値δ₀よりも小さくならない。閾値Ｔｈ₁
を越えるパターン回折光のピッチＰの最小値δ₀に対し
て数式（ａ）が成り立つように、受光領域の幅ｄが受光
領域の数ｎを設定する。最小の値δ₀を決定するパラメ
ータとして入射ビームの入射角受光領域の位置入射ビームのスポットサイズなどがあり、実験により
〜のパラメータを最適化し、なるべくδ₀の値を大
きくなるように構成し、最小のｎにより離散性の弁別を
行う。本発明は以上の原理にもとづいてなされたものである。

【００３０】さて、次に図１の受光器２の受光セグメン
トＤに入射する光束と２次元光電変換素子アレイ１２と
の関係を図８を参照して説明する。図８は図２に対応さ
せて２次元光電変換素子アレイ１２をフーリエ面で示し
たものである。受光セグメントＤとイメージファイバー
１３はフーリエ変換光学素子を形成している。すなわ
ち、２次元光電変化素子アレイ１２の各素子に入射する
イメージファイバー１３からの光は各々図８に示すよう
に球体Ｓ上の曲断面の基板１への正射影上の各点と対応
している。つまり、図８の点ａに対応する光束は、図８
のＵ’Ｖ’平面上の点ａ’に対応する。Ｕ’，Ｖ’は光
電変換素子アレイ１２のフーリエ変換面上での中心を原
点とした新たな座標系である。

【００３１】図１の受光器２の受光領域Ａ、Ｂ、Ｃは異
物検査用であり、基板１のフーリエスペクトル測定に
は、２次元光電変換素子アレイ１２で行う。図８におい
て正射影２０ｂは受光面に含まれる光束のフーリエスペ
クトル範囲、正射影１２”はアレイの測定するスペクト
ルを示している。次に、基板１をＸＹ平面内で回転させ
た時のフーリエスペクトルの様子を説明する。図９は図
５に示すようなＸ、Ｙ軸に対称な周期方向を有するパタ
ーンのフーリエスペクトルの一例を示す。図９は基板１
のＺＹ平面を入射面とした場合を示し、受光面に入射す
る光束のフーリエスペクトル（の総和）をフーリエ面上
でＥ”と仮定する。

【００３２】このとき、Ｖ方向の回折光の存在しないフ
ーリエスペクトルの幅はＧ₁で表される。図９の基板１
をＸＹ平面内で４５°だけθ方向に回転したときの２次
元周期パターンのフーリエスペクトルを図１０に示す。
２次元周期パターンのフーリエスペクトルは離散的なス
ペクトル各々の中心点（以下では単に「逆格子点」とい
う）のフーリエ面での座標は基板１の回転に伴い、０次
回折光のスペクトル位置Ｏ’を中心に４５°回転移動す
る。しかしながら、入射光束が傾いているので入射光束
の楕円状のフーリエスペクトルは常にＵ方向が長手方向
になっている。このためＥ”内で観測されるフーリエス
ペクトルの様子は異なり、回折光の存在しないＶ方向の
幅はＧ₂（Ｇ₂＞Ｇ₁）で示される。回折光の存在しな
いＶ方向の幅は大きいほど異物とパターンとのスペクト
ル弁別（離散性による弁別）には優位である。すなわ
ち、受光器２を回転させることより受光領域Ａ”，
Ｂ”，Ｃ”の長手方向をフーリエスペクトルの周期方向
（Ｕ方向）と一致させたとき、回折光の存在しないＶ方
向の幅が大きいほどスペクトル弁別には優位である。ま
た、このとき入射光束の楕円状のフーリエスペクトルの
長手方向と受光領域Ａ”，Ｂ”，Ｃ”の長手方向とは一
致しており、スペクトル弁別に優位である。

【００３３】次にフーリエ面の画像処理の方法の一例に
ついて説明する。図１１に示すようにＵ軸となす角αの
座標Ｗに直角な直線のコンボリューションマスクＬを用
い、例えば図５（ａ）に示すようなパターンについてα
をパラメータとして座標Ｗに沿って、畳み込み積分を行
う。この結果のピーク値を抽出することにより、フーリ
エスペクトルが図５（ｂ）に示すようなものである場
合、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に、α＝α₁、α₂、α₃、α₄において周期線列が得
られる。

【００３４】このとき、各々の周期線列のピッチＰ₁、
Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄のうち、最大のときのαを選択する。
このαに対応する直線Ｎの方向が入射ビームのスペクト
ルの長手方向となるように被検査面に対する入射面の方
向を決定する。すなわち、直線Ｗの方向を入射面の方向
に一致させる。換言すればフーリエスペクトルの周期方
向と入射光束の楕円状のフーリエスペクトルの長手方向
とを一致させる。

【００３５】次に基板１の２次元周期パターンのフーリ
エスペクトルの測定方法と検査前動作の一例を説明す
る。まず、図１の駆動手段９にてビームエキスパンダー
５を送光系の光軸から撤去する。これにより、送光系の
開口数が小さくなり、検査点Ｏでのビーム径が送光系の
開口数に反比例して大きくなる。入射ビームの開口数を
小さくすることで照射領域が拡大し、フーリエスペクト
ルの測定時間を短縮できる。これと同時に図１３
（ａ）、（ｂ）に示すように、フーリエスペクトルの各
スペクトルが小さくなり、入射ビームのフーリエスペク
トルの影響の少ない点状のフーリエスペクトル分布が得
られる。尚、図１３（ａ）は図４（ｂ）に対応するもの
であり、図１３（ｂ）は図５（ｂ）に対応するものであ
る。

【００３６】そこで、例えば、エキスパンダ倍率を１０
倍とすると、撤去時には１倍の状態のビーム径（挿入時
の１０倍）でフーリエスペクトルの測定を行うものであ
る。次に基板上で２次元周期パターンの存在する領域が
既知であればその領域のみを光走査し、前述した「フー
リエ面の画像処理」により基板に対する入射面の方向を
決定し、ステージ駆動手段１１によりステージ１０を回
転させ、基板１を所定の方向に回転、固定する。以上で
スペクトル測定と検査前動作を完了する。検査時には駆
動手段９によりビームエキスパンダー５を光軸上に復帰
させ、異物の検査に最適化されたビーム径としたのち、
異物検査を行う。

【００３７】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図１４は第２の実施例に好適な装置の概略を示す斜
視図であり、図１と同様の部材には同様の符号を付して
ある。図１４の装置では２次元周期パターンのフーリエ
スペクトルの測定専用の光学系１３を有している点で図
１の装置とは異なる。スペクトル測定用の光学系はフー
リエ変換レンズ１３によりフーリエ面１４を形成してい
る。この面に２次元光電変換素子１２を一致させること
で、測定点Ｏのフーリエスペクトルを測定する。本実施
例もエアシリンダ等の駆動手段９を有しており、これに
よって第１の実施例と同様の動作により測定点Ｏ上のビ
ームスポットサイズを可変とする。

【００３８】本実施例では、フーリエスペクトルの測定
の際に、フーリエ変換レンズ１３を用いるため基板上を
振動ミラー４により光走査しながらスペクトル測定を行
う場合、フーリエ変換レンズ１３の視野は十分に走査範
囲をカバーしなくてはならない。以上、第１、第２の実
施例ではフーリエスペクトルを光学的に測定している
が、回路パターンの設計データに基づいて算出してもよ
い。

【００３９】図１５は第１の実施例のフーリエスペクト
ル測定範囲１２”と第２の実施例のフーリエスペクトル
測定範囲１３”を示している。同図には一般的な２次元
周期パターンのフーリエスペクトルを入射ビームのスペ
クトルｉ”とともに示している。以上の実施例では基板
１を回転することにより、入射光Ｉと回路パターンの周
期方向との関係を最適化、換言すれば回折光のフーリエ
スペクトルの間隔が、受光領域の短手方向に関して最も
広くすることを行っていたが、光源６、ミラー４、ｆ−
θレンズ３等で構成される送光系を移動することによ
り、入射光Ｉと回路パターンの周期方向との関係を最適
化するようにしてもよい。この際、送光系と受光器２と
を一体に移動させてもよい。また、送光系のみを移動さ
せ、送光系の移動により変化する回折光の長手方向と受
光領域の長手方向とが一致するように受光器２を回転さ
せるようにしてもよい。

【００４０】以上の実施例ではフーリエ座標系で本発明
の原理、受光領域の正射影とフーリエスペクトルの関係
について述べてきたが、フーリエ座標上の１点と受光面
上の１点とは一体一に対応しており、以上のようなフー
リエ座標系を実際の受光面上の座標系に変換することが
できる。従って、フーリエ座標系で説明した本発明の原
理、受光領域の正射影とフーリエスペクトルの関係と同
様にして実際の受光面上で受光領域を設定することがで
きる。

【００４１】尚、以上の各々の実施例において、図１６
に示すように基板１と受光器２との間に第１対物レンズ
３０ａ、第２対物レンズ３０ｂからなる受光レンズ３０
を設け、受光レンズ３０の瞳面、もしくは瞳共役面上に
受光器２の受光面２０を配置するようにしてもよい。受
光レンズ３０は基板１上の走査線Ｌ−Ｏ−Ｒを見込むよ
うに配置されており、第１対物レンズ３０ａに入射した
光束は基板１に対して共役な位置で走査線Ｌ−Ｏ−Ｒと
ほぼ平行に設けられた像面スリット３１により、迷光の
除去がなされ、第２対物レンズ３０ｂに入射し、さらに
受光レンズ３０の瞳面、もしくは瞳共役面上に配置され
た受光面２０に入射するように受光器２が設けられてい
る。

【００４２】また以上の実施例で、光電変換素子１２の
各受光素子を適宜選択して受光領域Ａ，Ｂ，Ｃからの信
号に基づいて異物検出を行ってもよい。すなわち、光電
変換素子１２でフーリエスペクトルの測定と異物検査と
の両方を行うようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、周期性パ
ターンの周期方向と入射光の入射方向とを最適となるよ
うに位置調整を可能としたので、異物の弁別能力が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による欠陥検査装置の概
略を示す斜視図である。

【図２】図１の基板表面をＺ方向からみた概念図であ
る。

【図３】図１の装置を部分的に示す図である。

【図４】（ａ）は回路パターンを示す図、（ｂ）はフー
リエ面における回折光の分布を示す図である。

【図５】（ａ）は回路パターンを示す図、（ｂ）はフー
リエ面における回折光の分布を示す図である。

【図６】（ａ）は回路パターンを示す図、（ｂ）はフー
リエ面における回折光の分布を示す図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は回路パターンと異物の弁別原
理を説明する図である。

【図８】図１の基板表面をＺ方向からみた概念図に２次
元光電変換素子アレイを対応ささて示す図である。

【図９】パターンの周期方向と入射面との関係を示す図
である。

【図１０】パターンの周期方向と入射面との関係を示す
図である。

【図１１】画像処理の方法の一例を説明する図である。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）画像処理により検出される周
期方向を説明する図である。

【図１３】送光系の開口数とフーリエスペクトルの大き
さとの関係を説明する図である。

【図１４】本発明の第２の実施例による欠陥検査装置の
概略を示す斜視図である。

【図１５】第１の実施例のフーリエスペクトル測定範囲
と第２の実施例の測定範囲のフーリエスペクトルの測定
範囲を示している。

【図１６】受光光学系の瞳面上に受光面を設けた場合を
説明する図である。

【図１７】従来の欠陥検査装置を説明する図である。

【符号の説明】

１…基板２…受光器３…ｆ−θレンズ６…光源８…光電変換素子９…駆動手段１０…ステージ１１…ステージ駆動部材１２…２次元光電変換素子２０…受光面３０…受光光学系Ａ、Ｂ、Ｃ…受光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に回路パターンが形成された基板の表
面に照射する光束を生成する光源と、該光源からの光束
を前記基板表面上の検査点に集光させる集光手段と、前
記光束を前記基板上で一次元方向に光走査する光走査手
段と、前記基板を載置するとともに、少なくとも前記光
走査の方向とほぼ垂直な方向に移動可能な基板ステージ
と、前記被検査点から発生する光束を受光する受光面を
有し、該受光面で受光された光束の強度に応じた受光信
号を出力する受光手段と、該受光信号に基づいて前記基
板表面の欠陥の有無を弁別する弁別手段とを有する欠陥
検査装置において、前記受光面は複数の受光領域に分割され、該受光領域毎
に入射する光束の強度に応じた複数の独立した受光信号
を出力し、前記弁別手段は該複数の受光信号のすべてが
所定の閾値以上のときに欠陥ありの判断を行い、それ以
外のときは欠陥なしの判断を行うものであって、前記回路パターンからの回折光が前記受光面に入射し、
前記受光面上に形成される回折光の強度分布を直接また
は間接的に測定する回折光分布測定手段と；前記基板へ
の前記光束の照射する方向を選択する照明方向選択手段
と；前記照明方向選択手段を調整する調整手段とを有
し、前記回折光分布測定手段は、欠陥検査を行う前に前記受
光面上に入射しうる回折光分布を測定し、前記調整手段
はこの結果に基づいて前記照明方向選択手段により前記
回路パターンに対する前記光束の照射する方向を規定す
ることによって前記受光面上の回折光分布を最適化する
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】前記受光面は受光光束を規定する開口に相
当する平面上に設けられていることを特徴とする請求項
１記載の装置。
【請求項３】前記受光手段は受光光学系を有し、前記受
光面は該受光光学系の瞳面上に設けられていることを特
徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】前記照明方向選択手段は前記基板ステージ
を前記基基板表面を含む面内で回転させることにより照
明方向を選択することを特徴とする請求項１記載の装
置。
【請求項５】前記照明方向選択手段は前記基板に入射す
る光束を前記基板に対して移動させることにより照明方
向を選択することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】前記照明方向選択手段は前記集光手段と前
記受光手段とを一体に移動させることにより照明方向を
選択することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】前記受光面上の複数の受光領域は、長手方
向を有し、各々の受光領域の長手方向が受光面上の第１
方向に向くように並列に設けられ、前記照明方向選択手
段は該受光面上に発生しうる回路パターンからの回折光
であって、離散的な点または楕円の２次元配列として観
測される回折光分布のうちで第２方向の直線上に離散的
に整列する回折光分布に平行に受光領域を配置するため
に、前記第１方向を第２方向に一致させることを特徴と
する請求項１記載の装置。
【請求項８】前記受光面上の複数の受光領域は長手方向
を有し、各々の受光領域の長手方向が受光面上の第１方
向に向くように並列に設けられ、前記照明方向選択手段
は該受光面上に発生しうる回路パターンからの回折光で
あって離散的な楕円の２次元配列として観察される回折
光分布のうちで楕円の直径方向に平行な第３方向に平行
に受光領域を配置するために前記第１方向を第３方向に
一致させることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】前記入射方向選択手段は前記受光面上に発
生しうる回路パターンからの回折光であって離散的な楕
円の２次元配列方向として観測される回折光分布のうち
で前記第２方向の直線上に離散的に整列する回折光分布
に平行方向に該楕円の長径方向である前記第３方向を一
致させるように入射方向を選択することを特徴とする請
求項８記載の装置。
【請求項１０】前記受光手段は前記受光面とほぼ平行な
方向に回転可能もしくは空間的に移動可能な受光器移動
手段を有し、前記照明方向選択手段と該受光器駆動手段
との両方を調整することにより、前記受光領域の長手方
向と回折光分布とを最適化することを特徴とする請求項
７又は請求項８に記載の装置。