JPH0646300B2 - パターン検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、パターン欠陥の検出、パターン寸法の測定或
いはパターンの観察等に供されるパターン検査装置に係
わり、詳しくは自動焦点合わせ機能を備えたパターン検
査装置の改良に関する。

（従来の技術） ＩＣの製造において、マスターマスク或いはレチクルに
パターンの断線等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、スポッ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
動焦点合わせ機能が付加されている。

第７図は自動焦点合わせ機能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、このレチクル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，ウォーム９，ウォームホイール１０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
っている。また、光学鏡筒６の下部には空気の導入孔１
２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１３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
することによって、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
よって、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。したがって、レチクル１に反り等の低周波
の上下動があっても、パターン欠陥検査を精度良く行う
ことができる。

ところで、このような追従装置では、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った。

そこで本発明者等は、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を備えた
パターン検査装置を先に提案した（特願昭５７−４６０
５０号）。この装置の位置ずれ検出機構は、光ビーム発
生源，位置ずれ検出用光検出素子および光ビーム発生源
からの光ビームを試料の被検査面にスポット状に集束
し、被検査面に所定入射角で照射すると共に、その反射
光を上記光検出素子の受光面に結像する光学系からなる
ものである。そして、この光学的な位置ずれ検出機構を
用いることにより、被検査面の位置ずれを高精度に、か
つ応答性良く補正することが可能となる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
を招いた。すなわち、前記光学的な位置ずれ検出機構に
おいて、位置ずれ検出に供される光以外の光、特に一様
な分布強度を持たない外乱光の影響により正確な位置ず
れ検出が困難になることがある。上述した例ではパター
ン検査に供される光が位置ずれ検出に供される光と同じ
位置に照射されており、パターン検査に供される強烈な
光がパターンの有無、パターンエッジの部分で乱反射し
位置ずれ検出機構に入ってくることがあり、これによっ
て位置ずれ検出の測定誤差が発生するのである。この問
題を避けるため、パターン検査に供される光と位置ずれ
検出に供される光との波長を異ならせ、それに応じてセ
ンサを選択しパターン検査および位置ずれ検出の干渉を
防止する手法があるが、完全と言うには程遠いものであ
った。

なお、上記問題はパターンの欠陥検出に限るものではな
く、パターンの寸法測定或いは観察等を行う各種のパタ
ーン検査装置についても同様に言えることである。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来のパターン検査装置においては、試料
の被検出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困難で、微細なパターンの欠
陥等を高精度に検査することができなかった。

本発明の上記問題点を考慮してなされたもので、試料の
被検出面を検出光学系の焦点位置に高い周波数応答性で
精度良く自動的に合わせることができ、微細なパターン
の欠陥等を高精度に検査することができるパターン検査
装置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明にあっては、試料の被
検査面に第１の光を照射しその透過光或いは反射光の持
つ情報により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、 前記第１の光の光軸方向に沿って設けられパターン検査
用検出手段を取着した光学鏡筒と、一端が固定部に固定
され他端が前記光学鏡筒に取付けられて該光学鏡筒を前
記第１の光の光軸方向に移動可能に支持する弾性部材
と、前記光学鏡筒と前記固定部との間に接続され前記光
学鏡筒の重量をバランスするためのカウンタスプリング
と、前記光学鏡筒を前記第１の光の光軸方向に移動駆動
するための駆動手段と、前記検査面に所定の入射角でか
つ、前記第１の光の照射領域とはずらして第２の光を照
射し、その反射光を検出して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、この
位置ずれ検出機構の検出情報に基づいて前記駆動手段に
よる前記光学鏡筒の移動量を制御する制御手段と、を具
備してなることを特徴としている。

（作用） 上記のように構成されたものは、第１の特徴としてカウ
ンタスプリングを設けたことであり、また第２の特徴
は、パターン検査に供される第１の光と位置ずれ検出に
供される第２の光との照射領域をずらしたことにある。

このように本発明の第１の特徴たるカウンタスプリング
を設けたこれによれば、駆動部材に加わる負荷を軽減す
ることができ、これにより駆動部材による光学鏡筒の移
動を高速で行うことができる。

また、第２の特徴たる位置検出用の光とパターン検査用
の光の照射領域をずらすことによれば、お互いの光の干
渉や外乱等による位置ずれ検出の測定誤差を低減でき
る。

以上の両構成を採用することにより本発明の目的たる試
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
性で精度良く自動的に合わせることが可能となる。

（実施例） 第１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，２５
ｂ，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っている。

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２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っ
ている。また、光学鏡筒２４と固定部２９との間には、
本発明の第１の特徴たる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
されたピエゾ素子等からなるので、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っている。なお、第１図中３３，
３４，３５，３６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乃至３６はそれぞれ図示しないボル
トによって光学鏡筒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の左側部には、発光用電源４１
により発光駆動される発光素子（光ビーム発生源）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，４３ｂ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４３ｃ，４３ｄおよびレンズ４４ｂを介
し、光学鏡筒２４の右側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。ここで、発光素子４２からの光は第３図に示す如く
試料２１の被検査面において、前記光源２２からの光の
照射領域５１と僅かにずれた位置５２に照射されるもの
となっている。このように照射領域をずらすことが本発
明の第２の特徴である。つまり、ビームベンダ４３ａ，
４３ｂおよびレンズ４４ａ等からなる検出用光学系とビ
ームベンダ４３ｃ，４３ｄおよびレンズ４４ｂ等からな
る検出用光学系とが鏡筒２４の中心軸を対称とする対向
位置より僅かにずらして配置されている。そして、発光
素子４２からの光の照射位置５２は光源２２からの光の
照射領域５１から上記各検出用光学系の対向方向と直交
する方向にずれるものとなっている。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２
１の被検査面が所望位置、つまり対物レンズ２５ａ，乃
至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、その中央部に反射光のスポットが結像
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、或いは反射率の一様な変化等が生じても、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っている。
なお、位置ずれ検出位置とパターン検査位置とが異なる
ために生じる上下方向の位置ずれは、試料２１のそりが
数［mm］の範囲内では0.5［μｍ］以下となり無視でき
る値である。

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、前述したように受光素子４５の中央部にスポ
ットが結像されるため減算回路４６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に結像されるスポット
は中央部より下方向にずれる。このため、減算回路４６
の出力が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、光学鏡筒２４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。

このように本発明の第１の特徴たるカウンタスプリング
を設けたことによれば、駆動部材に加わる負荷を軽減す
ることができ、これにより駆動部材による光学鏡筒の移
動を高速で行うことができる。

また、第２の特徴たる位置検出用の光とパターン検査用
の光の照射領域をずらすことによれば、お互いの光の干
渉や外乱等による位置ずれ検出の測定誤差を低減でき
る。

以上の両構成を採用することにより本発明の目的たる試
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
性で精度良く自動的に合せること可能となる。

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
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[μ
m]，応答周波数３００[Hz]の高性能を得ることができ
た。しかも、発光素子４２からの光の照射位置５２を光
源２２からの光の照射領域５１と僅かにずらすようにし
ているので、パターン検査に供される光の影響で位置ず
れ検出の測定誤差が生じる等の不都合を確実になくすこ
とができる。また、光学鏡筒２４を平行バネを形成する
よう配列された弾性部材２７，２８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
合にあっても光学鏡筒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によって光学鏡筒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４３
ａ，〜，４３ｄ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ッ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。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記位置ずれ検出に供される光の照射位置
を、第４図および第５図に示す如く前記検出用光学系の
対向方向に沿ってずらすようにしてもよい。さらに、位
置ずれ検出に供される光の照射位置は１箇所に限るもの
ではなく、第６図に示す如く上記照射位置を前記パター
ン検査に供される光の照射領域を挟んで２箇所に設定
し、それぞれの照射位置からの反射光の平均をとって位
置ずれ検出を行うようにしてもよい。この場合、パター
ン検査位置と位置ずれ検出位置との違いによる上下方向
の位置ずれをより小さくすることが可能である。同様
に、位置ずれ検出に供される光の照射位置を３箇所以上
に設定することもできる。また、前記位置ずれ検出機構
の構成を必ずしも実施例に限定されるものではなく、仕
様に応じて適宜変更することができる。さらに、前記位
置ずれ補正機構も仕様に応じて適宜変更できるのは勿論
のことである。また、パターン欠陥検査装置の他に、パ
ターン寸法測定やパターン観察等に供される各種のパタ
ーン検査装置に適用することが可能である。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。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、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精度良く
合わせることが可能となり、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る。

【図面の簡単な説明】

第１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２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３
図は上記実施例の作用を説明するための平面図，第４図
乃至第６図はそれぞれ変形例を説明するための図，第７
図は従来の装置を示す概略構成図である。 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，３２……駆動回
路，４２……発光素子，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３
ｄ……ビームベンダ，４４ａ，４４ｂ……レンズ，４５
……受光素子（位置ずれ検出用光検出素子），５１……
照射領域，５２……照射位置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料の被検査面に第１の光を照射しその透
   過光或いは反射光の持つ情報により前記被検査面のパタ
   ーンを検査するパターン検査装置において、 前記第１の光の光軸方向に沿って設けられパターン検査
   用検出手段を取着した光学鏡筒と、 一端が固定部に固定され他端が前記光学鏡筒に取付けら
   れて該光学鏡筒を前記第１の光の光軸方向に移動可能に
   支持する弾性部材と、 前記光学鏡筒と前記固定部との間に接続され前記光学鏡
   筒の重量をバランスするためのカウンタスプリングと、 前記光学鏡筒を前記第１の光の光軸方向に移動させるた
   めの駆動手段と、 前記試料の被検査面に所定の入射角でかつ、前記第１の
   光の照射領域とはずらして第２の光を照射し、その反射
   光を検出して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手段と、 この位置ずれ検出手段の検出情報に基づいて前記駆動手
   段による前記光学鏡筒の移動量を制御する制御手段と を具備してなることを特徴とするパターン検査装置。
2. 【請求項２】前記第２の光の照射領域は、前記第１の光
   の照射領域外であって、かつ前記第１の光の照射領域近
   傍に照射されるように設定され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。