JPH065382B2 - 異物検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、異物検査装置に係り、特に半導体集積回路の
露光工程で用いられるレチクルやマスクへの異物付着を
防止するペリクルへの異物の付着の有無と付着面の検出
に好適な異物検査装置に関する。

〔発明の背景〕

現在、半導体集積回路の露光工程では、縮小投影露光装
置や１：１反射形投影露光装置のごとき投影式の露光装
置が使用されているが、回路パターンの原版となるレチ
クルやマスクの表面に異物が付着すると、その像がウエ
ハに転写し、不良となる。そこで、露光前にレチクルや
マスクを検査し、異物が存在する場合には洗浄し、異物
を除去した後に露光を行って歩留りを保つ必要がある。

このような目的に用いられるレクチルやマスクの自動検
査装置としては、特開昭57-80546号、特開昭58-79144号
公報等に開示されている技術がある。

微小異物のレチクルやマスクへの付着確率は、一般に異
物寸法の二乗に反比例するとされる。したがって、半導
体集積回路のパターン微細化に伴ない、転写され、不良
を発生させる異物寸法も小さくなったため、異物の付着
確率も高くなっている。その結果、レチクルやマスクの
洗浄回数が増加し、露光装置を有効に稼動させることが
難しくなってきている。

ところで、特開昭54-80082号公報に異物付着防止膜が示
されており、これを第８図に示す。

この第８図に示す異物付着防止膜は、金属の枠１にニト
ロセルローズ等で形成された透明薄膜であるペリクル２
を貼付して構成されている。レチクルやマスク（以下、
「基板」という）３に異物付着防止膜を装着すると、基
板３上への新たな異物付着を防止できる。また、ペリク
ル２の外側に付着した微小異物４は露光装置の投影光学
系の焦点深度外にあるため、ウエハ上に転写されにく
い。なお、第８図中、５は基板上に形成された回路パタ
ーン、６はペリクルの内側に付着した異物を示す。

前記基板３を十分に洗浄した後、清浄な異物付着防止膜
を装着すると、基本的には露光前の異物検査は不要とな
る。この清浄な異物付着防止膜の供給に関しては、異物
付着防止膜の機能から、従来ペリクル２に投光機で光を
照射して目視で観察できる程度（約５μｍφ）の異物に
ついて注意すれば十分であると考えられていた。しか
し、異物付着防止膜の使用実績の増加に伴い、ペリクル
２の内側に付着していて目視検査では発見されないよう
な微小異物６が偶発的にペリクル２から離れて基板３上
に落下し、投影光学系の焦点深度内に入り、ウエハ上に
転写され、不良を発生させるという事故も出現してきて
いる。

そこで、ペリクル２の内側を検査し、その内側に付着し
た微小異物６のみを検出し、これを除去する装置が必要
となってきている。この場合、異物付着防止膜の枠１に
貼付された極めて薄いペリクル２の特に内側の異物６の
みを検出する技術が要求される。しかし、従来の自動検
査技術では、異物の付着面を判定することが不可能であ
った。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、ペリク
ルへの異物の付着の有無と付着面とを検出し得る異物検
査装置を提供することにあり、本発明の他の目的は検出
感度をより一層向上させ得る異物検査装置を提供するこ
とにあり、本発明の他の目的は異物の付着面をより一層
明確に判定し得る異物検査装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、第２図に示す光の特性を利用しているところ
に特徴を有する。

つまり、第２図は物体に光を照射した時の入射角θと反
射率Ｒとの関係をＳ偏光10およびＰ偏光11について示し
たもので、入射角θが大きい、すなわち物体に対して浅
い入射角度で光を照射すると、θが60〜80度近傍ではＳ
偏光とＰ偏光とで反射率から求められる透過率の比は２
倍程度の差が生じる。さらにθが90度に近付くと、反射
率が100％に近くなり、光透過が皆無に近くなる。本発
明は、この特性を利用して異物の付着の有無の検出と同
時に付着面の判定を行うものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明の特徴を示すグラフ、第３図（イ）〜（ニ）は本発明
の原理説明図、第４図はペリクルの枠の影響を避けるた
めのレーザ光の照射を示す平面図、第５図は第一図に示
す実施例の主検出系の断面図、第６図はレーザ光スポッ
トの走査を示す平面図である。

これらの図に示す実施例では、金属製の枠１と、これに
貼付されたペリクル２とを有する異物付着防止膜の、前
記ペリクル２の内側に検査用の偏光レーザ光を照射する
ようになっている。

そして、この実施例の異物検査装置は、ペリクル２に検
査用の偏光レーザ光を照射する主光学系と、異物付着防
止膜の外側で異物からの散乱光を検出する主検出系59
と、ペリクル２の透過光量を検出し、ペリクル２の透過
率の個体差により補正を行うための補正光学系と、前記
主検出系と補正光学系からの情報からペリクル２への異
物の付着の有無と付着面とを判定する処理系とを備えて
構成されている。

前記主光学系では、第１図に示すように、レーザ発振器
30からレーザ光が発振され、そのレーザ光はポッケルズ
セル等の旋光素子31により偏光レーザ光20とされ、その
偏光レーザ光20は光路32に従いビームエキスパンダ33、
ガルバノミラー34、Ｆ・Ｏレンズ35を経て、ミラー36を
第１図に実線で示す位置にセットした時はミラー37a,38
aを通って光路40aに従い、ペリクル２上にレーザ光スポ
ット41を照射し、前記ミラー36を第１図に仮想線で示す
位置にセットした時はミラー39,37b,38bを通り、光路40
bに従い、前記ペリクル２をレーザ光スポット41で照射
するようになっている。そして、ガルバノミラー34とＦ
・Ｏレンズ35により、レーザ光スポット41を第１図に矢
印42で示すごとく、ペリクル２上をＹ方向に走査させ、
異物付着防止膜を搭載したステージ48をモータ47により
Ｘ方向に移動させ、ペリクル２の全面を検査可能として
いる。前記ミラー36は、ステージ48の移動に合わせて偏
光レーザ光20の光路を切り替え、第４図に示すように、
光路40aでペリクル２の一半部Ａを検査可能とし、光路4
0bでペリクル２の他半部を検査可能としている。さら
に、主光学系は第１図，第５図に示すように、ペリクル
２に対して偏光レーザ光20を浅い入射角度αで照射する
ようになっており、その入射角度αは異物付着防止膜の
枠１に偏光レーザ光20が遮られない範囲で好ましくは10
〜20度に設定されている。

前記主検出系59は、第１図，第５図に示すように、異物
６からの散乱光53を異物付着防止膜の外側に設けられた
円筒レンズ43、ミラー44を介して光ファイバ45で集光
し、光センサ46に導き、同一の異物に対してＰ偏光レー
ザ光を照射した時の散乱光強度とＳ偏光レーザ光を照射
した時の散乱光強度とを検出し、その検出結果を処理系
に送り込むようになっている。

前記補正光学系は、主検出系による検査に先立ってミラ
ー49,50,51を介して、ペリクル２に対して垂直にレーザ
光を照射し、光センサ52により透過光量を検出し、その
検出結果を処理系に送り込むようになっている。

前記処理系（図示せず）は、前記補正光学系の光センサ
52から透過光量を取り込み、検査すべきペリクル２の透
過率の個体差を求め、前記主検出系59の光センサ46から
Ｐ偏光レーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レーザ光照
射での散乱光強度と取り込み、両散乱光強度をペリクル
２の透過率の個体差により補正した後、両光散乱光強度
を比較し、この値から前記ペリクル２への異物の付着の
有無と付着面とを判定するように構成されている。

次に、前記実施例の異物検査装置による、異物付着防止
膜のペリクル２への異物の付着とその付着面の検査につ
いて説明する。

第３図は、偏光方向により光の透過率が異なることを用
いた前記実施例の原理を示したものである。

この実施例で被検体としての異物付着防止膜は、金属製
の枠１が存在することから、この枠１に遮られずに異物
からの散乱光53を十分に集め検出するため、散乱光53の
検出は異物付着防止膜の外側で行う。

いま、レーザ光21〜24をペリクル２に対してα（α≒10
〜20度）の入射角度に傾けて照射する。第３図（イ），
（ロ）のように、ペリクル２の内側に異物６が存在する
場合、Ｓ偏光レーザ光21，Ｐ偏光レーザ光22を照射して
も、レーザ光はペリクル２を透過しないで、異物６に到
達するため、異物６に照射される光エネルギーは等し
い。散乱光53は、ペリクル２の外側に位置（図では真
下）するため、ペリクル２を高い透過率（θ≒０度）で
透過した散乱光強度は、レーザ光の偏光方向によらず大
きい。

一方、ペリクル２の外側に異物４が存在する場合、第３
図（ハ）のようにＳ偏光レーザ光23を照射すると、ペリ
クル２での反射率が高いため、異物４に照射される光エ
ネルギーは極めて小さく、散乱光強度も小さい。

また、第３図（ニ）のようにＰ偏光レーザ光24を照射す
ると、ペリクル２でのレーザ光の透過率は第３図（ハ）
に比べて２倍程度大きいため、散乱光強度も第３図
（ハ）に比べて２倍程度大きくなる。

かかる事象から、次のことが分かる。

(1)Ｓ，Ｐいずれの偏光レーザ光を照射しても、ペリク
ル２の内側の異物６の方が散乱光強度が大きく、感度が
高い。

(2)Ｐ偏光レーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レーザ
光照射での散乱光強度の比をとった時、ペリクル(2)の
内側の異物６では比の値がほぼ１になるのに対し、ペリ
クル２の外側の異物４では比の値が２に近くなり、この
値より異物の付着面の判定ができる。

ところで、ペリクル２の品種によってレーザ光の透過率
が異なる。また、前記第３図（イ），（ロ）に示すよう
に、ペリクル２の内側の異物６からの散乱光は、ペリク
ル２に対してほぼ垂直に透過する。

そこで、ペリクル２の異物の検査に先立ち、補正光学系
により第１図の光路32からミラー49,50,51を介してレー
ザ光を導き、このレーザ光をペリクル２に垂直に照射
し、光センサ52で透過光量を検出し、これを処理系に送
り込む。

前記処理系では、光センサ52からの透過光量に基づいて
検査すべきペリクル２の透過率の個体差を求め、主検出
系59で検出される異物からの散乱光強度に基づいて異物
の付着面の判定を行う時の閾値の補正に備える。

ついで、第１図に示す主光学系のビームエキスパンダ3
3、ガルバノミラー34、Ｆ・Ｏレンズ35に検査用の偏光
レーザ光20を導き、第４図に示すペリクル２の一半部Ａ
を検査する時はミラー37a,38a、光路40aを経てレーザ光
スポット41を照射し、ペリクル２の他半部Ｂを検査する
時はミラー36を第１図に仮想線で示す位置に移動させ、
ミラー39,37b,38b、光路40bを経てレーザ光スポット41
を照射する。

さらに、主光学系によりペリクル２のＹ方向の走査を行
い、ステージ48によりペリクル２のＸ方向の走査を行う
ため、第６図に示すように、検査領域54を移動させる。
ガルバノミラー34の振れ角と、ステージ48の移動量とに
より検査領域54のＸＹ座標が求まる。そこで、Ｙ方向一
周期の間にステージ48の送り量Ｆを検査領域54のＸ方向
の大きさＤに対してＤ＞Ｆなる関係にセットする。

そして、第１図に示す旋光素子31により、例えば第６図
に示すように、検査領域54がＹ方向のプラス方向55に向
かう時にＳ偏光に、マイナス方向56に向かう時にＰ偏光
にそれぞれレーザ光20の偏光方向を変化させる。

ついで、Ｐ偏光レーザ光照射時と、Ｓ偏光レーザ光照射
時との各々で検出される異物の位置と散乱光強度とを処
理系に記憶させておく。

続いて、実際に検査すべくペリクル２に光学系からＰ偏
光レーザ光とＳ偏光レーザ光とを照射し、異物からの散
乱光強度を第１図，第５図に示す主検出系59の円筒レン
ズ43、ミラー44、光ファイバ45を通じて光センサ46によ
り検出し、光センサ46から処理系に送り込む。

前記処理系では、主検出系59の光センサ46からＰ偏光レ
ーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レーザ光照射での散
乱光強度とを取り込み、両散乱光強度を補正光学系から
取り込んだ透過光量より予め求めておいたペリクル２の
透過率の個体差により補正する。ついで、両散乱光強度
を比較し、比の値を求める。そして、この処理系では前
記Ｐ偏光レーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レーザ光
照射での散乱光強度の比の値が１の時はペリクル２の内
側に異物が付着していると判定し、比の値が２の時はペ
リクル２の外側に異物が付着していると判定する。

したがって、この第１図〜第６図に示す実施例によれ
ば、ペリクル２への異物の付着と付着面とを高い検出感
度で検査することができる。

次に、第７図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であ
る。

この図に示す異物検査装置は、主光学系と、主検出系59
の他に、補助光学系と、補助検出系62とが設けられ、こ
れに伴い処理系の機能を異にしている。

前記主光学系は、第１図に示す旋光素子31の代りに偏光
板58が設けられている他は前記第１図〜第６図に示す実
施例と同様である。

前記主検出系59も、前記第１図〜第６図に示す実施例と
同様である。

前記補助光学系は、異物付着防止膜の外側からペリクル
２に対して主光学系とは異なる波長のレーザ光60を、前
記主光学系よりさらに浅い入射角度βで照射するように
なっている。前記レーザ光60の入射角度βは、主光学系
の偏光レーザ光20a,20bの入射角度αが例えば10〜20度
の時は好ましくは１〜５度に設定される。

前記ダイクロイックミラー61は、主検出系59の円筒レン
ズ43の下位に配置され、主光学系から照射されかつ異物
で散乱された散乱光と、補助光学系から照射されかつ異
物で散乱された散乱光とを波長分離し、各々主検出系59
と、補助検出系62とに導くようになっている。

前記補助検出系62は、異物から散乱光が発生した時は光
ファイバ63で集光し、光センサ64で検出し、その検出結
果を処理系に送り込むようになっている。

前記処理系は、主検出系59の光センサ46と補助検出系62
の光センサ64から散乱光の検出結果を取り込み、主検出
系59でのみ散乱光を検出したか、主検出系59と補助検出
系62の両方で散乱光を検出したかを判断し、これに基づ
いてペリクル２への異物の付着の有無と付着面とを判定
するように構成されている。

そして、この第７図に示す実施例では主光学系から異物
付着防止膜の枠１に遮られない入射角度α（α＝10〜20
度）でペリクル２に対して偏光レーザ20a,20bを照射す
る。

前記ペリクル２の内側に異物が付着していると、その異
物６からは大きな散乱光が発生する。一方、ペリクル２
の外側に異物が付着していると、何10％かのレーザ光が
ペリクル２を透過して異物に照射されるため、やはり散
乱光が発生する。これらの散乱光は、ダイクロイックミ
ラー61により波長分離され、主検出系59により検出さ
れ、この主検出系59の光センサ46を通じて処理系に送り
込まれる。

また、異物付着防止膜の外側よりペリクル２に補助光学
系から非常に浅い入射角度β（β＝１〜５度）でレーザ
60を照射すると、ペリクル２を透過するレーザ光60の透
過率が低いため、ペリクル２の外側に付着した異物のみ
から散乱光が発生する。この散乱光は、ダイクロイック
ミラー61により波長分離され、補助検出系62で検出さ
れ、この補助検出系62の光センサ64を通じて処理系に送
り込まれる。

前記処理系では、主検出系59でのみ散乱光が検出された
か、主検出系59と補助検出系62の両方で散乱光が検出さ
れたかを判断する。そして、主検出系59でのみ散乱光が
検出された時はペリクル２の内側に異物が付着している
と判定し、主検出系59と補助検出系62の両方で散乱光が
検出された時はペリクル２の外側に異物が付着している
と判定する。

これにより、この第７図に示す実施例によれば異物の付
着面をより一層明確に判定することができる。

なお、この第７図に示す実施例において、第１図に示す
補正光学系と組み合わせて用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の１番目の発明によれば、ペリクル
の一方の面側からＰ偏光レーザ光とＳ偏光レーザ光とを
別々に前記ペリクルに対して浅い入射角度で照射する主
光学系と、前記ペリクルの他方の面で異物からの散乱光
を検出する主検出系と、この主検出系で検出されたＰ偏
光レーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レーザ光照射で
の散乱光強度とを比較し、前記ペリクルへの異物の付着
の有無と付着面とを判定する処理系とを備えて構成して
いるので、ペリクルへの異物の付着の有無と付着面とを
検出し得る効果があり、特に異物付着防止膜の検査装置
に適用した場合に、ペリクルの内側に付着した異物を高
感度に検出できるため、真に清浄な異物付着防止膜を供
給でき、この異物付着防止膜を基板に装着した後の異物
の落下等による不良発生を抑えることができ、半導体製
造の歩留まりの大幅な向上を図り得る効果がある。

また、本発明の２番目の発明によれば、ペリクルの一方
の面側からＰ偏光レーザ光とＳ偏光レーザ光とを別々に
前記ペリクルに対して浅い入射角度で照射する主光学系
と、前記ペリクルの他方の面で異物からの散乱光を検出
する主検出系と、前記ペリクルに対して垂直にレーザ光
を照射し、その透過光量を検出する補正光学系と、この
補正光学系から透過光量を取り込み、この透過光量から
ペリクルの透過率の個体差を求め、前記主検出系で検出
されたＰ偏光レーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レー
ザ光照射での散乱光強度とを取り込み、両散乱光強度を
前記ペリクルの透過率の個体差により補正した後、両散
乱光強度を比較し、前記ペリクルへの異物の付着の有無
と付着面とを判定する処理系とを備えて構成しているの
で、検出感度をより一層向上し得る効果がある。

さらに、本発明の３番目の発明によれば、ペリクルの一
方の面側からレーザ光を前記ペリクルに対して浅い入射
角度で照射する主光学系と、前記ペリクルの他方の面で
異物からの散乱光を検出する主検出系と、前記主光学系
で照射されたレーザ光の検出側から、前記主光学系とは
異なる波長のレーザ光を、前記主光学系よりさらに浅い
入射角度で前記ペリクルに照射する補助光学系と、この
補助光学系から照射されたレーザ光の散乱光の有無を検
出する補助検出系と、前記主検出系と補助検出系から散
乱光の検出結果を取り込み、主検出系でのみ散乱光を検
出したか、主検出系と補助検出系の両方で散乱光を検出
したかを判断し、前記ペリクルへの異物の付着の有無と
付着面とを判定する処理系とを備えて構成しているの
で、異物の付着面をより一層明確に判定し得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明の特徴を示すグラフ、第３図（イ）〜（ニ）は本発明
の原理説明図、第４図はペリクルの枠の影響を避けるた
めのレーザ光の照射を示す平面図、第５図は第１図に示
す実施例の主検出系の断面図、第６図はレーザ光スポッ
トの走査を示す平面図、第７図は本発明の他の実施例を
示す縦断面図、第８図は半導体製造に使用される異物付
着防止膜とペリクルに対する異物の付着との関係を示す
縦断面図である。 １…異物付着防止膜を構成している枠、２…同ペリク
ル、４…ペリクルの外側に付着している異物、６…ペリ
クルの内側に付着している異物、20〜24…偏光レーザ
光、30…主光学系を構成しているレーザ発振器、31…同
旋光素子、33…同ビームエキスパンダ、34…同ガルバノ
ミラー、35…Ｆ・Ｏレンズ、36,37a,37b,38a,38b,39…
同ミラー、41…レーザ光スポット、43…主検出系を構成
している円筒レンズ、44…同ミラー、45…同光ファイ
バ、46…同光センサ、49,50,51…補正光学系を構成して
いるミラー、52…同光センサ、53…偏光レーザ光の散乱
光、58…偏光板、59…主検出系、60…補助光学系から照
射されるレーザ光、61…主光学系の偏光レーザ光の異物
からの散乱光と補助光学系のレーザ光の異物からの散乱
光とを波長分離するダイクロイックミラー、62…補助検
出系、63…補助光学系を構成している光ファイバ、64…
同光センサ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ペリクルの一方の面側からＰ偏光レーザ光
   とＳ偏光レーザ光とを別々に前記ペリクルに対して浅い
   入射角度で照射する主光学系と、前記ペリクルの他方の
   面で異物からの散乱光を検出する主検出系と、この主検
   出系からＰ偏光レーザ光照射での散乱光強度とＳ偏光レ
   ーザ光照射での散乱光強度とを取り込み、両散乱光強度
   を比較し、前記ペリクルへの異物の付着の有無と付着面
   とを判定する処理系とを備えていることを特徴とする異
   物検査装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記ペリ
   クルに対して主光学系からレーザ光を10〜20度の入射角
   度で照射するように構成したことを特徴とする異物検査
   装置。
3. 【請求項３】ペリクルの一方の面側からＰ偏光レーザ光
   とＳ偏光レーザ光とを別々に前記ペリクルに対し浅い入
   射角度で照射する主光学系と、前記ペリクルの他方の面
   で異物からの散乱光を検出する主検出系と、前記ペリク
   ルに対して垂直にレーザ光を照射し、その透過光量を検
   出する補正光学系と、この補正光学系から透過光量を取
   り込み、この透過光量からペリクルの透過率の個体差を
   求め、前記主検出系で検出されたＰ偏光レーザ光照射で
   の散乱光強度とＳ偏光レーザ光照射での散乱光強度とを
   取り込み、両散乱光強度を前記ペリクルの透過率の個体
   差により補正した後、両散乱光強度を比較し、前記ペリ
   クルへの異物の付着の有無と付着面とを判定する処理系
   とを備えていることを特徴とする異物検査装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、前記ペリ
   クルに対して主光学系からレーザ光を10〜20度の入射角
   度で照射するように構成したことを特徴とする異物検査
   装置。
5. 【請求項５】ペリクルの一方の面側からレーザ光を前記
   ペリクルに対して浅い入射角度で照射する主光学系と、
   前記ペリクルの他方の面で異物からの散乱光を検出する
   主光学系と、前記主光学系で照射されたレーザ光の検出
   側から、前記主光学系とは異なる波長のレーザ光を、前
   記主光学系よりさらに浅い入射角度で前記ペリクルに照
   射する補助光学系と、この補助光学系から照射されたレ
   ーザ光の散乱光の有無を検出する補助検出系と、前記主
   検出系と補助検出系から散乱光の検出結果を取り込み、
   主検出系でのみ散乱光を検出したか、主検出系と補助検
   出系の両方で散乱系を検出したかを判断し、前記ペリク
   ルへの異物の付着の有無と付着面とを判定する処理系と
   を備えていることを特徴とする異物検査装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項において、前記ペリ
   クルに対して主光学系からはレーザ光を10〜20度の入射
   角度で照射し、補助光学系からはレーザ光を１〜５度の
   入射角度で照射することを特徴とする異物検査装置。