JPH0682729B2

JPH0682729B2 - 表面状態検査方法及び表面状態検査装置

Info

Publication number: JPH0682729B2
Application number: JP21878887A
Authority: JP
Inventors: 道生河野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1987-08-31
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPS6459928A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は表面状態検査方法及び表面状態検査装置に関
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におい
て、この基板上の回路パターン以外の異物、例えば不透
過性のゴミ等を検出する際に好適な表面状態検査方法及
び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
半導体焼付け装置（ステッパー又はマスクアライナー）
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い、IC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法によ
り繰り返してウエハ面上に回路パターンを焼き付ける場
合、レチクル面上の１個の異物がウエハ全面に焼き付け
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、近年前記基板上のゴミ等の異物の存在が大きな
問題点となっきている。そこで、レチクルやフォトマス
ク等の回路パターンの欠陥や該回路パターンの上の異物
を検出する為の種々の方法が提案されている。

それらの方法の一つとして設計データと比較する方法が
ある。これは予めレチクル又はフォトマスクの理想パタ
ーンである設計データを計算機処理できる様、記憶させ
ておいてレーザー等のビームでレチクル等を照射して、
その透過光からのパターンと前記設計データを比較する
ことによりレチクル等の回路パターンの欠陥や異物を検
出する方法であり、パターンジェネレータ等の誤動作に
起因するフォトマスク上の各チップの共通欠陥も検出可
能である。

しかしながら、該方法においては膨大な設計データを扱
う為、検査時間が長く、しかも被検物の位置決めに高い
精度が要求される。

又、別の一方法は隣接するチップ同士で比較する方法で
ある。これはフォトマスク上のチップパターン同士を比
較することにより欠陥を検出する為、設計データ等の被
検物以外の比較されるものが不要であり、検査時間も短
い。

しかしながら、該方法ではステッパー用のレチクル等で
１レチクル中の１チップの場合には原理的に検査するこ
とができない。

従って、前記２つの方法はステッパー用のレチクル検査
方法、特に高速の検査を必要とする自動化した異物検査
装置にはいずれも適していない。

そこで、前記欠点を補う方式として異物が等方に光を散
乱する特性を利用した方法があり、例えば第４図は該方
法を用いた一実施例である。

同図において走査用ミラー22とレンズ21を介してレーザ
ー23からの光束の光路をミラー20の挿入により選択的に
２つに分け、２つのミラー15,19により各々基板５の表
面と裏面に順次入射させ、走査用ミラー22を回転若しく
は振動させて基板５上を走査している。そして基板５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、該複数の受光部16,17,18か
らの出力信号を用いて基板５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からの回折光は等方
的に散乱されている為、各受光部からの出力値は各々等
しくなってくる。従って、このときの各受光部の出力値
を比較することにより異物の存在を検出している。

一方、回路パターンから異物を分離する分離精度を上げ
る為に本出願人は特願昭61-303631号、特願昭61-30362
号等において第１図に示す表面状態検査装置を提案して
いる。

同図において、レチクル等の基板５の横方向c1,c2に対
してβの角度をなすB1,B2方向に斜め上方からレーザー
ビームを入射させて（入射角α０、第５図（Ｂ）参照）
走査している。

そして第５図（Ｂ）に示すように、この入射面内で入射
側に戻ってくる異物からの散乱光の内、基板５に対する
反射角α１の散乱光のみを受光している。

第５図（Ａ）はこの方式の原理を示したもので基板５を
真上から見た説明図である。同図において基板５上の回
路パターンは、縦横方向（V1,V2方向、L1,L2方向）が大
部分である為、それらのパターンにレーザービームが入
射すると、パターン回折光はその直角方向であるL1,L2
方向あるいはV1,V2方向に進む。そこで基板５に対する
レーザービームの走査方向を前記基板５の縦横方向に対
して、例えばβの角度をなす方向にしている。これによ
り回路パターンからの回折光は基板５の縦横方向が支配
的である為、該回路パターンからの回折光はわずかしか
受光しないが、等方散乱性のある異物からの回折光は比
較的多く受光することになる。従って、受光部９からの
出力信号の大きさを判定することにより異物の存在を検
出している。

しかしながら、上記従来の方法に依れば基板５の縦横方
向に対してβの角度をなす回路パターンが存在する場合
は、このパターンから異物の場合と同様の回折光を受光
することになり、回路パターンを異物と誤検知する可能
性があった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は回路パターンと異物とを高精度に分離して、異
物の存在の有無を正確に判別できる表面状態検査方法及
び表面状態検査装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の表面状態検査方法は、互いに異なる方向に延び
る複数のパターンを備える基板の表面を照明し、基板表
面から発生する回折光と散乱光のうち検出方向に生じる
光の有無を判別し、基板の表面状態を検査する方法にお
いて、前記検出方向に対する前記回折光の分布を変化さ
せることにより前記回折光の分布が互いに異なる複数の
検査状態を設定し、各検査状態での前記検出方向の光の
有無の判別結果に基づいて前記基板の表面状態を検査す
ることを特徴としている。

特に、前記複数の状態で前記検出方向に生じる光がある
場合に前記基板表面に異物が有ると決定すること、前記
検出方向を回転させることにより、前記検出方向に対す
る前記回折光の分布を変化させること、そして前記基板
を回転させることにより、前記検出方向に対する前記回
折光の分布を変化させること等を特徴としている。

又、本発明の表面状態検査装置は、互いに異なる方向に
延びる複数のパターンを備える基板の表面の状態を検査
する装置において、前記基板の表面に光を照射するため
の照射光学系と、前記光照射時に前記基板表面から発生
する回折光と散乱光のうちの検出方向に生じる光を検出
する検出光学系と、前記検出光学系により検出された光
を受光する光電変換器、前記検出光学系に対する前記回
析光の分布が互いに異なる複数の検査状態を設定するた
めに前記照射光学系及び前記検出光学系と前記基板を相
対的に回転させる駆動手段と、前記複数の検査状態にお
ける前記光電変換器の出力同士の論理積を検出する手段
とを有することを特徴としている。

特に、前記駆動手段は前記照射光学系及び前記検出光学
系を回転させる手段を備えることや前記駆動手段は前記
基板を回転させる手段を備えること等を特徴としてい
る。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。同
図において１はレーザー光源、２はポリゴンミラー、４
は投光部でｆ−θレンズを有している。５は基板でレチ
クル等の被測定物であり、該基板５の表面に回路パター
ンを形成している。６は集光部で基板５上の異物からの
散乱光束を集光している。７はミラー等の反射部材、８
は導光レンズ、９は受光部、150は回転XYステージであ
る。ポリゴンミラー２と投光部４は投光手段の一部を構
成している。又、集光部６と反射部材７そして導光レン
ズは受光手段の一部を構成している。

レーザー光源１からの光束をポリゴンミラー２により一
方向へ反射させ、投光部４により基板５上の点Ｏに集光
している。そしてポリゴンミラーを回転させ基板５上を
点B1から点B2方向に走査すると共に、基板５を矢印S1若
しくは矢印S2方向に移動させることにより基板５上の全
面を走査している。レーザー光源１、ポリゴンミラー２
そして投光部４は走査光学系の一要素を構成している。
そして、基板５の上方の集光部６及び反射部材７を介し
て点P2に集光し、その後導光レンズ８により受光部（光
電変換器）９に導光している。

レンズ８の光軸81の延長上の反射部材７との交点71と基
板５上の交点Ｏとを結ぶ線は集光部６の光軸であり、又
点Ｏとポリゴンミラー２の反射点P1を結ぶ線は投光部４
の光軸である。集光部６、反射部材７そして導光レンズ
８は検出光学系の一要素を構成している。

本実施例における点P2はポリゴンミラー２の回転に伴っ
て、その反射点P1から発散した光束が基板５上の異物で
散乱し、集光部６により集光する位置である。

110は比較処理手段であり、基板５に対する表面状態の
複数回の検査結果にもとづいて、基板５の表面状態を判
別する。従って、比較処理手段110は複数回の検査結果
を一旦記憶する記憶回路と、基板の各位置の検査結果同
志を順次比較していく処理回路とを含んでおり、比較処
理は予め決められたシーケンスにもとづいて基板全面に
亘り高速にて実行される。

100はコントローラであり、本実施例に示す表面状態検
査装置の制御を行う。従って、比較処理手段110、後述
するステージ駆動手段120、出力装置130等はこのコント
ローラ100からの指令に従い作動する。又、図示してい
ないが、ポリゴンミラー２やレーザー１などもコントロ
ーラ100により駆動制御して良いし、キーボード等の入
力手段からの信号はコントローラ100により処理されて
各手段へ指令が伝達される。

120は基板５が載置されたステージ150の駆動を行うステ
ージ駆動手段であり、該手段120はステージ150をX,Y,θ
方向に移動及び回転させることができる。

130は検査結果を出力する出力装置であり、衆知のプリ
ンタやCRTなどディスプレイから成る。ステージ駆動手
段120はコントローラ100からの信号にもとづいて、ステ
ージ150をＸ方向に移動させる。この時基板５は光速に
より表面を走査されており、ステージ150のＸ方向への
移動によって基板５の全面が走査され、所定位置からの
光が受光素子９により受光される。

一旦全面走査が完了し、受光素子９からの信号が全て比
較処理手段110内に記憶された後、コントローラ100から
信号にともづいて、ステージ駆動手段120はステージ150
を所定角度θだけ回転させ、基板５の受光素子９に対す
る相対位置（即ち回路パターンの受光素子９に対する相
対位置）を、１回目の検査段階とは異なる関係とする。

そして、１回目の検査同様、基板５を光まで走査しつつ
ステージ150をＸ方向に移動させ、基板５の全面を走査
して、受光素子９により基板５の各位置からの光を受光
する。受光素子９からの信号は比較手段110に随時入力
されて、２回目の検査結果が記憶される。

ここで、この２回目の検査終了後、コントローラ100か
らの信号にもとづいて、比較処理手段110では、１回目
と２回目の検査結果を基板５の全測定領域にわたり記憶
し、基板５の各位置における表面状態を判別する。

判別結果即ち、最終的な表面状態の検査結果はコントロ
ーラ100を介して、或いはコントローラ100の信号にもと
づいて比較処理手段110から直接出力装置に入力され、
検査結果がデータ又は図面等の形態で出力される。

本実施例ではポリゴンミラー２の回転によって基板５面
上を光速で走査する際、一方向の走査によって形成され
る点B1と点B2を結ぶ交線11が基板５上に形成されてい
る。主パターン（基板５上の回路パターンの支配的な大
部分のパターン）から生じる回折光の方向と一致しない
ように基板５を該基板の縦横方向に対してβの角度をな
すように点Ｏを中心として回転させている。

そして、集光部６を該集光部６の光軸の基板５への投影
像が基板５上の前記主パターンから生じる回折光の方向
と一致しないように角度βだけずらして配置している。

即ち、本実施例では集光部６を入射光束による基板５上
の支線11と対応する集光用の交線12が交線11と略一致す
るようにして基板５上の異物から生じる散乱光束を効率
良く受光部９に導光している。

尚、集光用の交線12は交線11と厳密に一致していなくて
も異物からの散乱光束が集光可能な範囲内で交線11と一
致していれば良い。

第２図（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表面状態検査状態
を示す説明図である。同図は第１図の実施例にて行った
検査に加えて追加検査を行うことにより、誤検知を無く
し、異物の分離精度を高める検査方法を示している。

同図（Ａ）は第１図に示す実施例で行った異物の検出方
法を示す説明図である。同図（Ｂ）は同図（Ａ）で示し
た検査に加えて行う追加検査の方法を示す説明図であ
る。

同図（Ａ），（Ｂ）において、５はレチクル若しくはフ
ォトマスク等の基板、10は回路パターンで基板５の縦横
方向に対して角度βだけ傾いている。O1,O2はレーザー
ビームの入射方向、B1,B2は方向O1,O2に垂直な方向であ
る。

基板５上の回路パターンの中には該基板５の縦横方向に
対してβ１の角度をなす方向の回路パターン10を含まれ
ているとする。同図（Ａ）において基板５をレーザービ
ームの入射方向O1,O2に対し時計回りに角度β１だけ回
転させる。そうすると前記基板５の縦横方向に対してβ
１の角度をなす回路パターン10にレーザービームが入射
し、O1,O2方向に比較的強い回折光が生じる。この為、
レーザービームの入射方向に戻ったパターンが回折光が
受光されて異物と誤検知する結果になる。

そこで、同図（Ｂ）に示しているように基板５をレーザ
ービームの入射方向O1,O2に対して反時計回りに角度β
１だけ戻し、更に同じく反時計回りに角度β２だけ回転
させる。つまり反時計回りに角度（β１＋β２）だけ回
転させて再度検査する。そうすると前記基板５の縦横方
向に対してβ１の角度をなすパターン10からの回折光は
受光方向O1,O2に対して（β１＋β２）の角度をなす方
向に出ていく為、受光されない。

この様に回路パターン中に基板の縦横方向に対して、例
えばβの角度をなすパターンが含まれている場合、該パ
ターンと同じ方向に走査して検査を行うと回折光が受光
されてパターンが異物かの区別をつけることはできな
い。しかし、更に走査光を変えて（基板の縦横方向は含
まない）再度検査を行うと、もし始めの検査で検出した
ものがパターンであれば回折光は受光されず、異物であ
れば回折光の等方散乱性故に受光されることになり、パ
ターンか異物かの明確な判定を行うことができる。

そこで、前記２回の検査結果を基板上の各座標点毎に比
較して最終的な判定を行うようにすれば良い。

表１は前記２回の検査結果から回路パターンから異物か
を判定する例を示したものである。同表において、例え
ば回折光を受光した状態をON、受光しない状態をOFFで
夫々表わし、第１回目の検査結果と第２回目の検査結果
の論理積をとるとONのときは異物であり、OFFのときは
パターンという最終判定になる。

尚、第２図（Ａ），（Ｂ）に示した方法において、更に
基板５の回転角度を変えて検査を行い、検査回数を増や
していくと異物と回路パターンの分離精度をさらに高め
ることができる。

表２はレーザービームの入射方向に対して、β1,β2,β
３の３つの夫々角度だけ前記基板５を回転させて検査を
行った結果を示す一例である。同表においてパターンA,
B,Cは基板の１の縦若しくは横方向に対して夫々β1,β
2,β３の角度をなすパターンである。そして表１と同様
に夫々の回転角度での検査結果の論理積をとることによ
り異物か回路パターンかの最終的な判定を行っており、
表１で示した場合より異物の分離精度は高いと言える。

第３図（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る他の表面状態検査
状態の一例を示す説明図である。同図（Ａ）は基板を回
転させないで検査を行う説明図、同図（Ｂ）は基板を反
時計回りにβの角度だけ回転させて検査を行う説明図で
ある。

同図（Ａ），（Ｂ）において、５はレチクルやフォトマ
スク等の基板、12及び13は受光部で回路パターンや異物
からの回折光を受光する。14は入射レーザービームの基
板５上でのビームスポットを表わしている。11は回路パ
ターンで角部を有している。B1,B2は基板５を回転させ
ないときの該基板５の横方向を示している。

本実施例は第１図の実施例とは異なり、比較的大きなビ
ーム径のレーザービームを基板５上の回路パターンに照
射している。これは実際の表面状態検査装置としては、
できるだけ検査速度を上げる為にビーム径は大きくしよ
うという要求を考慮した為である。

一方、ビーム径を小さくすると異物の回折光の等方散乱
性は強まるが検査速度が低下する為、両者の兼ね合いで
ビーム径を決定する。通常は、該ビーム径は30から60μ
ｍである。

一方、基板上の回路パターンは最小で５μｍ前後のもの
がある為、検査中にビーム径内に多数の回路パターンが
存在することになる。例えば、本実施例においては同図
（Ａ）に示しているようにビーム径14の中に存在する異
物からの等方散乱性の回折光を異なる２個所に配置した
受光部12及び13によって受光し、異物の検出を行ってい
るが、前記ビーム径14の中に角部を有する例えば、くの
字型の回路パターン11が存在した場合、該回路パターン
11の直線部による回折光（矢印で示している）が丁度、
前記受光部12及び13で受光されると２つの受光部12及び
13の出力差がなくなり異物と誤検知してしまうことにな
る。

そこで、同図（３）に示している様に第２図に示した方
法を適用して、基板５を反時計回りに例えば角度βだけ
回転させると、前記くの字型の回路パターン11の直線部
からの回折光は受光部12及び13からはそれて行き（矢印
で示している）受光されなくなる。

しかし、もし異物であるならば基板５を角度βだけ回転
させて検査を行っても、受光部12及び13においては前回
の検査と同様の回折光が受光されることになる。

表３は第３図の実施例の２回の検査結果を示した一例で
ある。同表においてPMT1及びPMT2は夫々受光部12及び13
を表わしており、表１及び表２と同様に２回の検査結果
の論理積をとって、ONであれば異物、OFFであればパタ
ーンという最終判定を行っている。

第６図は本発明に係る表面状態検査方法の概要を示すブ
ロック図である。同図から明らかな様に、本発明によれ
ば表面状態の検査を被測定物である基板全面に対しＮ回
行い、Ｎ回の検査結果を比較処理手段により比較して、
精度の良い表面状態の検査結果を得ている。

比較処理手段は、先の実施例で示した様にマイクロコン
ピュータ等に予めプログラミングされたシーケンスに従
い、基板の各位置に対してＮ回の検査結果を比較して、
各位置に存するものが回路パターンなのか、或いは異物
であるなのか、又は何も存在していないのかを正確に判
別する。

従って、本発明によれば表面状態検査用の受光素子は原
理的に単一であっても正確に検査が行い得る。又、複数
の受光素子を異なる位置に配して受光システムを構成す
る場合は、本発明を適用することにより表面状態の検査
精度を格段に向上させることが出来る。

尚、以上述べた実施例においては、異物は等方散乱性を
有しているという前提の下に基板の表面状態検査方法を
論じてきたが、実際の異物は必ずしも等方散乱性を有し
ているわけではなく、やや異方散乱性を有している場合
もある。しかし回路パターンの回折光は異物の異方散乱
性に比較すれば、強い異方散乱性（強い方向性）を有し
ている為、例えば受光数や受光位置を調節する等の処理
により、異物と回路パターンの分離精度を高めることが
できる。

又、基板を回転させる角度は、基板上の回路パターン中
に存在している基板の縦横方向以外の方向性を持つパタ
ーン考慮して決定するのが良い。

又、以上述べた実施例においては、基板を一定角度だけ
回転させる例を示したが、逆に該基板を固定して相対的
に光学系を回転させても良い。つまり、基板に対して投
光手段の一部或いは受光手段の一部のみを回転させても
同様の効果を期待できる。

更に、本発明は基板上の異物と回路パターンを分別する
表面状態検査方法だけでなく、一般に基板に対して照射
したレーザービームの散乱状態をもとに該基板の表面状
態を検査する種々の用途に広く適用できるものである。

（発明の効果）本発明に依れば基板と光学系を相対的に一定角度だけ傾
けて再検査することにより、基板上の異物と回路パター
ンとの分離精度を大きく高めることができ、受光部を増
やして検査した場合と同様の効果が得られる為、受光部
の感度差や感度変化等による問題を軽減でき、低コスト
化にもつながる表面状態検査方法及び表面状態検査装置
を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図
（Ａ），（Ｂ）及び第３図（Ａ），（Ｂ）は本発明は係
る表面状態検査状態を示す説明図、第４図は従来例の表
面状態検査装置を示す概略図、第５図（Ａ），（Ｂ）は
第１図の実施例の検査状態を示す説明図、第６図は本発
明の一実施例のブロック図である。図中１はレーザー光源、２はポリゴンミラー、４は投光
部、５はレチクル等の基板、６は集光部、７は反射部
材、８は導光レンズ、９及び12,13は受光部、10は回路
パターン中の主パターンに対し角度β１の傾きを持つパ
ターン、11は回路パターン中の主パターン以外の角部を
含むパターン、14はレーザービームの基板５上における
ビーム径、100はコントローラ、110は比較処理手段、12
0はステージ駆動手段、130は出力装置、150はステージ
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる方向に延びる複数のパターン
を備える基板の表面を照明し、基板表面から発生する回
折光と散乱光のうち検出方向に生じる光の有無を判別
し、基板の表面状態を検査する方法において、前記検出
方向に対する前記回折光の分布を変化させることにより
前記回折光の分布が互いに異なる複数の検査状態を設定
し、各検査状態での前記検出方向の光の有無の判別結果
に基づいて前記基板の表面状態を検査することを特徴と
する表面状態検査方法。
【請求項２】前記複数の状態で前記検出方向に生じる光
がある場合に前記基板表面に異物が有ると決定すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面状態検査
方法。
【請求項３】前記検出方向を回転させることにより、前
記検出方向に対する前記回折光の分布を変化させること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面状態検査
方法。
【請求項４】前記基板を回転させることにより、前記検
出方向に対する前記回折光の分布を変化させることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面状態検査方
法。
【請求項５】互いに異なる方向に延びる複数のパターン
を備える基板の表面の状態を検査する装置において、前
記基板の表面に光を照射するための照射光学系と、前記
光照射時に前記基板表面から発生する回折光と散乱光の
うちの検出方向に生じる光を検出する検出光学系と、前
記検出光学系により検出された光を受光する光電変換器
と、前記検出光学系に対する前記回折光の分布が互いに
異なる複数の検査状態を設定するために前記照射光学系
及び前記検出光学系と前記基板を相対的に回転させる駆
動手段と、前記複数の検査状態における前記光電変換器
の出力同士の論理積を検出する手段とを有することを特
徴とする表面状態検査装置。
【請求項６】前記駆動手段は前記照射光学系及び前記検
出光学系の回転させる手段を備えることを特徴とする特
許請求の範囲第５項記載の表面状態検査装置。
【請求項７】前記駆動手段は前記基板を回転させる手段
を備えることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
表面状態検査装置。