JPH07167792A

JPH07167792A - 異物検査装置

Info

Publication number: JPH07167792A
Application number: JP5342269A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hamada; 等史浜田; Hideyuki Tashiro; 英之田代; Fumitomo Hayano; 史倫早野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】異物の付着位置にかかわらず検出感度が一定
で信頼性の高い異物検査装置を提供すること。【構成】本発明は、所定方向に拡大された光ビームを
被検査面に斜めから照射して前記被検査面上に前記光ビ
ーム形の長手方向に沿った帯状の照射領域を形成するた
めの照射手段と、前記帯状照射領域の長手方向とほぼ直
交する方向に前記被検査面を前記照射手段に対して相対
的に移動させるための走査手段と、前記被検査面に付着
した異物からの散乱光を受光して散乱光の強度に応じた
散乱信号を出力するための光電検出手段とを備えた異物
検査装置であって、前記所定方向に拡大された光ビーム
をそのビーム形の長手方向に部分遮光するために互いに
平行な一対のエッジを有する遮光手段を備え、前記一対
のエッジと前記光ビーム形の長手方向とがなす鋭角の角
度は、９０度より実質的に小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小なゴミ等の異物を自
動的に検出するための異物検査装置に関し、特に集積回
路の製造工程において用いられるレチクルやフォトマス
ク等に平行に張架された異物付着防止用の薄膜（以下、
「ペリクル」という）の表面上に付着した異物を自動的
に検査する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の製造工程の１つであるフォト
リソグラフィ工程においては、ペリクルが張架されたレ
チクルやフォトマスク（以下、単に「マスク」という）
による回路パターンの半導体ウェハへの転写が行われ
る。その際、ペリクル上に大きなゴミ等の異物が付着し
ていると、その異物像が半導体ウェハに影響を及ぼし、
回路パターンの欠陥となる。この結果、製造歩留りが低
下する。したがって、転写を行う前に、ペリクルに異物
が付着しているか否かを検査する必要がある。

【０００３】図３は、従来の異物検査装置の構成を概略
的に示す斜視図である。図３の装置では、半導体レーザ
１１から射出された放射状のレーザ光（波長が約７８０
ｎｍ）をコリメータレンズ１２で平行ビームにし、アナ
モフィックプリズム１３で図中Ｘ方向にビーム形を拡大
する。Ｘ方向に拡大された断面が長円のレーザ光は、矩
形開口部を有する絞り２４によってビーム形の長手方向
に部分遮光され、ミラー１５で反射されて被検査面であ
るペリクル２１上に９０度に近い入射角で入射する。

【０００４】こうして、ペリクル２１上には前記ビーム
形の拡大方向に延びた帯状の照射領域（一方向に関して
被検査面を帯状に一括照射する照射領域）３０が形成さ
れる。この帯状の照射領域内に異物があると散乱光が発
生する。異物からの散乱光は、受光レンズ３１を介して
イメージセンサ２０に結像する。イメージセンサ２０で
検出された散乱光の強度に応じて、異物の大きさを検出
することができる。なお、ペリクル２１が張架されたマ
スク２２を帯状の照射領域３０の長手方向とほぼ垂直な
方向（図中Ｙ方向）に移動させながらビーム走査するこ
とにより、被検査面全体に亘る異物検査を行うことがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の異物検査
装置では、図５（ａ）に示すように、長円光ビーム４１
を絞り２４の矩形開口部を介してビーム形の長手方向に
部分遮光していた。さらに詳細には、光ビーム４１をそ
の長手方向と直交する互いに平行な一対のエッジ２４ａ
および２４ｂによって部分遮光していた。このため、図
５（ｂ）に示すように、ペリクル２１上の照射領域４２
には、回折効果による照射光強度むら（帯状照射領域の
長手方向に沿った照射光の光強度の周期的な変化）が走
査方向とほぼ平行な横縞状に発生してしまう。なお、後
述する理由により、図５（ｂ）では光ビームの長手直交
方向のガウス分布の影響を無視している。

【０００６】こうして、異物ＡおよびＢが同じ大きさで
あっても、図示のように異物Ａが回折横縞の山の部分
（照射領域の長手方向に照射光強度がほぼ極大になる位
置）に異物Ｂが回折横縞の谷の部分（照射領域の長手方
向に照射光強度がほぼ極小になる位置）に付着している
場合、照射強度の変化（すなわち異物の付着位置）に依
存して検出される散乱光強度が異なってしまう。すなわ
ち、異物の検出感度が一定にはならず、異物検査の再現
性および信頼性が損なわれるという不都合があった。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、異物の付着位置にかかわらず検出感度が一定
で信頼性の高い異物検査装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定方向に拡大された光ビーム
を被検査面に斜めから照射して前記被検査面上に前記光
ビーム形の長手方向に沿った帯状の照射領域を形成する
ための照射手段と、前記帯状照射領域の長手方向とほぼ
直交する方向に前記被検査面を前記照射手段に対して相
対的に移動させるための走査手段と、前記被検査面に付
着した異物からの散乱光を受光して散乱光の強度に応じ
た散乱信号を出力するための光電検出手段とを備えた異
物検査装置において、前記所定方向に拡大された光ビー
ムをそのビーム形の長手方向に部分遮光するために互い
に平行な一対のエッジを有する遮光手段を備え、前記一
対のエッジと前記光ビーム形の長手方向とがなす鋭角の
角度は、９０度より実質的に小さいことを特徴とする装
置を提供する。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、前記光電
検出手段において所定時間に亘って検出した前記散乱光
の受光強度分布に基づいて、異物の検査を行う。さら
に、前記所定時間をｔとし、前記一対のエッジと前記光
ビームの長手方向に直交する方向とがなす鋭角の角度を
ωとし、前記照射手段に対する前記被検査面の相対移動
速度をｖとし、前記一対のエッジによる回折によって前
記照射領域に形成される回折斜縞のピッチをδとし、前
記帯状照射領域の走査方向の長さをφとしたとき、ｓｉｎω＝δ／（ｖ・ｔ）ｖ・ｔ＜ φ の条件を満足するのが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明の異物検査装置では、平行な一対のエッ
ジによって長円光ビームをその長手方向に部分遮光す
る。具体的には、図６（ａ）に示すように、絞り１４の
平行四辺形開口部の互いに平行な一対のエッジ１４ａお
よび１４ｂによって、長円光ビーム４１をその長手方向
に部分遮光している。このため、図６（ｂ）に示すよう
に、ペリクル２１上の照射領域５２には、回折効果によ
る照射光強度むら（帯状照射領域の長手方向に沿った照
射光の光強度の周期的な変化）が走査方向に対して角度
をもった斜縞状に発生してしまう。すなわち、照射領域
５２には、走査方向に対して斜めの回折斜縞が形成され
る。

【００１１】なお、一般にレーザビームはガウス型の強
度分布を呈しているので、所定方向に拡大された場合も
その長手方向およびその直交方向（長手直交方向）にガ
ウス分布を呈する。本発明では、光ビームを所定の方向
において拡大しているため、長手方向におけるガウス分
布が非常に緩やかになる。そして、長手方向に部分遮光
したビーム中心領域を利用するので、帯状照射領域にお
いて照射光の強度はその長手方向にほぼ一様である。光
ビームの長手直交方向に部分遮光をしないときは、帯状
照射領域において照射光の強度はその長手直交方向すな
わち走査方向にガウス分布を呈する。しかしながら、走
査方向に沿った照射光の変化は各異物に対して走査中常
に同じ条件である。さらに、検出感度が問題となる異物
の大きさは帯状照射領域の幅と比べてはるかに小さく、
照射光の強度が走査方向にほぼ一定の領域のおいて散乱
光を受光することができる。したがって、本発明では、
照射光の長手直交方向のガウス分布を無視し、照射光の
長手方向の強度分布を一定として説明する。

【００１２】一方、回折効果による照射光強度むらすな
わち帯状照射領域の長手方向に沿った照射光の光強度の
周期的な変化は、ビーム中心領域においては局部的に小
さくビーム中心領域における光強度は全体的にはほぼ一
様とみなすことができる。実際に、回折による照射光強
度変化が検出感度に影響を与えるのは長円光ビームの長
手方向周辺部分である。図６（ｃ）は、帯状照射領域の
長手方向に沿った照射光の強度分布を示す図である。図
６（ｃ）において、縦軸は照射光強度を横軸は帯状照射
領域の長手方向を示している。

【００１３】図６（ｃ）に示すように、回折による照射
光の強度変化はほぼ一様であり且つ周期的である。換言
すれば、照射領域における回折斜縞のピッチδはほぼ一
定であり、回折斜縞の山の部分および谷の部分における
光強度はそれぞれほぼ一定である。なお、図の明瞭化の
ために図６（ｂ）において回折斜縞のピッチδを大きく
描いているが実際には帯状照射領域の幅φと比べてはる
かに小さい。図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、あ
る瞬間ｔ０において、異物Ｃが回折斜縞の山の部分（照
射光強度のほぼ極大の部分）にあり、異物Ｄが回折斜縞
の谷の部分（照射光強度のほぼ極小の部分）にあるもの
とする。

【００１４】図７は、図６の照射領域内にある２つの異
物からの散乱光の受光強度が走査につれて変化する様子
を示す図であって、縦軸には散乱光の受光強度を横軸に
は時間を示している。一般に、異物からの散乱光の強度
は照射光の強度に比例するので、図７の瞬間ｔ０におい
て、異物Ｃからの散乱光の受光強度はほぼ極大であり、
異物Ｄからの散乱光の受光強度はほぼ極小になってい
る。

【００１５】ここで、異物Ｃの散乱光の受光強度の変化
に着目すると、瞬間ｔ０においてほぼ極大であった受光
強度が徐々に減少しやがてほぼ極小になり増加に転じ
る。そして瞬間ｔ１において再びほぼ極大になる。一
方、異物Ｄの散乱光の受光強度の変化に着目すると、瞬
間ｔ０においてほぼ極小であった受光強度が徐々に増加
しやがてほぼ極大になり減少に転じる。そして瞬間ｔ１
において再びほぼ極小になる。

【００１６】このように、瞬間ｔ０から瞬間ｔ１までの
時間において、照射領域の異物ＣおよびＤからの散乱光
の受光強度分布はそれぞれほぼ１周期分変化する。換言
すれば、異物Ｃと異物Ｄのサイズが同じであれば、散乱
光の受光強度分布がほぼ１周期分変化する時間における
異物Ｃからの総蓄積受光量Ｓ_Cと異物Ｄからの総蓄積受
光量Ｓ_Dとはほぼ等しくなる。したがって、異物からの
受光強度分布が少なくともほぼ１周期分変化する時間に
亘って検出した散乱光の受光強度分布に基づいて異物検
査を行えば、異物の付着位置に依存することなくほぼ同
じ蓄積光量の照射光を各異物に照射し、異物のサイズが
同じであればほぼ同じ蓄積光量の散乱光を受光すること
ができる。

【００１７】図４は、帯状照射領域と回折斜縞との幾何
学的関係を示す図である。なお、図４においても、図の
明瞭化のために回折斜縞のピッチδを大きく描いている
が実際には帯状照射領域の幅φと比べてはるかに小さ
い。ここで、所定時間ｔ内に異物からの散乱光の受光強
度分布が少なくともほぼ１周期分変化するという条件か
ら、換言すれば所定時間ｔにおける走査距離ｖ・ｔが走
査方向の回折斜縞の斜線間距離に等しいという条件か
ら、図４を参照して次の式（１）を導き出すことができ
る。ｓｉｎω ＝ δ／（ｖ・ｔ）（１）こうして、一対のエッジ１４ａ、１４ｂと光ビームの長
手直交方向とがなす鋭角の角度ωすなわち絞り１４の最
適な開口部形状を求めることができる。

【００１８】なお、散乱光の所定受光時間ｔにおける被
検査面の移動量ｖ・ｔは、帯状照射領域の幅φを越える
ことはできない。帯状照射領域の幅φを越えて１つの異
物から散乱光を受光することはできないからである。し
たがって、異物からの散乱光の所定受光時間ｔと、走査
速度ｖと、帯状照射領域の幅φとの間には、次の条件式
（２）で示す関係が成立しなければならない。ｖ・ｔ＜ φ （２）

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１の実施例にかかる異物検査
装置の構成を模式的に説明する斜視図である。図１にお
いて、半導体レーザ１１を出射したレーザ光は、コリメ
ータレンズ１２を介して平行ビームになり、アナモフィ
ックプリズム１３に入射する。アナモフィックプリズム
１３に入射したレーザ光は、図中Ｘ方向に拡大されて断
面が長円形の光ビームになり、絞り１４に入射する。こ
こで、絞り１４に達する長円形の光ビームの光強度は、
コリメータレンズ１２を介した平行ビームのガウス分布
よりも緩やかなガウス分布を呈する。

【００２０】絞り１４では、図６（ａ）に示すように、
平行四辺形の開口部の一対のエッジ１４ａおよび１４ｂ
により、長円光ビームがその長手方向に部分遮光され
る。その結果、絞り１４を介した長円光ビームの光強度
は、光ビームの長手方向に関してほぼ一様になる。絞り
１４を通過した光ビームはミラー１５で反射され、９０
度に近い入射角θをもって被検査面であるペリクル２１
上に入射する。ペリクル２１はフレームを介してマスク
２２に取り付けられ、図中ＸＹ平面とほぼ平行に広がっ
ている。マスク２２ひいてはペリクル２１は、適当な駆
動手段により図中Ｙ方向に移動可能に構成されている。

【００２１】ペリクル２１の表面にほぼ平行に入射した
光ビームは、ペリクル２１の表面においてＸ方向に沿っ
た帯状照射領域５２を形成する。帯状照射領域５２で
は、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、回折の影響
による照射むらを呈するが、照射光強度は全体的にほぼ
一様である。ペリクル２１からの正反射光は直接光吸収
体１６によって吸収される。一方、ペリクル２１上の異
物からの散乱光は、９０度に近い受光角ψをもってＹ方
向に沿って配置された受光系によって受光される。

【００２２】受光系では、異物からの散乱光をソフトフ
ィルタ１７、シャープカットフィルタ１８および受光レ
ンズ１９を介してイメージセンサ２０によって受光す
る。イメージセンサ２０には不感帯が周期的に配置され
ている。したがって、異物からの散乱光が受光レンズ１
９を介してイメージセンサ２０の不感帯上に結像するこ
とがないように、ソフトフィルタ１７で結像スポットサ
イズを大きくしている。また、散乱光の光強度に応じた
いわゆる散乱信号に対してノイズを形成する可視光以下
の波長を有する外乱光を遮光するために、シャープカッ
トフィルタ１８を設けている。

【００２３】次いで、図６および図７を参照して、散乱
信号の処理について説明する。図６（ｂ）および（ｃ）
に示すように、ペリクル２１上の帯状照射領域５２にお
いてほぼ一定のピッチを有する回折斜縞が形成される。
ある瞬間ｔ０において、異物Ｃが回折斜縞の山の部分す
なわち照射がほぼ極大の位置にあるものとし、異物Ｄが
回折斜縞の谷に部分すなわち照射強度がほぼ極小の位置
にあるものとする。散乱光の強度は照射光の強度に比例
するので、図７で瞬間ｔ０において、異物Ｃからの散乱
光の受光強度はほぼ極大であり、異物Ｄからの散乱光の
受光強度はほぼ極小になっている。

【００２４】本実施例では、瞬間ｔ０からｔ１までの所
定時間における散乱信号に基づいて異物検査を行う。そ
して、本発明の作用ですでに述べたように、異物からの
散乱交の受光強度分布がほぼその１周期分だけ変化する
期間を、前記所定時間として選定する。したがって、異
物Ｃと異物Ｄとが同じサイズであれば、瞬間ｔ０から瞬
間ｔ１までの所定時間内に異物Ｃから検出される総蓄積
光量Ｓ_Cと異物Ｄから検出される総蓄積光量Ｓ_Dとはほ
ぼ等しくなる。このように、所定時間内に異物から検出
される総蓄積光量に基づいて、異物の付着位置に依存す
ることなく一定の検出感度をもって異物検査を行うこと
ができる。また、総蓄積光量に代えて、瞬間ｔ０からｔ
１までの所定時間内のほぼ全体に亘る複数の時点におい
てサンプリングした光強度の総和または平均に基づいて
異物検査を行ってもよい。

【００２５】図２は、本発明の第２の実施例にかかる異
物検査装置の構成を模式的に説明する斜視図である。図
２の第２実施例の装置は図１の第１実施例の装置と同様
の構成を有するが、受光系の構成および適用される被検
査物が基本的に相違する。図２において、図１と同様の
構成要素には同じ参照符号を付している。以下、相違点
に着目して構成を説明する。なお、散乱信号の処理は同
じであり、重複する説明を省略する。

【００２６】図２において、半導体レーザ１１を出射し
たレーザ光は、コリメータレンズ１２、アナモフィック
プリズム１３、絞り１４およびミラー１５を介して、９
０度に近い入射角θをもって被検査面であるマスク２２
のガラス面２２Ｇ上に入射する。マスク２２は、図中Ｘ
Ｙ平面とほぼ平行に支持され、適当な駆動手段により図
中Ｙ方向に移動可能に構成されている。

【００２７】図示のように、マスク２２にほぼ平行に入
射した光ビームは、そのガラス面２２ＧにおいてＸ方向
に沿った帯状照射領域５２を形成する。帯状照射領域５
２では、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、回折の
影響による照度むらを呈するが、光強度は全体としてほ
ぼ一様である。マスク２２のガラス面２２Ｇからの正反
射光は直接光吸収体１６によって吸収される。一方、ガ
ラス面２２Ｇ上の異物からの散乱光は、９０度に近い受
光角ψをもってＹ方向に沿って配置された受光系によっ
て受光される。

【００２８】受光系では、まずシャープカットフィルタ
１８において、散乱信号に対してノイズを形成する可視
光以下の波長を有する外乱光を遮光する。シャープカッ
トフィルタ１８を通過した散乱光は、受光レンズ１９を
介して集光され、スリット６１を通過する。スリット６
１は、受光レンズ１９の結像位置に配置され、マスク２
２のパターン面２２Ｐからの回折光を遮光する。スリッ
ト６１を通過した散乱光は、フィールドレンズ６２、ソ
フトフィルタ１７およびコンデンサレンズ６３を介して
イメージセンサ２０によって受光される。

【００２９】フィールドレンズ６２は、異物からの散乱
光がけられないようにするためのものである。また、イ
メージセンサ２０には不感帯が周期的に配置されている
ので、異物からの散乱光がコンデンサレンズ６３を介し
てイメージセンサ２０の不感帯上に結像することがない
ように、ソフトフィルタ１７で結像スポットサイズを大
きくしている。

【００３０】

【効果】以上説明したごとく、本発明では、異物からの
受光強度分布がほぼその１周期分だけ変化する所定時間
における散乱信号に基づいて異物検査を行うので、帯状
照射領域の任意の位置にある異物についてほぼ同じ蓄積
光量の照射光を照射しほぼ同じ蓄積光量の散乱光を受光
することができる。その結果、帯状照射領域の任意の位
置にある異物についてほぼ同じ条件で検査を行うことが
でき、再現性、検出率および信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にかかる異物検査装置の
構成を模式的に説明する斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施例にかかる異物検査装置の
構成を模式的に説明する斜視図である。

【図３】従来の異物検査装置の構成を模式的に説明する
斜視図である。

【図４】帯状照射領域と回折斜縞との幾何学的関係を示
す図である。

【図５】従来の部分遮光による照射領域の回折横縞を示
す図であって、（ａ）は部分遮光用開口部を、（ｂ）は
回折横縞の構成を、（ｃ）は照射光の強度分布を示して
いる。

【図６】本発明の部分遮光による照射領域の回折斜縞を
説明する図であって、（ａ）は部分遮光用開口部を、
（ｂ）は回折横縞の構成を、（ｃ）は照射光の強度分布
を示している。

【図７】本発明の装置における受光強度分布を説明する
図である。

【符号の説明】

１１半導体レーザ１２コリメータレンズ１３アナモフィックプリズム１４絞り１５ミラー１６直接光吸収体１７ソフトフィルタ１８シャープカットフィルタ１９受光レンズ２０イメージセンサ２１ペリクル２２マスク２２Ｇマスクのガラス面２２Ｐマスクのパターン面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定方向に拡大された光ビームを被検査
面に斜めから照射して前記被検査面上に前記光ビーム形
の長手方向に沿った帯状の照射領域を形成するための照
射手段と、前記帯状照射領域の長手方向とほぼ直交する
方向に前記被検査面を前記照射手段に対して相対的に移
動させるための走査手段と、前記被検査面に付着した異
物からの散乱光を受光して散乱光の強度に応じた散乱信
号を出力するための光電検出手段とを備えた異物検査装
置において、前記所定方向に拡大された光ビームをそのビーム形の長
手方向に部分遮光するために互いに平行な一対のエッジ
を有する遮光手段を備え、前記一対のエッジと前記光ビーム形の長手方向とがなす
鋭角の角度は、９０度より実質的に小さいことを特徴と
する装置。
【請求項２】前記一対のエッジは、前記光ビーム形の
中心に対して対称位置に配置されていることを特徴とす
る請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記遮光手段は、平行四辺形の開口部を
有する絞りであることを特徴とする請求項１または２に
記載の装置。
【請求項４】前記光電検出手段において所定時間に亘
って検出した前記散乱光の受光強度分布に基づいて、異
物の検査を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載の装置。
【請求項５】前記所定時間は、前記散乱光の受光強度
分布がほぼ１周期分変化する時間であることを特徴とす
る請求項４に記載の装置。
【請求項６】前記所定時間をｔとし、前記一対のエッ
ジと前記光ビームの長手方向に直交する方向とがなす鋭
角の角度をωとし、前記照射手段に対する前記被検査面
の相対移動速度をｖとし、前記一対のエッジによる回折
によって前記照射領域に形成される回折斜縞のピッチを
δとし、前記帯状照射領域の走査方向の長さをφとした
とき、ｓｉｎω＝δ／（ｖ・ｔ）ｖ・ｔ＜ φ の条件を満足することを特徴とする請求項４または５に
記載の装置。