JPH09311108A

JPH09311108A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

Info

Publication number: JPH09311108A
Application number: JP13024896A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Fujimori; 義彦藤森; Masashi Sueyoshi; 正史末吉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で微小な異物を検出することのでき
る欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。【解決手段】透明な基板８を透過照明する透過照明光学
系３，４，５，７と、基板８を落射照明する落射照明光
学系３，１２，１３，９と、基板８を透過照明した光を
検出する透過照明検出装置９，１０，１１，２３と、基
板８を落射照明した光を検出する落射照明検出装置９，
１０，１１，２３と、透過照明検出装置９，１０，１
１，２３と落射照明検出装置９，１０，１１，２３との
検出結果に基づいて、透過照明光学系３，４，５，７と
落射照明光学系３，１２，１３，９との少なくとも一方
の光量を調節する調節手段２１，２２，２４とを備えて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、欠陥検査装置及び
欠陥検査方法に関し、特に、半導体製造工程において使
用されるレチクル等のパターンの欠陥の検査に用いて好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の欠陥検査装置としては、例えば特
開昭５９−７７５７６号、特開昭６２−２８０９８１
号、特開平５−６０５３３号などの出願がある。従来の
欠陥検査装置においては、欠陥を検出するための光学系
とともに欠陥を肉眼で観察するための顕微鏡や、センサ
がとらえたパターンの画像を表示するためのモニタディ
スプレイなどを備えており、検査が終了したあとに検出
された欠陥をそれらにより確認することが行われてい
る。これは、検出されたそれぞれの欠陥について、顕微
鏡又は顕微鏡画像により人が確認して、それが真の欠陥
であるか、また半導体の性能に影響する欠陥であるか、
またパターンの欠陥なのか異物が付着しているのか、さ
らに修正が可能であるか、などの点について判断するた
めである。特に独立欠陥の場合は、それがパターンと同
じ材質のものの残りなのか、それとは異なる物質が付着
しているのかを見極めることが重要である。それらのど
ちらに該当するかによって修正方法や、製造プロセスへ
のフィードバックの仕方が異なってくるからである。従
来この判定作業は、落射照明を用いて熟練作業者がその
明るさなどから判定していた。

【０００３】また、特開平６−２９４７５０号において
は、落射照明と透過照明とを用いて異物を検出するこ
と、及び、異物の種類の判定を行えることが示唆されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年の半導
体製造技術の高度化に伴って、検出する欠陥の大きさが
どんどん小さくなり、０．２ミクロン以下の欠陥までが
問題とされるようになりつつある。これに伴って、欠陥
の確認が困難になってきた。すなわち、例えば０．２ミ
クロン前後の独立欠陥が検出された場合に、それがパタ
ーンと同じ材質のものの残りなのか異物の付着なのかの
判定が非常に困難になってきた。判定には、欠陥がある
程度の大きさを持つことが必要で、欠陥が小さくなる
と、どちらの欠陥の場合でも落射照明下では光る点とし
か見えなくなるからである。微小欠陥を観察する一つの
手段としてＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などのより解像
力の高いものがあるが、ＳＥＭでは略真空にしなければ
ならないなどの煩雑さに加え、その像から微小欠陥のパ
ターン材質か異物かを判定することは容易とは限らな
い。

【０００５】また、前述のように、特開平６−２９４７
５０号においては、落射照明と透過照明とを用いて異物
を検出すること、及び、異物の種類の判定を行う示唆は
あるものの、具体的な手法については開示されていなか
った。そこで、本発明では、簡単な構成で微小な異物を
検出することのできる欠陥検査装置および欠陥検査方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、一実施例を表す図１に対応つけて説明すると、請求
項１記載の欠陥検査装置は、透明な基板（８）上に形成
されたパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置であっ
て、基板（８）を透過照明する透過照明光学系（３，
４，５，７）と、基板（８）を落射照明する落射照明光
学系（３，１２，１３，９）と、基板（８）を透過照明
した光を検出する透過照明検出装置（９，１０，１１，
２３）と、基板（８）を落射照明した光を検出する落射
照明検出装置（９，１０，１１，２３）と、透過照明検
出装置（９，１０，１１，２３）と落射照明検出装置
（９，１０，１１，２３）との検出結果に基づいて、透
過照明光学系（３，４，５，７）と落射照明光学系
（３，１２，１３，９）との少なくとも一方の光量を調
節する調節手段（２１，２２，２４）とを備えている。

【０００７】請求項２記載の欠陥検査装置は、調節手段
（２１，２２，２４）が、基板（８）上のパターンが形
成されていない非パターン部分を透過する透過照明光と
前記非パターン部分で反射される落射照明光との和の強
度と、前記パターン部を透過透過する透過照明光と前記
パターン部分で反射される落射照明光との和の強度と、
が略等しくなるように調節を行っている。

【０００８】請求項３記載の欠陥検査装置は、透過照明
検出装置（９，１０，１１，２３）と落射照明検出装置
（９，１０，１１，２３）とは、前記パターンと前記非
パターンとの撮像信号を出力する撮像装置（２３）を含
んでおり、調節手段（２１，２２，２４）は、前記撮像
信号に基づいて、前記パターンと前記非パターンとのコ
ントラストが最小になるように調節をしている。

【０００９】請求項４記載の欠陥検査方法は、透明な基
板上に形成されたパターンを観察する際に、前記パター
ンと、該パターンが形成されていない非パターンとの明
るさが透過照明と落射透明とでほぼ等しくなるように、
前記透過照明と前記落射透明との少なくとも一方の光量
を調節している。本発明では、従来と同じ顕微鏡接眼レ
ンズ又は撮像装置によって欠陥を観察する時に、基板の
欠陥部分を透過照明及び落射照明により同時に照明し、
かつ、透過照明と落射照明との少なくとも一方を調節し
て、基板のパターン部分の明るさと非パターン部分の明
るさがほぼ等しい状態で観察することによって、微小欠
陥がパターン材質であるのか異物であるのかの区別をし
易くしている。

【００１０】本発明によれば、ＳＥＭの様な大がかりな
装置を用いないで、かつ、素早く微小欠陥がパターン材
質であるか異物であるかの区別ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を、添付
図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施例で
は、透明なガラス基板上にクロムによりパターンが形成
された、半導体製造工程で使われるレチクルを検査する
場合を例にして説明する。図１は、本発明の一実施例を
表す欠陥検査装置の光学系部分の構成を示す図である。

【００１２】図１において、水銀ランプやハロゲンラン
プなどの光源１より発した光はレンズ２によってライト
ガイド３の入射端面に集光されている。ライトガイド３
は、出射端面が２分岐されており、入射した光をそれぞ
れ透過照明の光、落射照明の光として分割して伝達す
る。透過照明光は、リレーレンズ４、５とミラー６とを
介してコンデンサレンズ７に伝達され、コンデンサレン
ズ７によって被検査レチクル８上に集光され透過照明光
となる。

【００１３】一方、落射照明光は、リレーレンズ１２、
１３を通過してハーフミラー１４に入射し、このハーフ
ミラー１４で反射されて対物レンズ９に入射し、被検査
レチクル８上に集光され落射照明光となる。なお、不図
示ではあるが、被検査レチクル８は、水平方向に移動可
能なステージに載置されており、このステージの移動に
より被検査領域を設定されている。

【００１４】被検査レチクル８を透過した透過照明光
と、被検査レチクル８を反射した落射照明光とは、対物
レンズ９、ハーフミラー１４、第２対物レンズ１０、ハ
ーフミラー１５を通過してＣＣＤカメラ等から構成され
る撮像素子１１上に結像する。撮像素子１１は、結像し
た透過照明光と落射照明光とを光電変換して、画像取り
込み装置２３に出力する。

【００１５】画像取り込み装置２３は、撮像素子１１か
らの光電信号をデジタル画像に変換して後述の制御装置
２４に出力するものであり、例えば８ビットのデジタル
画像とすると、入力した光電信号の明るさを０から２５
５までの２５６階調で表すことができる。また、ハーフ
ミラー１５を反射した透過照明光と、落射照明光とは、
接眼レンズ１６を介して目視観察用に用いられる。

【００１６】ＮＤフィルター２０，２１，２２は、光量
調節に用いられる部材であり、円周方向に光透過率が連
続的に変化するようになっている。また、ＮＤフィルタ
ー２１，２２は、光透過率がゼロの領域（遮光部）を有
している。なお、ＮＤフィルター２０，２１，２２は、
モータ３０，３１，３２によりそれぞれ回転されて光透
過率が変化する。

【００１７】図１から明らかなように、ＮＤフィルター
２０は、ライトガイド３の入射側に配設されており、光
源１の光量を調節する。ＮＤフィルター２１は、ライト
ガイド３の一方の出射側に配設されており、透過照明光
の光量を調節する。ＮＤフィルター２２は、ライトガイ
ド３の他方の出射側に配設されており、落射照明光の光
量を調節する。

【００１８】なお、本実施例では、３つのＮＤフィルタ
ー２０，２１，２２を設けているが、ＮＤフィルター２
１とＮＤフィルター２２との透過率の調節幅が十分な場
合は、ＮＤフィルター２１とＮＤフィルター２２とを用
いて光源１の光量を調節できるので、ＮＤフィルター２
０を省略することができる。同様に、光源１としてハロ
ゲンランプ等の光量調整の可能な光源を使用することに
よりＮＤフィルター２０を省略することができる。

【００１９】制御装置２４は、欠陥検査装置全体を制御
するものであり、特に、画像取り込み装置２３からの画
像を入力して、モータ３０，３１，３２を介してＮＤフ
ィルター２０，２１，２２の透過率を制御している。な
お、制御装置２４は、例えばエンコーダからの信号によ
り、ＮＤフィルター２０，２１，２２の位置と透過率と
を対応づけて認識することができる。

【００２０】図２は、被検査レチクル８上のパターン７
０及び欠陥７１、７２を単純化して示した図である。こ
こで、欠陥７１はパターンを構成する材質のクロムが残
ってしまったもの、欠陥７２は異物、例えば有機物が付
着しているものとする。図３は、図２の図面に説明のた
めの走査線７３を加えたものである。図４は、画像取り
込み装置２３によって図３のパターン７０及び欠陥７
１、７２を観察（検出）したときの走査線７３の画像を
示しており、図４（ａ）は透過照明光のみの場合の走査
線７３の画像を示しており、図４（ｂ）は落射照明光の
みの場合の走査線７３の画像を示しており、図４（ｃ）
は透過照明光と落射照明光との両方を用いた場合の走査
線７３の画像を示している。

【００２１】なお、図４において、横軸は走査線７３の
位置を表しており、縦軸は明るさを表している。図４
（ａ）に示してあるように、透過照明光のみを用いた場
合では、パターン７０が暗く、非パターン部（ガラス
面）が明るい。また、欠陥７１及び７２では、欠陥が小
さいので、パターン７０と同じレベルにまでは暗く落ち
ない。欠陥７１と欠陥７２とでは明るさの差がほとんど
ない。この画像によって欠陥の材質がクロムなのか異物
なのかを判別することは非常に難しい。

【００２２】一方、図４（ｂ）に示してあるように、落
射照明光のみを用いた場合では、パターン７０が明る
く、非パターン部（ガラス面）が暗くなっている。これ
は、非パターン部分（ガラス面）に比べてパターン７０
の光の反射率が非常に大きいためである。ここでは、欠
陥７１に比べて欠陥７２の方が暗くなり、画像に差がで
る。これは、欠陥７１と欠陥７２とで、その材質の違い
によって光の反射率に差があるためである。ところが、
これを撮像画像又は接眼レンズ１６により人間が観察す
ると、どちらも暗い中に白く光る点であり、その違いを
認識するのは難しい。この例の様に全く同じ大きさでパ
ターン欠陥と異物が並んでいればその差を認識できる可
能性はあるが、実際にはこの様なことは全くと言って良
いほどなく、１つの微小独立欠陥が被検査レチクル８上
に存在したときに、この様な落射照明のみによってパタ
ーン欠陥か異物かを判別することは、特に欠陥が非常に
小さいときは事実上不可能である。

【００２３】図４（ｃ）は、透過照明と落射照明とを同
時に行い、かつそれらを合成した光学像において、パタ
ーン部と非パターン部（ガラス面）の明るさがほぼ等し
くなるように両照明のバランスを調整したときの画像で
ある。パターン７０と非パターン部がほぼ同じ明るさに
なっている。パターン７０では、そのパターンエッジ部
分だけがやや暗くなっている。欠陥７１はパターン７０
と同じような明るさとなり、やはりエッジ部分のみが暗
くなる。これに対して、欠陥７２は全体が暗くなり、欠
陥７１やパターン７０と明らかに違っている。人間の目
でも周辺と同じ明るさなのか暗いのかで判断できるの
で、異物であると判断し易くなる。

【００２４】以下、上述したように構成された欠陥検査
装置によって、被検査レチクル８上のパターン７０と非
パターン部（ガラス面）との明るさがほぼ等しくなるよ
うに、透過照明光と落射照明光とを調節する方法を説明
する。図５は制御装置２４のフローチャートであり、図
６はパターン７０と非パターン部（ガラス面）とに照射
する適正な光量を概念的に表す図である。以下、図５と
図６とを用いて説明を続ける。

【００２５】制御装置２４は、被検査レチクル８を載置
する不図示のステージを制御して、パターン７０と非パ
ターン（ガラス面）との両方を視野に入る（ステップＳ
１）。制御装置２４は、透過照明光の光量を初期値に設
定するために、モ−タ３１によりＮＤフィルター２１を
回転させて、ＮＤフィルター２１の光透過率を予め設定
した透過照明初期値ＳＴ１に設定するとともに、モ−タ
３２によりＮＤフィルター２２を回転させて、ＮＤフィ
ルター２２の遮光部にライトガイド３からの透過照明用
の光が入射するように設定する（ステップＳ２）。

【００２６】制御装置２４は、撮像素子２３と画像取り
込み装置２３とを制御して、透過照明光によるパターン
７０と非パターン部（ガラス面）との画像を読み込む
（ステップＳ３）。制御装置２４は、ステップＳ３で読
み込んだ画像のパターン７０のデジタル画像の明るさＡ
ＰＴと、非パターン部（ガラス面）のデジタル画像の明
るさＡＧＴとを求める（ステップＳ４）。なお、前述の
ステップＳ２における透過照明光の初期値の設定はパタ
ーン７０と非パターン部（ガラス面）のデジタル画像の
明るさが２５５を越えないように設定する必要がある。

【００２７】制御装置２４は、落射照明光の光量を初期
値に設定するために、モ−タ３２によりＮＤフィルター
２２を回転させて、ＮＤフィルター２２の光透過率を予
め設定した落射照明初期値ＳＲ１に設定するとともに、
モ−タ３１によりＮＤフィルター２１を回転させて、Ｎ
Ｄフィルター２１の遮光部にライトガイド３からの落射
照明用の光が入射するように設定する。なお、落射照明
の初期値の設定においても、パターン７０と非パターン
部（ガラス面）のデジタル画像の明るさが２５５を越え
ないように設定する必要がある。（ステップＳ５）。

【００２８】制御装置２４は、撮像素子２３と画像取り
込み装置２３とを制御して、落射照明光によるパターン
７０と非パターン部（ガラス面）との画像を読み込む
（ステップＳ６）。制御装置２４は、ステップＳ６で読
み込んだ画像のパターン７０のデジタル画像の明るさＡ
ＰＲと、非パターン部（ガラス面）のデジタル画像の明
るさＡＧＲとを求める（ステップＳ７）。

【００２９】制御装置２４は、ステップ４とステップ７
とで得られた明るさのデータに基づいて、観察（検出）
のために最適な透過光量と落射光量とを演算する（ステ
ップＳ８）。即ち、最適な非パターン部（ガラス面）の
明るさをＡＧＳとし、最適なパターン７０の明るさをＡ
ＰＳとすると以下の式が成り立つ。

【００３０】 α・AGT ＋β・AGR ＝AGS （１）式 α・APT ＋β・APR ＝APS （２）式ここで、α，βは係数であり、（１）式と（２）式とか
ら以下のようにα，βを求めることができる。 α＝（AGS ・APR −APS ・AGR ）／（AGT ・APR −APT
・AGR ） β＝（AGS ・APT −APS ・AGT ）／（AGR ・APT −APR
・AGT ）ここで、最適な透過光量をＳＴ２とし、最適な落射光量
をＳＲ２とすれば、ＳＴ２＝α・ＳＴ１（３）式ＳＲ２＝β・ＳＲ１（４）式となり、透過照明初期値ＳＴ１に係数αを乗じることに
より最適な透過光量をＳＴ２を求めることができ、落射
照明初期値ＳＲ１に係数βを乗じることにより最適な落
射光量をＳＲ２を求めることができる。

【００３１】なお、最適なパターン７０の明るさをＡＰ
Ｓと、最適な非パターン部（ガラス面）の明るさをＡＧ
Ｓとは実験などにより予め求めておけばいい。また、最
適なパターン７０の明るさをＡＰＳと最適な非パターン
部（ガラス面）の明るさをＡＧＳとを等しい値にするこ
とにより、コントラストを最小にすることができ、例え
ば０．２ミクロン程度の欠陥でも認識できる。

【００３２】なお、必ずしも最適なパターン７０の明る
さをＡＰＳと、最適な非パターン部（ガラス面）の明る
さをＡＧＳとを同じにする必要はなく、被検査物（レチ
クル等）の種類に応じて変えてもいい。図５のフローチ
ャートに戻って、制御装置２４は、ステップＳ８で求め
た最適な透過光量設定値に基づいて、モ−タ２１を介し
てＮＤフィルター２１を調節する（ステップＳ９）。

【００３３】制御装置２４は、ステップＳ８で求めた最
適な落射光量設定値に基づいて、モ−タ２２を介してＮ
Ｄフィルター２２を調節する（ステップＳ１０）。な
お、本実施例においては、ステップＳ９とステップＳ１
０とにおいて、透過光量と落射光量との両方とを調節し
たが、微小な欠陥が検出できるのであればどちらか一方
の調整だけでも構わない。

【００３４】以上のように、図５のフローチャートによ
って、簡単な構成で欠陥の検出をすることができる。ま
た、透過照明と落射照明は完全に同時でなくとも、速い
周期で透過照明と落射照明を切り替えることによっても
同時照明と同等な効果が得られる。また、撮像装置によ
る画像の場合は、透過照明による画像と落射照明による
画像を別々に撮って合成してもよい。

【００３５】撮像素子１１で撮った画像を上記原理に基
づいて解析して、欠陥がクロムなのか異物なのかを自動
判別することも可能である。この場合も、透過照明と落
射照明を同時に行った画像を解析してもよいし、透過照
明による画像と落射照明による画像を別々に撮ってそれ
らを解析してよい。本実施例では、パターンがクロムで
出来ていて光を全く通さないものとして説明したが、パ
ターンが若干の光を通すようなもので出来ていても本発
明は有効である。この場合、異物の光の反射率又は透過
率がパターン部分と違っていれば、本実施例の装置又は
方法によって、異物部分が周辺のパターン又は非パター
ン部分より明るく又は暗くなるので、判別が容易とな
る。

【００３６】本実施例では、ライトガイド３を２分岐す
ることにより透過照明と落射照明とに光を分割している
が、ハーフミラー等で光を分割してリレーレンズとミラ
ー等を使って伝達してもよく、また、透過照明と落射照
明とにそれぞれ独立した光源を使ってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、基板を
透過照明及び落射照明により同時に照明し、かつ、透過
照明と落射照明との少なくとも一方を調節して、基板の
パターン部分の明るさと非パターン部分の明るさをほぼ
等しくしているので、簡単な構成で微小欠陥を検出で
き、かつ、欠陥の判別もすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を表す欠陥検査装置の光学系部分の構
成を示す図である。

【図２】被検査レチクル８のパターンと欠陥とを示す図
である。

【図３】被検査レチクル８のパターンと欠陥と走査線と
を示す図である。

【図４】走査線７３の画像を示す図である。

【図５】制御装置２４のフローチャートである。

【図６】パターン７０と非パターン部（ガラス面）とに
照射する適正な光量を概念的に表す図である。

【符号の説明】

１光源３ライトガイド８被検査レチクル１１撮像素子２０，２１，２２ＮＤフィルター２３画像取り込み装置２４制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な基板上に形成されたパターンの欠陥
を検査する欠陥検査装置において、前記基板を透過照明する透過照明光学系と、前記基板を落射照明する落射照明光学系と、前記基板を透過照明した光を検出する透過照明検出装置
と、前記基板を落射照明した光を検出する落射照明検出装置
と、前記透過照明検出装置と前記落射照明検出装置との検出
結果に基づいて、前記透過照明光学系と前記落射照明光
学系との少なくとも一方の光量を調節する調節手段とを
備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】請求項１記載の欠陥検査装置において、前記調節手段は、前記基板上のパターンが形成されてい
ない非パターン部分を透過する透過照明光と前記非パタ
ーン部分で反射される落射照明光との和の強度と、前記
パターン部を透過透過する透過照明光と前記パターン部
分で反射される落射照明光との和の強度と、が略等しく
なるように前記調節を行うことを特徴とする欠陥検査装
置。
【請求項３】請求項２記載の欠陥検査装置において、前記透過照明検出装置と前記落射照明検出装置とは、前
記パターンと前記非パターンとの撮像信号を出力する撮
像装置を含んでおり、前記調節手段は、前記撮像信号に基づいて、前記パター
ンと前記非パターンとのコントラストが最小になるよう
に前記調節を行うことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】透明な基板上に形成されたパターンを観察
する際に、前記パターンと、該パターンが形成されてい
ない非パターンとの明るさが透過照明と落射透明とでほ
ぼ等しくなるように、前記透過照明と前記落射透明との
少なくとも一方の光量を調節することを特徴とする欠陥
検査方法。