JPH0961367A

JPH0961367A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH0961367A
Application number: JP7217916A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原; Yutaka Iwasaki; 豊岩崎; Yasushi Oki; 裕史大木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】位相シフターの欠陥と光透過性の異物を検出で
きる欠陥検査装置を得ることを目的とする。【解決手段】透過型と反射型の２つの微分干渉顕微鏡系
を設ける。透過型の微分干渉顕微鏡の検光子を例えば偏
光ビームスプリッタとして、ビームスプリッタの透過光
と反射光を検出し、それらの差動出力Ｓ１を得る。反射
型も同様にして差動出力Ｓ２を得る。信号Ｓ１とＳ２の
論理和もしくは論理積、又は信号Ｓ１とＳ２の差に基づ
いて欠陥を検出する。さらに検光子のアナライザ角を調
整可能とした。

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に関
し、特に半導体や液晶基板の製造工程で使用される光遮
光性の回路パターンが設けられたレチクルに付着した異
物（欠陥）を検出する欠陥検査装置や位相シフター付き
レチクル（光遮光性の回路パターンと位相物体の回路パ
ターンとが混在するレチクルを含む）の位相シフターの
欠陥及びシフター付きレチクルに付着した異物を検出す
る欠陥検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の位相シフター付きレチクルの欠陥
検査装置は例えばSPIE,Proceedingsseries Volume 225
4,"Photomask and X-ray Mask technology,"p.294〜301
に記載されているように位相シフターの位相量を測定
する装置であって、レチクル内の検査対象となる位相シ
フター部分を光学顕微鏡の視野内に位置させ、その視野
内のサンプリングされた１点の位相量を計るような位相
シフター付きレチクルの位相シフト量を測定する装置が
提案されていた。

【０００３】したがって従来のこの種の装置では、１回
の検査ごとに、サンプリングされた１点ごとの検査結果
しか得られず検査時間が長いため、レチクル内のすべて
の位相シフターを検査することには不適当であった。ま
た、従来の欠陥検査装置では、光透過性の異物を十分な
検出感度で検出できないという問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明ではこのような
事情に鑑み、短時間で位相シフター付きレチクル内のす
べての位相シフターの位相差量の欠陥を検査し、加えて
露光に支障を来たす、異物などの汚染物 (欠陥) の検出
も同時に行える、位相シフター付きレチクルの欠陥検査
装置を得ることを目的とする。

【０００５】また、光透過性の異物を検出できる欠陥検
査装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、基板上の欠陥を検査する欠陥検査装置に
おいて、光源からの第１の光線を基板に向ける光学系
と；第１の光線を第１の偏光状態と第２の偏光状態の２
つの直線偏光の光に分離する分離光学系と；２つの直線
偏光の光の位相差を調整する位相差調整手段と；２つの
直線偏光の光線を集光する第１対物レンズと；基板から
透過方向に発生する少なくとも第１と第２の偏光状態の
光を屈折する第２対物レンズと；第２対物レンズを通過
した第１と第２の偏光状態の光を合成し、第４の偏光状
態の光とする合成光学系と；基板で反射され、第１対物
レンズを介して分離光学系に再び入射することで合成さ
れた第３の偏光状態の光から第５の偏光状態の光と第６
の偏光状態の光とを選択する第１偏光選択手段と；第４
の偏光状態の光から第７の偏光状態の光と第８の偏光状
態の光とを選択する第２偏光選択光学系と；第５の偏光
状態の光線を光電変換する第１光電変換素子と；第６の
偏光状態の光線を光電変換する第２光電変換素子と；第
７の偏光状態の光線を光電変換する第３光電変換素子
と；第８の偏光状態の光線を光電変換する第４光電変換
素子と；第１光電変換素子からの光電変換信号と、第２
光電変換素子からの光電変換信号の信号強度の差である
第１差信号を生成する第１差動回路と；第３光電変換素
子からの光電変換信号と、第４光電変換素子からの光電
変換信号の信号強度の差である第２差信号を生成する第
２差動回路と；第１差信号と第２差信号とに基づいて第
３差信号を選択する選択回路と；選択回路で選択された
信号に基づいて欠陥を検出する検出回路とを備えた。

【０００７】また、基板上の欠陥を検査する欠陥検査装
置において、透過微分象と反射微分象を独立に検出する
顕微鏡ユニットと；透過微分象と反射微分象を独立に光
電変換し、透過微分信号と反射微分信号を生成する光電
変換系と；透過微分信号と反射微分信号の内どちらか一
方、もしくは該２つの信号の差を誤差信号として選択す
る選択回路と；選択回路で選択された誤差信号に基づい
て、欠陥を検出する検出回路とを備えた。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、始めに本発明の原理を説明
する。〔原理〕本発明は落射照明による観察と透過照明による
観察との両方の観察系を有する。図４に本発明の光学系
の照明部分のうちの落射照明部分を示す。

【０００９】各々の光学素子近傍に表示した直交座標
（Ｙ₁、Ｙ₁）〜（Ｘ₅、Ｙ₅）は対物レンズＯの光軸
AXに対し直交し、かつ同じ方位とする。また以下では各
座標軸に対する方位を、単にＸ軸、Ｙ軸に対する方位と
呼ぶ。簡単のため以下の説明では主光線のみを用いる。
照明系の光軸AXO に沿って進行する光線iOO はＸ軸（Ｘ
₁軸）に対して方位角φ₀＝45°の偏波面の直線偏光の
レーザー光線で、ハーフミラーHM１によって光軸AXに沿
って、ノマルスキープリズムＷ２に向けて反射される。
レーザー光線はノマルスキープリズムＷ２と対物レンズ
Ｏによって物体面Ｓ（Ｘ ₂、Ｙ₂座標の平面）上で２δ
シャーした照明光EOと照明光OEになる。照明光EOはＹ₂
軸に平行な偏波面の直線偏光、照明光OEはＸ₂軸に平行
な偏波面の直線偏光となる。

【００１０】物体面Ｓ上の被検査レチクルにより照明光
は対物レンズＯに向かって反射され、反射された光線は
対物レンズＯ、ノマルスキープリズムＷ２により再び１
つの光線になる。物体が位相差の無い完全な鏡面である
場合に、物体とノマルスキープリズムＷ２の間で、照明
光EOと照明光OEに与えられる位相差がπの整数倍になる
ようにノマルスキープリズムＷ２を光軸AXを横切る方向
に位置調整する。

【００１１】ノマルスキープリズムＷ２により再び１つ
になった光線は、ハーフミラーHM１、１／４波長板Ｑ１
を通過し、偏光ビームスプリッタ PBS１に至る。１／４
波長板Ｑ１は、光学軸である早い軸ｎ_eとこれに直交す
る遅い軸ｎ_oを有する。遅い軸ｎ_oの方位はＸ軸に平
行、早い軸ｎ_eの方位はＹ軸に対して平行に合わせてい
る。したがってＸ軸に平行な偏波面の成分にＹ軸に平行
な偏波面の成分に対して -π/2の位相差を与える。

【００１２】ビームスプリッタ PBS１に達した光線のう
ち、Ｘ軸に対しφ₁の方位に平行な偏波面の成分は透過
し、光線Ｉ_T1となり、Ｘ軸に対しφ₁＋π/2の方位に平
行な偏波面の成分は反射され光線Ｉ_R1となってAX１に沿
って進行する。次に透過照明の顕微鏡部分について図５
で説明する。物体面Ｓ上の被検査レクチルを透過した照
明光EOと照明光OEは、対物レンズＯ２、ノマルスキープ
リズムＷ１により再び１つの光線ｉ０になる。

【００１３】２つのノマルスキープリズムＷ１、Ｗ２の
間で二つの光線に与えられる位相差がπの整数倍になる
ようにノマルスキープリズムＷ１、Ｗ２を光軸AXを横切
る方向に位置調整する。この光線は点Ａ、点Ａ’を経
て、１／４波長板Ｑ２を通過し、偏光ビームスプリッタ
PBS２に至る。

【００１４】１／４波長板Ｑ２は、光学軸である早い軸
ｎ_eとこれに直交する遅い軸ｎ_Oを有する。遅い軸ｎ_O
の方位はＸ軸に平行、早い軸ｎ_eの方位はＹ軸に対して
平行に合わせている。したがってＸ軸に平行な偏波面の
成分にＹ軸に平行な偏波面の成分（すなわち光線OE）に
対して−π/2の位相差を与える。ビームスプリッタ PBS
２に達した光線のうち、Ｘ軸に対しφ₂の方位に平行な
偏波面の成分は透過し、光線Ｉ_T2となり、Ｘ軸に対しφ
₂＋π/2の方位に平行な偏波面の成分は反射され光線Ｉ
_R2となってAX２に沿って進行する。

【００１５】つぎに段差位置における光線Ｉ_T1、光線Ｉ
_R1、光線Ｉ_T2、光線Ｉ_R2による微分干渉像の強度を求め
る。本光学系では一度に落射微分干渉像と透過微分干渉
像が得られるがこれらは物体を表す関数が反射率分布か
透過率分布かの違いと、アナライザ角がφ₁かφ₂かの
違いでしかない。したがって以下の議論では照明方法の
違いを考えずに行う。

【００１６】レチクル上の回路パターンによる段差は基
本的に１次元の構造であるので以下の解析では光学系を
含めてすべて１次元で行う。実際の光学系は２次元であ
るが、以下の議論では１次元の仮定で全く差し支えな
い。レチクル上の回路パターンによる段差として、原点
Ｘ＝０での段差を考える。回路パターンはＸ＝０を除い
て平坦であり、段差を示す複素振幅透過率分布o(X) は
（１）式で示される。これは透過照明と落射照明の２つ
の場合が有るが、定数ａ、ｂ、及びψの値が変わるだけ
である。ここでψは物体の段差によって生じる位相変化量であ
る。つぎにこれらの段差位置における微分干渉像の強度
をレーザ走査光学系の微分干渉顕微鏡について求める。
なお、結像型の微分干渉顕微鏡によっても焦点深度が異
なる以外、照明系のσ値を適当に設定すれば全く同一の
微分干渉像が得られる。

【００１７】微分干渉顕微鏡によって被検物体を透過し
た２つのレーザスポットが段差の境界をはさんでその両
側に対象の位置にあるとき、２つのレーザポット間隔を
２δとすれば、第一のスポットはｘ＝δにあり、第二の
スポットはｘ＝−δにある。レーザスポットの振幅分布
をｕ（ｘ）とすれば、第一スポットの回折により、

【００１８】

【数１】

【００１９】

【数２】

【００２０】レーザー光出射点から検光子（偏光ビーム
スプリッタ）直線までの間に光学系が第一スポットと第
二スポットに与える位相差（これはまた回路パターンや
欠陥の無いレチクルを用いた時の検光子直前における両
スポットの位相差に等しい。）をθとし、検光子（偏光
ビームスプリッタ）の方位角（アナライザ角）をφとす
ると、

【００２１】

【数３】

【００２２】

【数４】

【００２３】実際にはレンズの開口数より小さい方向余
弦の回折光はすべて受光されるから、透過光全強度Ｉ_T
と反射光全強度Ｉ_Rは（６）、(7) 式のようになる。

【００２４】

【数５】

【００２５】

【数６】

【００２６】差動出力Ｓは（８）式で示される。θ＝π
/2として整理すると（９）式を得る。Ｓ＝Ｉ_T−Ｉ_R （８）Ｓ＝２Ｃ｛ cos２φ（ａ²−ｂ²)− sin２φ２ab sinΨ｝（９）Ｃは物体によらない装置定数で（10）式で与えられる

【００２７】

【数７】

【００２８】（９）式は２つのベクトルの内積と考えら
れ、（11）式に変形できる。Ｓ＝２Ｃ（ cos２φ，sin ２φ)(ａ²−ｂ² ，−２ab sinΨ）（１１）差動出力Ｓは、（11）で示される２つのベクトルが平行
になるとき、すなわち、アナライザ角φが（12）式を満
たすとき最大になる。また、２つのベクトルが直交する
とき、すなわち、アナライザ角φが（12）式を満たす角
度から、π/4ずれた角度において最小になる。

【００２９】

【数８】

【００３０】ここで落射照明による物体の反射率を（1
3）式で示し、透過照明による、物体の反射率を（14）
式で示すと（12）式に対応して（15）、（16）式を得
る。

【００３１】

【数９】

【００３２】したがって（15）式（16）式のアナライザ
角に設定して、透過照明と落射照明によって得られる２
つの差動出力を適当なスライスレベルで２値化すれば位
相テフトレチクルの位相シフター部の位相シフト量の欠
陥や光透過性の異物（位相物体）などの汚染物の検出が
同時に行える。実際に定数ａ₁、ｂ₁、Ψ₁、ａ₂、ｂ
₂、Ψ₂が未知であっても、無欠陥部分での各々の差動
出力がゼロとなるように、アナライザ角φ₁、φ₂を実
験的に定めれば良い。

【００３３】透過照明の差動出力をＳ₁、反射照明の差
動出力をＳ₂として、これらのアナライザ角φ₁、φ₂
より(17)式で定義する。Ｓ₁＝Ｓ（φ＝φ₁），Ｓ₂＝Ｓ（φ＝φ₂） (17) そして２つの差動出力から誤差信号Ｅを求める。 E₁=MAX ( ｜S ₁｜, ｜S ₂｜) (18) E₂=MIN ( ｜S ₁｜, ｜S ₂｜) (19) E₃= S₁- k₃S₂ (20) E₄=｜S ₁｜ - k₄｜S ₂｜ (21) 本発明の第一実施の形態ではこれらの２つの差動出力の
２値化信号の論理和または論理積をもって欠陥の検出を
行う。このため信号選択手段を有する。信号選択手段は
２つの差動出力の絶対値の大きい方をMAX ( ｜S ₁｜,
｜S ₂｜) で示せば、誤差信号Ｅ₁は(18)式で示され、
これを適当なスライスレベルで２値化すれば、論理和に
よる欠陥検出が行える。信号選択手段は２つの差動出力
の絶対値の小さい方をMIN ( ｜S ₁｜, ｜S ₂｜) で示
せば、誤差信号Ｅ₂は(19)式で示され、これを適当なス
ライスレベルで２値化すれば、論理積による欠陥検出が
行える。

【００３４】本発明の第二実施の形態ではこれらの２つ
の差動出力の差をもって欠陥の検出を行う。このため２
次差動増幅器を有する。２次差動増幅器は２つの差動出
力の差である(20)式の誤差信号Ｅ₃もしくは２つの差動
出力の絶対値の差である(21)式の誤差信号Ｅ₄を出力す
る。これのどちらか一方を選択し、プラス側とマイナス
側に２つのスライスレベルを有するウインドウコンパレ
ータをもって適当なスライスレベルで２値化する。第二
実施の形態は電気的、光学的な誤差により系に残留する
ノイズによって２つの差動出力に現れる疑似欠陥成分、
つまり無欠陥の回路パターンの段差部分で、本来発生し
ないはずであるが現実には発生してしまうノイズを相殺
することができる。従って第二実施の形態はこのような
ノイズが実用上支障をきたす場合に最適である。また位
相欠陥、異物によって生じる位相差は透過、落射で異な
るのでこのような欠陥まで相殺されることはない。定数
ｋ ₃、ｋ₄は疑似欠陥による２次差動出力（誤差信号）
Ｅ₃、Ｅ₄の信号強度が最小となるように設定する。
尚、定数ｋ₃、ｋ₄は差動出力Ｓ₁や差動出力Ｓ₁の絶
対値｜Ｓ₁｜に乗ずるようにしてもよい。〔装置構成・動作〕図１は本発明の第１実施例である。
詳細な光学素子の方位などは「原理」の項で既に説明し
た通りである。

【００３５】光源１はレーザー光源であってこの波長の
選択は、位相シフターの欠陥検査だけでなく異物の検出
についても所望の感度を得る場合に重要である。透過照
明によって、より高い感度で異物を検出したければ、被
検査レチクルの位相シフターでπの整数倍の位相差を被
る波長が望ましい。例えばレチクルの設計された露光波
長に近い波長が望ましい。

【００３６】また落射照明によって、より高い感度で異
物を検出したければ、被検査レチクルの位相シフターや
クロム膜の段差部分でπの整数倍の位相差を被る波長が
望ましい。光源１を射出する光線は紙面に45°の方位の
偏波面の直線偏光とする。この光線はコリメータレンズ
２によって平行光となってXY走査部26で空間的に偏向さ
れ、第１リレーレンズ４、第２リレーレンズ５を経て、
リレーレンズ７によって屈折され、ハーフミラー３によ
って光軸AXに沿って反射され、ノマルスキープリズム13
を通過し互いの偏光方向が直交する２つの直線偏光であ
って、僅かな相対角度をなす光線に分離して進行する。
これらの２つの光は平行光である。そしてこの２つの直
線偏光の光は対物レンズ10によって屈折され、２値レチ
クル( 振幅透過率を2 種類有するレチクル) ８上でレー
ザースポットを形成する。ノマルスキープリズム13は対
物レンズ10の瞳位置近傍に配置されている。

【００３７】２値レチクル８上ではノマルスキープリズ
ム13の働きによりわずかに位置のずれた２つのスポット
が近接して成形され、これらのスポットはXY走査部26の
働きによって物体９上を例えばＸ方向に１次元走査す
る。２値レチクル８で反射した光線は対物レンズ10に入
射し、屈折され、対物レンズ10の瞳位置近傍に位置する
ノマルスキープリズム13を再度通過する。レチクル８で
反射した２つの直線偏光の光はノマルスキープリズム13
によって１つの平行光束に合成される。ノマルスキープ
リズム13を通過した光線は、ハーフミラー３を透過し、
１／４波長板36、１／２波長板43を通過し、偏光ビーム
プリッタ14に達する。偏光ビームスプリッタ14を透過す
る光線は光線Ｉ_T1となりＸ軸に45°の方位の直線偏光と
なる。偏光ビームスプリッタ14で反射される光線は光線
Ｉ_R1となりＸ軸に 135°の方位の直線偏光となる。これ
らの差動出力から、振幅微分像が得られる。

【００３８】コンピュータ20によって制御されるアクチ
ュエータ40によって１／２波長板43は対物レンズ10の光
軸を回転軸として回転可能である。１／２波長板43の回
転角が「原理」の項で述べたアナライザ角φ₁の回転角
の２倍に相当する。アクチュエータ40は、１／２波長板
43を回転し、１／２波長板43のアナライザ角φ₁が位相
シフターの欠陥や異物（位相物体）がないときに差動信
号が最小となるように、１／２波長板43を位置決めす
る。これにより偏光ビームスプリッタ14を固定として、
アナライザ角を可変とする偏光ビームスプリッタ（検光
子）を構成できる。

【００３９】また、２値レチクル８上に２つのビーム間
に位相差を生じるような回路パターンなどが全くないと
きに、２つのノマルスキープリズム13とレチクル８の間
で二つの光線に与えられる位相差の初期値が２πの整数
倍になるようにノマルスキープリズム13を光軸AXを横切
る方向にアクチュエータ41によって位置調整する。アク
チュエータ41はコンピュータ20によって制御される。

【００４０】２値レチクル８を透過した光束は集光レン
ズ42、ノマルスキープリズム６を通過し１つの平行光束
に合成され、１／４波長板11、１／２波長板44を通過
し、偏光ビームスプリッタ27に達する。偏光ビームスプ
リッタ27を透過する光線は光線Ｉ_T2となりＸ軸に45°の
方位の直線偏光となる。偏光ビームプリッタ27で反射さ
れる光線は光線I _R2となりＸ軸に 135°の方位の直線偏
光となる。これらの差動出力から、振幅微分像が得られ
る。

【００４１】コンピュータ20によって制御されるアクチ
ュエータ39によって１／２波長板44は集光レンズ42の光
軸を回転軸として回転可能である。１／２波長板の回転
角が「原理」の項で述べたアナライザ角φ₁の回転角の
２倍に相当する。アクチュエータ39は、１／２波長板44
を回転し、１／２波長板44のアナライザ角φ₁が位相シ
フターの欠陥や異物（位相物体）がないときに差動信号
が最小となるように、１／２波長板44を位置決めする。
これにより偏光ビームスプリッタ27を固定として、アナ
ライザ角を可変とする偏光ビームスプリッタ（検光子）
を構成できる。

【００４２】図１における各光学素子の光軸AXを中心と
したＸ軸に対する方位角はＹ軸方向を正とすると、１／
４波長板11、１／４波長板36の光学軸は０°、ノマルス
キープリズム６、ノマルスキープリズム13の楔の向きは
０°にする。なお、これらは図２、３と同じである。ま
た、２値レチクル８上に２つのビーム間に位相差を生じ
るような回路パターンなどが全くないときに、二つのノ
マルスキープリズム６とノマルスキープリズム13の間で
二つの光線に与えられる位相差の初期値が２πの整数倍
になるように、ノマルスキープリズム６を光軸AXを横切
る方向（例えば光軸に直交する方向）にアクチュエータ
23によって位置調整する。アクチュエータ23はコンピュ
ータ20によって制御される。

【００４３】すなわち２値レチクル８上に２つのビーム
間に位相差を生じるような回路パターンなどが全くない
ときに、１／４波長板１１に入射する光が円偏光となる
ようにノマルスキープリズム６の位置を調整する。この
調整はノマルスキープリズム13をアクチュエータ41によ
って移動させるようにしてもよい。また、ノマルスキー
プリズム13とレチクル８との間で二つの光線に与えられ
る位相差の初期値が２πの整数倍になるように、ノマル
スキープリズム13を光軸AXを横切る方向（例えば光軸に
直交する方向）にアクチュエータ41によって、同様に位
置調整する。アクチュエータ41はコンピュータ20によっ
て制御される。

【００４４】光線Ｉ_T1はレンズ15によって屈折され、光
電変換素子17により光電変換される。光電変換素子17は
１次元もしくは２次元の撮像素子であり、映像信号を出
力する。光線Ｉ_R1はレンズ16によって屈折され、光電変
換素子18により光電変換される。光電変換素子18は１次
元もしくは２次元の撮像素子であり、映像信号を出力す
る。

【００４５】光線Ｉ_T2はレンズ29によって屈折され、光
電変換素子31により光電変換される。光電変換素子31は
１次元もしくは２次元の撮像素子であり映像信号を出力
する。光線Ｉ_R2はレンズ28によって屈折され、光電変換
素子30により光電変換される。光電変換素子31は１次元
もしくは２次元の撮像素子であり映像信号を出力する。

【００４６】２つのペアの映像信号は差動増幅器19、差
動増幅器32に入力され、差動増幅器19は振幅差動信号Ｓ
２を出力する。差動増幅器32は振幅差動信号Ｓ１を出力
する。これらの差動信号Ｓ１、Ｓ２は信号選択回路24に
入力される。信号選択回路24は二つの差動信号の内、絶
対値の大きい方かもしくは小さい方の出力を常に出力す
る。この出力は２値化回路を有する信号処理回路33に入
力される。信号処理回路33は信号選択回路24の出力であ
る誤差信号Ｅ₁、Ｅ₂（(18)、(19)式参照) の２値化信
号を生成し、これと２つの差動信号（Ｓ１、Ｓ２）の値
等を同期装置34に出力する。信号処理回路33の２値化回
路のスライスレベルは光学的なノイズ、電気的なノイズ
によって疑似欠陥を生じないレベルに設定する。なおス
ライスレベルはインターフェース２２とコンピュータ２
０を介して外部より設定可能である。

【００４７】同期装置34は検査実行中のXY走査部26とＸ
−Ｙステージ37の同期制御を行う。XY走査部26はアクチ
ュエータ25を介して駆動されレーザ光をレチクル８上で
Ｘ方向に移動することにより、レチクル８上にＸ方向に
延びた帯状の照射領域（光走査線）を形成する。Ｘ−Ｙ
ステージ37はアクチュエータ38を介してＹ方向に駆動さ
れる。レーザ光の走査と、Ｘ−Ｙステージ37の移動によ
り、レチクル８上の２次元領域が検査される。

【００４８】コンピュータ20は、信号処理回路33からの
２値化信号と２つの差動信号（Ｓ１、Ｓ２）の値等をXY
走査部26とＸ−Ｙステージ37の位置情報( 例えば制御信
号)と同期して取り込む。コンピュータ20は２値化信号
に基づいて欠陥の有無を検出する。コンピュータ20は欠
陥のレチクル内の位置と欠陥位置における欠陥( 異物)
の大きさ情報( ２つの差動信号の内選択された信号量、
もしくは２つの差動信号の内大きい方の差動信号等) を
示すマップを生成し、表示部21に表示する。

【００４９】コンピュータ20はアクチュエータ23、アク
チュエータ41を制御し、前述のノマルスキープリズム
６、ノマルスキープリズム13を微調整可能で、検査開始
前のセットアップ（初期調整）が自動で可能である。こ
のセットアップには無欠陥で回路パターンの無いレチク
ルが用いられる。この初期調整は検査対象レチクル毎に
行う必要はない。

【００５０】コンピュータ20はアクチュエータ40、39を
制御し、透過、反射の２つの差動信号の出力の各々が最
小となるように１／２波長板43、44の方位を検査レチク
ル毎に検査レチクルの無欠陥部分を使って自動で調整す
る。オペレータはインターフェース22を介してコンピュ
ータ20に対し、２つの検査モードの内のいずれかの検査
モード（２つの差動信号の内大きい方を使うか小さい方
を使うかのいずれかの検査モード）、検査感度、検査領
域、装置の初期設定の実行、検査の実行などを入力す
る。

【００５１】検査モードの選択はオペレータが自由に選
べる。例えば、クロム付きレチクルのガラス部分の異物
のみを特に検出したい場合は、２つの差動信号のうち小
さい方（Ｅ₂）を選択する。光電変換素子は映像信号を
出力するものに限らず、フォトマル等のセンサでもよ
く、その配置位置も対物レンズ10( 集光レンズ42) の瞳
共役位置に設けてよよい。

【００５２】光電変換素子はかならずしも、レチクル８
と共役な位置( 結像関係となる位置) に設ける必要はな
く、その種類もフォトマル等のセンサでもよい。また、
上述の実施例ではアナライザ角の設定は、１／２波長板
を回転することとしたが、アクチュエータ39、40と同様
のアクチュエータ50、51を偏光分離スプリッタ27、14に
設け、偏光分離スプリッタ27、14を集光レンズ42や対物
レンズ10の光軸を回転軸として回転することより、偏光
分離スプリッタ27、14のアナライザ角を位相シフターの
欠陥や異物（位相物体）がないときに差動信号が最小と
なるように設定するようにしてもよい。

【００５３】また、光源１を例えば水銀ランプ等にし
て、所定の波長の光を選択する波長フィルタ、ポラライ
ザを第１リレーレンズ４の前に設け、レチクル８を一括
照明するようにし、１次元または２次元の撮像素子等の
光電変換素子から画像信号を得るようにしてもよい。ま
た、レチクル８を一括して照明する場合、光電変換素子
17、18を兼用として画像メモリを設け、光電変換素子3
0、31を兼用として画像メモリを設ける。また偏光ビー
ムスプリッタ１４、２７の代わりにアナライザを２つ設
け、アクチュエータでアナライザを直接駆動して、アナ
ライザ角φをπ／４に設定して２つの画像を得てもよ
い。またアナライザ角φはπ／４となるようにアナライ
ザまたは１／２波長板４３、４４を回転させて設定し、
そのアナライザ角φに直交する偏光状態の光の取り込み
は、アナライザ，または１／２波長板１１を固定したま
までも可能である。このときはポラライザの方位を９０
°変更させて２つの画像を得る。すなわちまずポラライ
ザを紙面に平行な方位にして、アナライザもしくは１／
２波長板４３（４４）の回転により、アナライザ角φを
π／４の角度に設定する。このときに得られる第１の画
像をメモリーする。次にアナライザ角φはそのままで、
ポラライザをアクチュエータにより紙面に垂直な方位に
する。これはアナライザ角φを９０°回転させるのと等
価である。ここで得られる画像を第２画像としてメモリ
ーする。なお本実施の形態ではポラライザは紙面に平行
方向と垂直方向の９０°の角度変更のみを行え、アナラ
イザ角を９０°だけ増減する目的にのみ用いられる。こ
れはノルマスキープリズム１３で分離された２つの光線
の振幅比を１：１に保つために重要である。

【００５４】また光源１とハーフミラー３の間に１／２
波長板４３を設置してもよい。この場合アナライザをア
クチュエータにより、回転させてアナライザ角φを所定
の角度に設定する。ポラライザの方位，１／２波長板の
光軸軸の方位を紙面に平行とし、第１の画像を得る。次
に１／２波長板の光軸軸の方位を紙面に４５°の方位と
して第２の画像を得る。つまりポラライザの回転の代わ
りに１／２波長板を回転させている。１／２波長板はレ
チクル８と光源１との間に位置するので、像ずれは生じ
ない。

【００５５】次に本発明の第二実施の形態を説明する。
本実施の形態と第一実施の形態とは、第一実施の形態の
信号選択回路24の役割と信号処理回路33の構成が異なる
点のみである。第二実施の形態における信号選択回路24
は２つの差動信号Ｓ１、Ｓ２の差によって欠陥の検出を
行う。このため本実施の形態による信号選択回路24は２
次差動増幅器を有する。２つの差動信号（Ｓ１、Ｓ２）
は信号選択回路24内の２次差動増幅器に入力される。２
次作動増幅器は２つの差動信号（Ｓ１、Ｓ２）の差動出
力である(20)式の誤差信号Ｅ₃または２つの差動信号
（Ｓ１、Ｓ２）の絶対値の差動出力である(21)式の誤差
信号Ｅ₄を出力する。信号選択回路24は誤差信号Ｅ₃と
Ｅ₄とのどちらかを選択し、選択された誤差信号を信号
処理回路33に出力する。信号処理回路33はプラス側とマ
イナス側の２つのスライスレベルを有する２値化回路
（ウインドウコンパレータ回路）を有する。信号処理回
路33は誤差信号（Ｅ₃、Ｅ₄）の２値化信号を生成し、
２つの差動信号（Ｓ１、Ｓ２）の値、誤差信号Ｅ₃、Ｅ
₄の値などを同期装置34に出力する。

【００５６】本実施の形態は電気的、光学的な誤差によ
り系に残留するノイズによって、２つの差動出力に現れ
る疑似欠陥成分、つまり無欠陥の回路パターンの段差部
分で、本来発生しないはずであるが、現実には発生する
場合に最適である。本実施の形態によればこのようなノ
イズを相殺することができる。(20)、(21)式の定数
k ₃、K ₄は疑似欠陥による二次差動出力( 誤差信号Ｅ
₃、Ｅ₄）の信号強度が最小となるように設定する。こ
の設定はオペレータがインターフェース22、コンピュー
タ20を介して、信号処理回路24内の第二差動増幅器に入
力される差動信号Ｓ１、Ｓ２の相対的な信号強度を調整
することにより行う。

【００５７】コンピュータ20は第一実施の形態と同様
に、２値化信号に基づいて欠陥を検出したり、マップの
表示を行ったりする。検査モードの設定や検査感度、検
査領域、装置の初期設定の実行、検査の実行なども第一
実施の形態と同様に行う。図２は本発明の第三実施の装
置構成を示す図である。第三実施の形態は前述の第一実
施の形態から第二実施の形態におけるノマルスキープリ
ズム（６、１３）を偏光ビームスプリッタ面を有するプ
リズムで置き換えたものである。他の構成は同様なの
で、偏光ビームスプリッタ面を有するプリズムの部分の
みを説明する。説明の便宜上、図１の装置におけるノマ
ルスキープリズム１３とアクチュエータ４１を図２の装
置（反射ミラーＭ３、プリズム８１、アクチュエータ８
３）に置き換えることとして説明する。

【００５８】図２において、光源１からの光線はハーフ
ミラー３で反射され、図２の反射ミラーＭ３に入射す
る。ミラーＭ３で反射された光線はプリズム８１に入射
する。プリズム８１は２つの反射平面Ｍ１、Ｍ２と偏光
ビームスプリッタ平面ＰＢＳ１からなる。これらの平面
は紙面に垂直である。偏光ビームスプリッター平面ＰＢ
Ｓ１は紙面に平行な偏波面の直線偏光を透過させ、垂直
な直線偏光を反射させる。反射平面Ｍ１と偏光ビームス
プリッター平面ＰＢＳ１は平行であって、反射平面Ｍ２
と偏光ビームスプリッター平面ＰＢＳ１は平行から若干
（例えば数度）角度が付いている。プリズム８１は回転
軸８２を中心にアクチュエータ８３によって回転可能
で、また紙面に平行で、かつ偏光ビームスプリッター平
面ＰＢＳ１に平行な方向にもアクチュエータ８３によっ
て移動可能である。アクチュエータ８３もコンピュータ
２０によって制御される。

【００５９】プリズム８１はノマルスキープリズムと全
く同様の機能を有する。つまり、入射光線を互いに直交
する偏波面であって僅かな角度（分離角度）を有する２
つの光線に分離する。２つの光線は対物レンズ１０を経
てレチクル８に入射し、レチクル８上で僅かに位置のず
れた２つのスポットを形成する。２つの光線はレチクル
８によって反射され、もとの光路を遡り再び一つの光線
になってプリズム８１の外に出る。

【００６０】プリズム８１をアクチュエータ８３によっ
て回転軸８０を中心に回転させると、シャー量を変化さ
せることができる。また紙面に平行で、かつ偏光ビーム
スプリッター平面ＰＢＳ１に平行な方向（レンズ１０の
光軸と直交する方向）に移動させることで２つの光線の
位相差を調整できる。反射ミラーＭ３が常にＰＢＳ１と
平行になるようにプリズム８１の回転にあわせて、反射
ミラーＭ３を回転軸８０を中心にアクチュエータ８４に
よって回転させれば、一方の光線の移動を減少させて、
他方の光線のみを移動することができる。アクチュエー
タ８３、８４もコンピュータ２０によって制御される。
このようにプリズム８１はシャー量（レチクル８上での
ずれ量）と初期位相差量を調整でき、ノマルスキープリ
ズムと同様に扱える。したがって光線分離手段以外の構
成、機能は第一実施の形態から第二実施の形態と同様で
全く問題無い。同様にノマルスキープリズム６とアクチ
ュエータ２３も図２の装置（反射ミラーＭ３、プリズム
８１、アクチュエータ８３、８４）に置き換え可能であ
る。

【００６１】図３は本発明の第四実施の装置構成を示す
図である。第四実施の形態は第三実施の形態の変形例で
ある。第三実施の形態との違いはやはり光線分離手段
（もしくは光線合成手段）に有る。説明の便宜上、本実
施の形態においても図１の装置におけるノマルスキープ
リズム１３とアクチュエータ２５を図３の装置（反射ミ
ラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、偏光ビームスプリッタＰＢＳ
１、ＰＢＳ２、アクチュエータ９０）に置き換えること
として説明する。

【００６２】本実施の形態ではノマルスキープリズムの
代わりに二つの反射ミラーＭ１、Ｍ２と二つの偏光ビー
ムスプリッターＰＢＳ１、ＰＢＳ２で光線分離手段（も
しくは光線合成手段）を構成している。ＰＢＳ１、ＰＢ
Ｓ２の偏光ビームスプリッター平面と反射ミラーＭ１、
Ｍ２の反射平面は紙面に垂直であってＰＢＳ１、ＰＢＳ
２の偏光ビームスプリッター平面とミラーＭ１の反射平
面は平行であり、ミラーＭ２は紙面に垂直な回転軸９１
を中心にアクチュエータ９０により回転可能である。ま
たアクチュエータ９０により、これらの光学系全体もし
くは一部（例えばミラーのみ）をＸ方向に平行移動させ
ることもできる。

【００６３】偏光ビームスプリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２
は紙面に平行な偏波面の直線偏光を透過させ、紙面に垂
直な偏波面の直線偏光を透過させる。したがってミラー
Ｍ３により反射される照明光はＰＢＳ１により偏光分離
され互いに偏光方向が直交する光線ＯＥ、ＥＯに分かれ
て、反射ミラーＭ１、Ｍ２に向かいそれぞれ反射され
る。光線ＯＥは偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過
し、光線ＥＯは反射され、対物レンズ１０に向かって進
行する。光線ＥＯは反射ミラーＭ２を僅かな角度だけ回
転軸９１を中心に傾けることで、光線ＯＥに対して僅か
の角度だけことなる方向でＰＢＳ２から射出する。した
がって対物レンズを通過した後のシャー量2δを任意に
調整可能である。また反射ミラーＭ２をＸ方向にアクチ
ュエータ９０によって移動させることで、ＯＥ光線ＯＥ
と光線ＥＯの初期位相差量を調整可能である。

【００６４】このようにして二つの偏光ビームスプリッ
タと２枚の平面ミラーによってもノマルスキープリズム
の代用になり、全く同じ機能をさせることができる。同
様にノマルスキープリズム６とアクチュエータ２３も図
３の装置（反射ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、偏光ビームス
プリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２、アクチュエータ９０）に
置き換え可能である。

【００６５】また、前述の実施の形態では位相差の調整
機構をノマルスキープリズムを光軸を横切る方向に出し
入れする機構で構成したが、回転可能なポラライザとこ
のポラライザに近接して設けた１／４波長板との構成と
してもよい。この構成においてポラライザを回転するこ
とによりノマルスキープリズムを移動するのと同様にノ
マルスキープリズムで分離された２つの光束の間の位相
差を調整することができる。また、ノマルスキープリズ
ムを移動することによって、１／４波長板36(11)に入射
する光を円偏光とすれば、１／４波長板36(11)を省略す
ることもできる。また、目視観察系を設け、欠陥の検
出結果( 欠陥の検出位置情報等) に基づいて、欠陥を観
察し、異物か位相シフターの欠陥かを観察するようにし
てもよい。また１／２波長板は、偏光回転作用のある
旋光子として例えば磁気光学効果を用いたファラデーロ
や電気光学効果を応用した旋光子に置き換え可能であ
る。

【００６６】上述した各実施の形態において、対物レン
ズの瞳近傍に光線分離手段（ノマルスキープリズム等）
を設置可能なときは２つの直線偏光がわずかな角度をな
すものがよく、それ以外の場所では平行に分離する装置
でよい。対物レンズ等の光学系と使用する光線分離手段
（ノマルスキープリズム等）の光学設計に応じて、設置
場所を適宜選択すればよい。

【００６７】また、上述の実施の形態でレチクルと検査
光（光源１からのレーザビーム等）との相対走査は、レ
チクルステージ３７と検査光との少なくとも一方を移動
するようにしてもよい。

【００６８】

【発明の効果】このように本発明によれば、クロム遮光
膜による回路パターンのコンベンショナルなレチクル、
光透過性の薄膜による位相シフターのみで回路パターン
が描画されたハーフトーンレチクル、位相シフターとク
ロムパターンが混在する位相シフター付きレチクルのす
べてのレチクルにおいて、位相シフター部分の位相シフ
ト量の異常や、光透過性の位相物体の異物の付着の有無
を検査可能である。

【００６９】また、これらのレチクルにおいて、位相シ
フター部分の位相シフト量の異常の有無と、光透過性の
位相物体の異物の付着の有無との両方を検査できる装置
を提供可能である。また、透過による差動信号と反射に
よる差動信号の各々を、位相シフターの欠陥や異物（位
相物体）がないときに差動信号が最小となるよう光学的
に構成することが可能となる。また、透過による差動信
号と反射による差動信号との両方の信号を用いて欠陥を
検査することにより検出精度を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施の形態の装置構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の第三実施の形態の装置構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の第四実施の形態の装置構成を示す図で
ある。

【図４】本発明の原理説明図

【図５】本発明の原理説明図

【符号の説明】

1 ─光源 6 、13─ノマルスキープリズム 11、36─1/4 波長板 43、44─1/2 波長板 17、18、30、31─光電変換素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の欠陥を検査する欠陥検査装置にお
いて、光源からの第１の光線を前記基板に向ける光学系と；前
記第１の光線を第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つ
の直線偏光の光に分離する分離光学系と；前記２つの直
線偏光の光の位相差を調整する位相差調整手段と；前記
２つの直線偏光の光線を集光する第１対物レンズと；前
記基板から透過方向に発生する少なくとも前記第１と第
２の偏光状態の光を屈折する第２対物レンズと；前記第
２対物レンズを通過した前記第１と第２の偏光状態の光
を合成し、第４の偏光状態の光とする合成光学系と；前
記基板で反射され、前記第１対物レンズを介して前記分
離光学系に再び入射することで合成された第３の偏光状
態の光から第５の偏光状態の光と第６の偏光状態の光と
を選択する第１偏光選択手段と；前記第４の偏光状態の
光から第７の偏光状態の光と第８の偏光状態の光とを選
択する第２偏光選択手段と；前記第５の偏光状態の光線
を光電変換する第１光電変換素子と；前記第６の偏光状
態の光線を光電変換する第２光電変換素子と；前記第７
の偏光状態の光線を光電変換する第３光電変換素子と；
前記第８の偏光状態の光線を光電変換する第４光電変換
素子と；前記第１光電変換素子からの光電変換信号と、
前記第２光電変換素子からの光電変換信号の信号強度の
差である第１差信号を生成する第１差動回路と；前記第
３光電変換素子からの光電変換信号と、前記第４光電変
換素子からの光電変換信号の信号強度の差である第２差
信号を生成する第２差動回路と；前記第１差信号と前記
第２差信号とに基づいて第３差信号を選択する選択回路
と；前記選択回路で選択された信号に基づいて前記欠陥
を検出する検出回路とを有することを特徴とする欠陥検
査装置。
【請求項２】前記選択回路は前記第１差信号と前記第２
差信号の内、絶対値の大きい方もしくは小さい方を前記
第３差信号として選択するか、もしくは前記第１、第２
差信号の差である誤差信号を前記第３差信号として選択
し、前記検出回路は、前記選択回路で選択された第３差信号
を所定の閾値と比較することを特徴とする請求項１記載
の装置。
【請求項３】前記分離光学系と前記合成光学系との少な
くとも一方は、複屈折性プリズムであることを特徴とす
る請求項１記載の装置。
【請求項４】前記分離光学系と前記合成光学系との少な
くとも一方は、偏光ビームスプリッタ面を有するプリズ
ムを含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装
置。
【請求項５】前記分離光学系と前記合成光学系との少な
くとも一方は、偏光ビームスプリッタとミラーとの組み
合わせを含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査
装置。
【請求項６】前記位相差調整手段は、前記基板からの２
つの直線偏光が前記基板によって、位相変調と振幅変調
を受けない時に、前記第３の偏光状態は円偏光となるよ
うに、前記２つの直線偏光の光の位相差を調整すること
を特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項７】前記位相差調整機構は、前記分離光学系と
前記合成光学系との少なくとも一方を、前記第１、第２
対物レンズの光軸と交差する方向に移動する移動機構で
あることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】前記合成光学系は、複屈折性のプリズム
と、１／４波長板とを含み、前記駆動部材は、前記複屈
折性のプリズムの可動機構と前記１／４波長板の回転機
構とを含むことを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装
置。
【請求項９】前記偏光選択手段は、前記対物レンズの光
軸を中心に回転可能な偏光ビームスプリッタであること
を特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】前記偏光選択手段は、前記対物レンズの
光軸を中心に回転可能なアナライザであることを特徴と
する請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】前記偏光選択手段は、前記対物レンズの
光軸を中心に回転可能な旋光子と偏光ビームスプリッタ
の組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の欠
陥検査装置。
【請求項１２】前記偏光選択手段は、前記対物レンズの
光軸を中心に回転可能なアナライザと前記光軸を中心に
回転可能なポラライザの組み合わせであることを特徴と
する請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】前記偏光選択手段は、前記対物レンズの
光軸を中心に回転可能なアナライザと前記光軸を中心に
回転可能な旋光子の組み合わせであることを特徴とする
請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】前記回転可能なポラライザは前記第４の
偏光状態の光を選択する際の方位角と前記第５の偏光状
態の光を選択する際の方位角の差が９０°であることを
特徴とする請求項１２に記載の欠陥検査装置。
【請求項１５】前記回転可能な旋光子は前記第４の偏光
状態の光を選択する際の方位角と前記第５の偏光状態の
光を選択する際の方位角の差が４５°であることを特徴
とする請求項１３に記載の欠陥検査装置。
【請求項１６】前記回転可能なポラライザは前記基板と
前記光源との間に位置することを特徴とする請求項１２
記載の欠陥検査装置。
【請求項１７】前記回転可能な旋光子は前記基板と前記
光源との間に位置することを特徴とする請求項１３記載
の欠陥検査装置。
【請求項１８】前記第１、第２光検出器は撮像素子を含
むことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項１９】前記第１対物レンズは前記２つの直線偏
光の光線を集光し、前記基板内の所定領域内で２つの被
照射点を形成するとともに、前記２つの被照射点と前記
基板とを相対移動させる走査装置を更に有することを特
徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項２０】基板上の欠陥を検査する欠陥検査装置に
おいて、透過微分象と反射微分象を独立に検出する顕微鏡ユニッ
トと；前記透過微分象と反射微分象を独立に光電変換
し、透過微分信号と反射微分信号を生成する光電変換
系；前記透過微分信号と反射微分信号の内どちらか一
方、もしくは該２つの信号の差を誤差信号として選択す
る選択回路と；前記選択回路で選択された誤差信号に基
づいて、前記欠陥を検出する検出回路とを有することを
特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２１】前記選択回路は、前記透過微分信号と反
射微分信号の内、絶対値の大きい方、もしくは小さい方
を選択することを特徴とする請求項２０記載の装置。