JPS62188943A - 表面状態測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は表面状態測定装置に関し、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し千クルや
フォトマスク等の基板上に回路パターン以外の異物、例
えば不透過性のゴミ等を棺出する際に好適な表面状態測
定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
半導体焼付は装置（ステッパー又はマスクアライナ−）
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、放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フてくる。

特にレチクルを使用し、ステップアントリど一トカ法に
より縁り返してウェハ面上に回路パターンを焼付ける場
合、レチクル面」この１個の異物がウェハ全面に焼付け
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、ＩＣ製造過程においては基板上の異物の存在を
検出するのが不可欠となっており、従来より種々の検査
方法が提案されている。例えば第２図は異物が等方向に
光を散乱する性質を利用する方法の一例である。同図に
おいては、走査用ミラー１】とレンズ１２を介してレー
ザー１０からの光束をハーフミラ−１３により２つに分
け、２つのミラー１４．４５により各々基板１５の表面
と裏面に入射させ、走査用ミラー１１を回転若しくは振
動させて基板１５上を走査している。そして基板１５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１．６．１７．１８を設け、これら複数の受
光部＋６．１７．１８からの出力信号を用いて基板１５
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か異物に光束が入射すると入
射光束は等方向に散乱される為、複数の受光部からの出
力値か各々等しくなってくる。従ってこのときの出力値
を比較することにより異物の存在を検出している。

又第３図は異物が入射光−束の偏光特性を乱す性質を利
用する方法の一例である。同図において偏光子１９、走
査用ミラー１１そしてレンズ１２を介してレーザー１０
からの光束を所定の偏光状態の光束としハーフミラ−１
３により２つに分け、２つのミラー１４．４５により各
々基板１５の表面と裏面に入射させて走査用ミラー１１
により基板１５上を走査している。そして基板１５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各々
検光子２０．２１を前方に配置した２つの受光部２１．
２３を設けている。

そして回路パターンからの回折光と異物からの散乱光と
の偏光比率の違いから生ずる受光量の差を２つの受光部
２１．２３より検出し、これにより基板１５上の回路パ
ターンと異物とを弁別している。

しかしながら第２図、第３図に示す検出方法はいずれも
受光部には入射光束の直接の反射光及び透過光は入射し
ないが回路パターンからの各次数の回折光の一部が入射
してしまう。この為、回路パターンからの回折光と異物
からの散乱光の双方の出力差をとる場合、異物の反射率
や形状等が異ってくると双方の出力差か変動し異物の検
出率が低下してくる欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は基板上に存在しているゴミ等どのような状態の
異物であっても回路パターンと高い粒度で分離検出する
ことのてきる高い分離検出率を有した表面状態測定装置
の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） パターンがＦ成されている基板に対して投光手段により
該基板に対し斜め上方から光束を入射し該基板を走査し
、受光手段により前記基板からの散乱光束を受光し、該
受光手段からの出力信号を利用して前記基板の表面状態
を測定する際、前記受光手段の集光部を該集光部の光軸
の前記基板面上への投影像が餌記基板上の主パターンよ
り生じる回折光の方向と一致しないようにずらして配置
したことである。

この他、本発明の特徴は実施例において記載されている
。

（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
図において光源であるレーザー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、例えばｆ−θレンズ
を有する投光部４によりレチクル等の被測定物である基
板５上の回路パターンが形成されている点０に集光して
いる。

ポリゴンミラー２と投光部４は投光手段の一部な構成し
ている。そしてポリゴンミラー２を回転させ基板５上を
点Ｂ、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。

そして基板５の入射面の法線に対して入射側に集光部６
を設け、基板５上の異物からの散乱光束を集光し、ミラ
ー７を介して点ＰＧに集光し、その後レンズ８により受
光面９に導光している。

集光部６とミラー７そしてレンズ８は受光手段の一部な
構成している。レンズ８の光軸８１の延長上のミラー７
との交点７．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、叉点０とポリゴンミラー２の反射点ｐａ
を結ぶ線は投光部５の光軸である。

本実施例における点ＰＧはポリゴンミラー２の回転に伴
って、その反射点Ｐ６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。

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
上を光束で走査する際、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ｌが基板５に形成されてい
る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たけすらしている。

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だけす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上の交
線ｌと対応する集光用の交線１′が交線１と略一致する
ようにして基板上の異物から生じる散乱光束を効率良く
受光面９に導光している。

尚、集光用の交線ｌ゛は交線ｌ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光線ｌと
一致していれば良い。又、集光部６を該集光部６の光軸
の基板５上への投影像が基板５の主パターンによる回折
光の生じる方向とすらして配置さえすれば投光部４によ
る基板５上の交線ｌが基板５上の主パターンによる回折
光の生じる方向と一致するように配置しても良い。

第４図は第１図の実施例における入射光束と基板５上の
回路パターンから生じる回折光の説明図である。今、基
板上の回路パターン面が模式的に描いた球体Ｓの赤道面
に一致しているとする。現在使用されている半導体回路
パターンの基板上の回路パターンの形状は殆どが例えば
Ｔ、、Ｔ２で示すその縦横方向で互いに直交しているパ
ターンで構成されている。今、基板上のパターンＴ１及
びパターンＴ２に対し斜め上方の角度αと主パターンに
より生ずる回折光の方向とずらした角度βの球面上の点
Ｐｏを通る方向より光束を入射させる。そうすると図中
点Ａ、μ、Ａ゛で形成される平面が入射面となり基板５
からの直接の反射光は矢印Ｉ”で示すように球体Ｓ上の
点Ｐ。°を通過する方向に反射される。

又パターンＴ２の方向と平行の球体Ｓ上の点Ｐから中心
点Ｏに光束を入射させたとした場合の反射光の球体Ｓと
の交点をＰｏとすると、点Ｐ°を中心にして各々のパタ
ーンＴ、、Ｔ２と直交する方向に各次数の回折像が形成
する。回路パターンｆに郡　台ｉｃｔ　（１１七３イ’
＝　ｌ＋　Ｊ−ｎ）ｌＦｉｌ　ｋ丘Ｓ　　ＯＬ士％　　
Ｆｌ　（’ｉ（／４１　　　ｒ云す如く、パターンＴと
直交する方向に連続的に現われる。又、回路パターンが
メモリーのような縁り返しパターンの場合はその回折像
Ｑは第５図（Ｂ）に示す如く離散的に現われる。

第５図（Ｃ）は光束の入射方向と回折光の生じる方向の
説明図である。同図は矢印５Ｉで示す方向より光束を基
板５上に入射させた場合、基板上の主パターンＴ、、Ｔ
２により回折光が矢印５２．５３で示す方向に、即ち入
射方向と角度βだけずれた方向に生じている様子を示し
ている。

いずれも場合でも直接の反射光束の点Ｐ。及び点Ｐ′か
ら遠ざかる程、反射光及び回路パターンからの回折像の
強度は弱くなる。即ち点Ｐ０゛から入射面内の法線μを
過ぎ入射光束の入射側の球体と交わる点Ｐ、の近傍まで
くると回折光の強度はかなり弱くなってくる。

これに対して異物の散乱光は等方向に生じるので入射側
にも多く現われる。

そこで本実施例では受光手段の集光部の光軸が直接の反
射光の光路からなるべく遠い位置、即ち入射面内の法線
μに対して入射側で、かつ基板上の主パターンより生し
る回折光の方向とすらした例えば点Ｐ。Ｍ傍位置に集光
部の光軸かくるように配置することにより回路パターン
からの回折光の影習をなるべく少なくして基板５上の異
物からの散乱光のみを生に受光するようにしている。

即ち集光部の光軸が第１図に示すように基板５に対して
角度α°となり、かつ集光部の光軸の基板６上への投影
像が基板５の主パターンによる回折光の生じる方向であ
る、例えば基板５の縦横方向となす角と平行若しくは直
交方向より角度βだけずれるようにしている。

尚、集光部６の光軸の基板５上への投影像と投光部５の
光軸の基板５上への投影像とが一致するように構成した
が集光部６により異物からの散乱光を集光することので
きる範囲内であれば双者は必ずしも一致させる必要はな
い。

以上にように基板に対する投光部と集光部の位置を特定
し、これにより回路パターンに対する異物の分離検出率
を高めている。尚、分離検出率を高めるには仮りに集光
部の光軸が点Ｐ。上にくるように配置したとすると点Ｐ
。°と点Ｐ。の中心０に対して張る角δが大きい程例え
ば９０゛〈δ〈１８０°の範囲に設定するのが好ましい
。

又、本実施例において集光部の光軸が投光部の光軸に対
して±４５度以内となるように各要素を配置するのか回
路パターンに対する異物の分離検出率を効果的に高める
ことが出来るので好ましい。

実際の基板上の回路パターンには基板の縦横方向に対し
て３０度、４５度そして６０度方向のパターンも存在す
る場合がある。このような基板に対しても本発明の効果
を十分発揮させる為には、集光部の光軸の基板面上への
投影像と基板の縦横方向とのなす角が平行若しくは直交
方向より１５度±　５度の範囲内に設定するのが良い。

尚、本実施例において基板に対する投光部の光軸と集光
部の光軸が光束の入射面内の法線に対して同一方向では
なく５法線に対して左右に分けて配置しても同様に本発
明の目的を達成することができる。

第６図は本発明の他の実施例の光学系の概略図である。

本実施例では第１図の実施例における投光部４と集光部
６とを１つの光学系６１より構成し、基板５への入射光
束の入射方向と同一の方向より異物からの散乱光束を集
光する場合であり、これに伴い第１図のミラー７の代わ
りにハーフミラ−６２を用い、入射光束及び散乱光束の
一部を透過及び反射させている。その他、第１図に示す
要素と同一要素には同符番な付しである。

尚、第１図、第６図に示す実施例においてレンズ８の光
学的作用としてはポリゴンミラー２の反射点ＰＧと共役
な点Ｐ６を受光面９上に結像させるものでも良く、又基
板５と受光面９を共役関係とし、点Ｐ６から発した光束
を平行光束として受光面９に導光させるものでも良い。

（発明の効果） 本発明によれば基板上の回路パターンから生じる回折光
を空間配置的に避けて基板上に存在している異物からの
散乱光束だけを選択的に受光する一Ｆ　　　ｔ、　　Ｊ
ｚ’　　／　　４　９　４１　　　　１Ｍ＋　　０４ｙ
　　＋／　　ｈ％１　１−ｖ　　８−＋　　−Ｊ−２Ｉ
ｌｌ　　ｍ４ｎ　　／Ｉ）／、Ｌ層検出率の高い表面状
態測定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の光学系の概略図、第４図は
第１図の実施例における入射光束と回路パターンによる
回折光の説明図、第５図（八）。 （Ｂ）、　（Ｃ）は回路パターンと回折像との関係を示
す説明図、第６図は本発明の他の一実施例の光学系の概
略図、第２図、第３図は各々従来の表面状態測定装置の
一例である。図中１は光源、２はポリゴンミラー、４は
投光部、５は基板、６は集光部、７はミラー、８はレン
ズ、９は受光面、１０は光学系、１１はハーフミラ−で
ある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）パターンが形成されている基板に対して投光手段
   により該基板に対し斜め上方から光束を入射し該基板を
   走査し、受光手段により前記基板からの散乱光束を受光
   し、該受光手段からの出力信号を利用して前記基板の表
   面状態を測定する際、前記受光手段の集光部を該集光部
   の光軸の前記基板面上への投影像が前記基板上の主パタ
   ーンより生じる回折光の方向と一致しないようにずらし
   て配置したことを特徴とする表面状態測定装置。
2. （２）前記受光手段の集光部の光軸が前記基板の入射面
   内の法線に対して入射側にくるように配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面状態測定装置
   。
3. （３）前記集光部の光軸の前記基板面上への投影像と前
   記基板の縦横方向とのなす角が平行あるいは直交状態よ
   り１５度±５度の範囲内となるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の表面状態測定装置。
4. （４）前記集光部の光軸が前記投光手段の投光部の光軸
   に対して±４５度以内となるように配置したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の表面状態測定装置。
5. （５）前記集光部を前記投光手段の一部の光学系より構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表
   面状態測定装置。