JPS63285449A - 異物検査装置 - 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、微小なゴミ等の異物を検査する装置、特に集
積回路の製造工程において用いられるフォトマスク、レ
チクル、半導体ウニ八等の基板上に付着した異物を検査
する装置に関するものである。

、［従来の技術］ 集積回路の製造工程の１つであるフォトリングラフィ工
程においては、レチクルやフォトマスク等（以下「レチ
クル」と称す）による回路バターンの半導体ウェハへの
転写が行われるが、その際レチクルにゴミ等の異物が付
着していると、かかる異物像が半導体ウェハに転写され
、回路パターンの欠陥として現われる。その結果、製造
歩留りを低下させる原因となる。従って、転写を行う前
に、レチクルの表面に異物が付着しているかどうかを検
査する必要がある。

かかる異物を検出する方法としては、レヂクルートに例
えばレーザビーム等を集光させて走査し、異物から出る
散乱光を受光してその散乱信号により異物を検出する方
法がある。

上記の方法によって異物を検査する場合、光をレチクル
に照射すると、異物のみならずレチクルのパターンエツ
ジからも散乱光が発生するので、これらの散乱光を区別
する必要がある。この場合、パターンエツジからの散乱
光は強い指向性をもっているのに対し、異物からの散乱
光は比較的無指向に発生する。従って、複数の光電検出
手段を所定の角度で配置し、各光電検出手段から得られ
る散乱信号を比較して光の指向性を判断することにより
、パターンエツジによる散乱信号と異物による散乱信号
とを区別することができる。以上のような手段を採るこ
とにより、レチクルに付着した異物を検出することが可
能となる。

一方、近年レチクルの表面上から所定間隔だけ離して異
物付着防止膜（以下「ペリクル」と称す）を取り付ける
ことにより、レチクルに異物が付着するのを防止する方
法も行われている。この方法は、ペリクルを支持枠を介
してレチクルの表面を被覆するようにして装着すること
により、レチクール表面に直接異物が付着しないように
するものである。

このように、ペリクルを使用して露光装置による投影露
光を行う場合には、ペリクルの表面上に異物が付着して
も、被投影物体すなわち半導体ウニ八面上においては異
物像の焦点が合わないので、かかる異物像は半導体ウェ
ハには転写されないことになる。

しかしこの場合においても、ペリクルの表面に付着した
異物が比較的大きい場合には、半導体ウェハ面上におい
て露光ムラを生ずるおそれがある。また、ペリクルを使
用してもレチクルに異物か付着することがある。

従って、上述のようにペリクルを使用する場合において
も異物検査は必要である。

［発明が解決しようとする問題点］ 一般に、異物の検出感度は被検査面上を走査する光ビー
ムのビーム径に依存し、ビーム径が小さいほど検出感度
が高く、小さい異物まで検出することが可能である。し
かし、ビーム径が小さければ小さいほど被検査面全面を
むらなくビーム走査するのに要する時間は長くなる。

従来の異物検査装置においては、レチクル面及びペリク
ル面を同一ビーム径すなわち同一感度により検査を行っ
ていた。一方、ペリクル上の異物については、上述した
ように、比較的大きなものが付着していても半導体ウェ
ハに転写されにくい。言い換えれば、レチクルとペリク
ルとでは許容される異物の大きさが異なり、ペリクルの
方が大きい異物まで許容される。

従って、上記のような従来の異物検査装置を用いてペリ
クル面の検査を行う場合には、かかる検査の際に必要以
上に小さな異物まで検査することになり、その結果、異
物検査に必要以上に長い時間を要してしまうという問題
点があった。

本発明は上記のような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、レチクル、ペリクルのいずれを検査する場合であ
っても、最適な検出感度及び検査時間で検査を行うこと
が可能な異物検査装置を提供することをその目的とする
。

［問題点を解決−ｒるための手段］ 本発明に係る異物検査装置は、被検査面上における光ビ
ームのビーム径を変えるビーム径変更手段と、光電検出
手段の各光電信号に基づいて異物の有無及びその大きさ
を異なるビーム径に対応して判定を行う判定手段とを備
えたことにより、上記問題点を解決したものである。

［作用］ 本発明においては、被検査面上における光ビームのビー
ム径を変えるビーム径変更手段と、光電検出手段の各光
電信号に基づいて異物の有無及びその大きさを異なるビ
ーム径に対応して判定を行う判定手段とを備えたことに
より、被検査面上におけるビーム径を被検査物に応じて
変化させて検査することが可能となるので、被検査物の
異物の大ぎさに対する許容度に応じた検出感度すなわち
ビーム径、及びそのビーム径に応じた走査速度により検
査を行うことが可能となる。

［実施例］ 以下本発明の実施例について、添付図面を参照しながら
詳細に説明する。

（第一実施例） 第１図は本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。

まず、本実施例の構成及び作用について説明する。

図において、１０はレチクルで、載物台１２の上に周辺
部のみ支えられた状態で載置されている。該レチクル１
０には、支持枠２２を介してペリクル２０が装着されて
いる。また、前記載物台１２は、モータ１４と送りねじ
１６により、図のｘｙｚ座標系におけるＸ方向に移動可
能となっている。なお、前記載物台１２のＸ方向への移
動量は、例えばリニアエンコーダ等の測長器１Ｂにより
測定される。また、前記載物台１２は、図示しない適宜
手段によりＺ方向にも移動可能に構成されている。

次に、レーザビームしは図示しない適宜の発振手段から
出力され、エキスパンダー１、集光レンズ２６及びその
他の光学素子により任意のビーム径に調節されて被検査
対象としてのレチクル１０またはべりタル２０上に斜入
射−する。なお、該レーザビームＬの入射角すなわち被
検査物平面とのなす角は、該レーザビームＬが支持枠２
２にケラレないような角、好ましくはｌＯ°〜８０°稈
度とする。

次に、レーザビームＬを被検査面上で走査させる場合の
動作について説明する。

上記のように出力されたレーザビームしは、走査鏡、例
えばガルバノスキャナーミラー２８により、被検査面、
例えばレチクル１０上におけるＸ方向の所定の範囲内を
走査する（以下この範囲を「走査範囲Ｓ」と称す）。こ
のとき同時にモータ１４も駆動させて載物台１２を移動
させることにより、レーザビームＬのＸ方向の走査速度
よりも遅い速度でレチクル１０をＸ方向に移動させる。

以上のようにして、レーザビームＬをＸ方向に走査する
とともにレチクル１０をＸ方向に移動させることにより
、レーザビームＬを被検査物としてのレチクル１０の全
面に走査させることができる。

なお、レーザビームＬのレチクル１０上における照射位
置については、Ｘ方向については測長器１８の出力する
レーザビームＬのレチクル１０上におけるＸ方向の照射
位置に対応した測定値により、Ｘ方向についてはガルバ
ノスキャナーミラー２８の振れ角を検出することにより
、ｘ、ｙの各方向について知ることができる。

次に、被検査面上におけるレーザビーム、Ｌのビーム径
を変更する動作について説明する。

２はアパーチャーであり、エキスパンダー】及びガルバ
ノスキャナーミラー２８との間の光軸上に適宜挿入可能
に設けられている。該アパーチャー２を前記光軸上に挿
入した場合と、該アパーチャー２を挿入しない場合とで
比較すると、前者の場合は集光レンズ２６を透過した後
における収束ビーム開口数が小さくなる。その結果、焦
点上すなわち被検査面上におけるレーザビームＬのビー
ム径が大きくなる。　ビーム径の変更は以上のように、
前記アパーチャー２を前記光軸上に適宜挿入または除去
することによって行われる。

なお、ビーム径を変更して異なるビーム径によって検査
を行う場合には、それに伴って載物台１２のＸ方向への
搬送速度を変更して検査を行うことができる。なぜなら
、ビームＬのＸ方向への１回の走査によってカバーでき
るＸ方向の走査幅がビーム系の拡大に伴って拡がるため
、Ｘ方向へのレチクル１０の搬送速度を速めることがで
きるからである。

以上のように、ビーム径を拡大する場合には、該載物台
１２の搬送速度を大ぎく設定することができる。

従って、付着した異物径に対する許容度の大きいペリク
ル２０を被検査対象とする場合には、ビーム径を拡大し
て検査を行うことができるので、載物台１２の搬送速度
を大きくすることにより、レチクル１０を被検査対象と
する通常のビーム径による場合と比較、して、レーザビ
ームＬをペリクル２０の全面に走査させるのに要する時
間が短露宿される。

次に、レーザ光検出系の構成について説明する。

載物台１２の上方には、被検査面上に付着した異物から
の散乱光を検出するための光電検出器３０．３２．３４
が配置されている。これらの光電検出器３０，３２．３
４の光入射側には、異物からの散乱光を集光するための
レンズ３６゜３８．４０がおのおの矩形状のスリット４
２゜４４．４６を介して設けられている。これら゛のス
リット４２，４４．４６は、被検査面上の走査範囲Ｓと
ほぼ共役な位置に、走査範囲Ｓの像と金わせて光電検出
器３０，３２．３４と密着または近接して配置される。

上記スリットが設けられているのは、各光電検出器に迷
光が入射するのを防止するためである。

すなわち、被検査面、例えばレチクル１０上においてレ
ーザビームＬを走゛査させる場合、レーザビームＬが支
持枠２２に近づいたときに、レチク　・ル１０の裏面ま
たは表面で生じた反射光がさらに支持枠２２によって反
射され、該反射光が光電検出器３０，３２．３４への迷
光となって露光ムラの原因となることがある。従りて、
かかる迷光が各光電検出器に入るのを防止する必要があ
り、かかる防止策として、上記矩形状の各スリットを各
光電検出器の光入射側に設け、かかる迷光が各光電検出
器に入射しないようにしているものである。

なお、上記のように各光電検出器とスリットを密着また
は接近させた構成とせず、例えばリレー光学系を介して
各光電検出器とスリットとを離した構成としてもよい。

次に、レンズ３６，３８．４０の光軸ｆ１１゜Ｉ１２．
　ｆ１３及び光電検出器３０，３２，３４（７）具体的
配置方向について、第２図及び第３図を参照しながら説
明する。

第２図は、本実施例のｘｙ平面における構成を説明する
平面図である。まず、本図を用いてＸＹ平面における配
置の方向について説明する。

図において、ます光電検出器３ｏは、レンズ３６の光軸
１１がレーザビームＬの走査方向の延長上の適宜位置に
配置されている。一方、光電検出器３２．３４は、レン
ズ３８．４０の光軸Ｉ１２．ｕ３がレーザビームＬの走
査中心Ｑにおいて交わり、かつ各光軸の走査方向に対す
る方位角ψａ、ψｂがおのおの１５°〜８０＠の範囲と
なるように配置されている。

次に、ＺＩＩｉＩｈを含む平面内の配置について第３図
を用いて説明する。第３図は本実施例のＺ軸方向の構成
を示す側面図である。

まず、光電検出器３０，３２．３４は、いずれも被検査
面の上方すなわち照射面側に配置されている。そして、
Ｚ軸を含む平面においては、レンズ３６，３８．４０の
光４Ｌｉ２ｘ、ｘ２．ｘ３の延長線は、いずれもレーザ
ビーム！、の走査中心。において交わり、かっ各光軸の
走査面に対する角θ１．θ２．θ３がいずれも１０”〜
８０”の範囲であって、走査中心Ｑからほぼ等距離とな
る位置に配置されている。

なお、受光光学系によっては、走査中心。から少しずれ
た位置に多光＠ＩＬ１．ｆ１２．β３の延長線が交わる
ように配置した方が、より有効に走査範囲Ｓ上の散乱光
を受光できる場合がある。

次に、おのおのの被検査面上に所定のビーム径のスポッ
トを形成する具体的操作について説明する。

まず、図示しない適宜手段により載物台１２をＺ方向に
移動し、おのおのの被検査対象の面上にレーザビームＬ
の最小スポットサイズ位置がくるように調節する。

次に、レチクル１ｏを被検査対象とするときは、アパー
チャー２をエキスパンダー１とガルバノスキャナーミラ
ー２８との間の光軸上以外の位置とし、ペリクル２０を
被検査対象とするときは、前記アパーチャー２を前記光
軸上に位置させる。

なお、前記アパーチャー２の内径は、所定のビーム径と
なるように適宜定められる。

次に、光電検出器３０，３２．３４の出力に基づいて異
物の有無及び大きさを判断する手段について、第４図を
参照しながら説明する。

第４図は、光電検出器からの光電信号を処理する信号処
理手段の一例を示す回路図である。

まず、その構成について説明する。

図において、光電検出器３０，３２．３４の出力側は、
おのおの増幅器７０，７２．７４を介して電圧制御増幅
器（ＶＣＡ）等の増幅度変換器７６．７８．８０に接続
されている。

また、これらの増幅度変換器７６．７８．８０は制御器
８２と接続され、該制御器８２によ、り増幅度変換器７
６．７８．８０の増幅度を個別に変更できるようになり
ている。

次に、増幅度変換器？６，７８．８０の出力側は、コン
パレータ８４．８６．８８のおのおのの一方の入力側に
接続されている。一方、これらのコンパレータ８４，８
６．８８の他方の入力端は基準電圧発生器９０と接続さ
れており、この基準電圧発生器９０によって所定の基準
電圧が各コンパレータに人力されるようになっている。

上記コンパレータ８４，８６．８８の出力側はＡＮＤ回
路９２の入力端に接続され、このＡＮＤ回路９２の論理
積の値が異物の検出信号として出力ｔ−れ−る。

次に、上記のような異物検出用の信号処理回路の処理動
作について説明する。

まず、光電検出器３０，３２．３４によって検出された
各検出信号は、各光電検出器と被検査位置との距離によ
って変化するので、増幅度変換器７６．７８．８０によ
り各検出信号についておのおの補正を行う。

すなわち、光電検出器３０．３２．３４の各出力光電信
号は、異物の形状または大きさが同一の場合でも、レチ
クル１０上の位置によってその信号値が異なることにな
る。具体的には、同一のビーム走査線上の異物であって
も、光電検出器に近い異物による光電信号の方が光電検
出器から離れている異物による光電信号よりも大きくな
る。

従って、このままでは各光電信号に基づいて異物の有無
を判断するのに不都合であり、また信号値の大小に基づ
いて異物の大きさを判断することもできない。そこで、
検査位置に対応して光電信号値を補正し、検査位置によ
る変動を除去する必要がある。このため、増幅器７０，
７２．７４−℃出力側に増幅度変換器７６．７８．８０
をおのおの設け、制御器８２によって増幅度を設定変更
することにより、異物の位置による光電信号値の変動を
補正している。

なお、制御器８２による増幅度の変更動作は、以下のシ
ーケンスにより行う。

まず、レーザビームＬのＸ方向への走査を開始するとと
もに前記制御器８２の増幅動作を開始する。レーザビー
ムＬの走査中は、制御器８２は増幅度変換器７６．７８
．８０の増幅度をそれぞれ被検査面上のビーム位置との
距離に応じて連続的に変化させる。そして、レーザビー
ムＬのＸ方向の走査の終了とともに制御器８２の増幅動
作も終了するようにする。この一連の動作を、レーザビ
ームＬをＸ方向について走査を行う毎に繰り返し行うよ
うにする。

なお、増幅度変換器７６．７８．８０の増幅度及びその
変更量は、光電検出器３０，３２．３４の配置すなわち
被検査面との距離によって、あらかじめ決定される。

以上のようにして各光電信号に対する増幅度の補正を行
うことにより、ビームの位置による信号値の変動要因を
除去することができる。

次に、検査位置による変動を補正された各検出信号は、
コンパレータ８４，８６．８８によって二値化される。

前述のように、異物による散乱光は無指向であるため、
異物からの散乱光による光電検出器３０．３２．３４の
各出力光電信号はいずれも大きな信号となる。これに対
し、パターンエツジによる散乱光は指向性を有するので
、光電検出器３０．３２．３４における各出力光電信号
のうち、少なくとも１つの信号は小さくなる。

そこで、各光電信号を、基準電圧発生器９０の出力する
基準電圧と比較し、基準電圧より大きい場合のみ出力す
るようにして二値化を行う。

次に、ＡＮＤ回路９２により、各コンパレータ８４．８
６．８８によって二値化された各出力の論理積の値が出
力される。この場合、コンパレータ８４，８６．８８の
全てから出力されている場合にのみＡＮＤ回路９２の出
力が論理値のｒＨ。

レベルとなり、検出信号ＳＤとして出力される。

従って、検出信号ＳＤがｒＨ，であれば異物からの散乱
信号として判断し、異物の存在を検出する。検出信号Ｓ
Ｄが「Ｌ」の場合は、散乱信号が全くないか、パターン
エツジからの散乱信号と判断し、異物は存在しないと判
断する。

以上のようにして検出信号ＳＤから異物の有無を判断す
ることができる。

一方、異物を検出した場合の異物の大きさの判定につい
ては、上記のように補正された増幅度変換器７６．７８
．８０の各出力信号ＳＡ、ＳＢ。

ＳＣを用いて行う。すなわち、異物の大きさと増幅度変
換器７６．７８．８０の各出力信号ＳＡ。

ＳＢ、ＳＣのうち最も小さい信号レベルとの対応関係を
あらかじめ統計的に求めておき、かかるデータと実際の
出力信号とを比較することにより、異物のおよその大き
さを求めることができる。

ビーム径を拡大するためにアパーチャー２を使用した場
合には、開口数が小商くなるとともにレーザビームＬの
光量が低下するので、制御器８２によって増幅度゛変換
器７６．７８．８０の増幅度を一律に変えるか、または
、基準電圧発生器９０の基準電圧を変えることにより調
節を行うようにする。これによってビーム径が変った場
合でも、異物の検出感度（大きさ判定等）がビーム径に
応じて最適に保たれる。

（第二実施例） 次に、本発明の第二実施例について、第５図を参照しな
がら説明する。第５図は、本発明の第二実施例の光学的
構成部分を示す斜視図である。

本実施例においては、被検査面上でのレーザビーム径を
変える手段として、倍率の異なる２つのエキスパンダー
５ａ、５ｂと、レーザビームＬを光路ＬａまたはＬｂに
切り換えるための切り換えミラー３．４とを備えている
。かかる構成部分以外の構成部分、例えばビーム走査系
、受光系等は全て第一実施例と同じである。

次に、本実施例における動作について説明する。

適宜の発振手段（図示せず）から出力されたレーザビー
ムしは、切り換えミラー３．４が光路中に挿入されてい
ない場合には光路Ｌａに沿って進み、エキスパンダー５
ａによって拡大されたのち、被検査面（例えばレチクル
１０上）に到達して所定のビーム径を有するスポットを
形成する。

これにより異物検査を行う。

次に第二の被検査面（例えばペリクル２０上）の異物検
査を行う場合には、図示しない適宜手段で載物台１２を
Ｚ方向に移動し、かつ２つの切り換えミラー３．４を同
時にレーザビームＬの光路中に挿入する。これによりレ
ーザビームＬは光路Ｌｂに沿って進み、前記エキスパン
ダー５８とは倍率の異なる第二のエキスパンダー５ｂに
よって拡大されたのち、ペリクル２０上に前記レチクル
１０士に形成したビーム径とは異なる大きさのスポット
を形成し、これにより異物検査を行う。

上記の構成において、切り替えミラー３．４の動作及び
倍率の異なるエキスパンダー５ａ、５ｂを用いる代りに
、例えばズーム系からなる倍率可変のエキスパンダーを
用いてもよい。

なお、光電検出器３０，３２．３４によって検出される
異物からの散乱光信号については、第一実施例と同じ信
号処理回路すなわち第４図の回路によって処理される。

以上説明した第二実施例においては、レーザビームＬの
光量を損失せずに被検査面上でのビーム系を変更できる
ので、光量変化による光電信号の調整も必要がなく、ま
た第一実施例の場合よりもレーザ光を有効に利用するこ
とができる。

（第三実施例） 次に、本発明の第三実ｔａ例について第６図を参照しな
がら説明する。本実施例は、被検査面に照射するレーザ
ビームの焦点をずらし、結果的にビーム径を変更する単
段を用いたものである、図において各部の構成は、レン
ズｌａ、’Ｉｂによって構成されるエキスパンダーとガ
ルバノスキャナーミラー２８との間に第１図中にあった
アパーチャー２が省かれていること以外は、全て第一実
施例の構成と同じである。

次に、本実施例の動作を説明すると、ペリクル２０面上
の異物を検査する場合は、載物台１２のＺ方向の位置は
変えずに、エキスパンダーの一方のレンズ（例えばレン
ズｌａ）を光軸上において移動させ、レーザビームＬの
焦点位置を変えることによってペリクル２０上のビーム
径を変える。

このとき、レチクル１０とペリクル２０とでは当然支持
枠２２の高さに対応して検査位置にずれが生じる。従っ
て、この場合においては、スリット４２，４４．４６に
よって散乱光がさえぎられることのないように、スリッ
ト４２．４４．４６の幅を決める必要がある。

なお、エキスパンダーのレンズｌａ、ｌｂはいっさい動
かさずに、すなわちレーザビームｌ−の焦点位置を変え
ずに、載物台１２をＺ方向に移動し、ペリクル２０上で
所定のビーム径になるようにしてもよい。

なお、本実施例においても、光電検出器３０゜３２．３
４によって検出される異物からの散乱光信号については
、第一実施例と同じ信号処理回路すなわち第４図の回路
によって処理される。

［発明の効果］ 本発明は以上説明した通り、光ビームの被検査面上にお
けるビーム径を変えるビーム径変更手段と、前記光電検
出手段の各光電信号に基づいて異物の有無及びその大き
さをビーム径に対応して検出する異物検出回路とを設け
たことにより、被検査面上におけるビーム径を被検査物
に応じて変化させて検査することが可能となるので、被
検査物の異物に対する許容度に応じた検出感度すなわち
ビーム径により検査を行うとともに、検査感度に応じた
検査時間で検査を行うことができるので、検査対象に応
じた最小限の検査時間で検査を行うことができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の光学的構成部分を示す斜
視図、第２図は第一実施例の主要部分の平面図、第３図
は第一実施例の主要部分の側面図、第４図は光電信号の
信号処理手段の一例を示す回路図、第５図−はｊ発明の
第二実施例の光学的構成を示す斜視図、第６図は本発明
の第三実施例の光学的構成を示す斜視図である。 ［主要部分の符号の説明］

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査面上に光を照射する照射手段と、該被検査
   面上において前記照射手段から照射された光ビームの走
   査を行う走査手段と、前記被検査面上に付着した異物か
   らの散乱光を異なる位置で受光する複数の光電検出手段
   とを備えた異物検査装置において、 前記被検査面上における前記光ビームのビーム径を可変
   とするビーム径変更手段と； 前記光電検出手段の各光電信号に基づいて異物の有無及
   びその大きさを、異なるビーム径に対応して判定を行う
   判定手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置。
2. （２）前記判定手段は、前記光電検出手段の各光電信号
   を可変に増幅する可変増幅手段と；該可変増幅手段の増
   幅度を制御する制御手段と；基準電圧を発生させる基準
   電圧発生器と；該基準電圧発生器の出力する基準電圧に
   基づいて、前記増幅度変更手段により増幅された光電信
   号を二値化するコンパレータと；複数の光電信号の論理
   積を出力する論理積演算手段とからなり、 ビーム径の変更による光量変化に対応して、前記可変増
   幅手段の増幅度の変更または前記基準電圧発生手段の基
   準電圧の変更により、前記光電信号の補正を行うもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の異物
   検査装置。