JPS6347641A - 表面状態検査装置 - 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、表面状態検査装置に関し、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レチクル
やフォトマスク等の基板上に回路パターン以外の異物、
例えば不透光性のゴミ等を検出する際に好適な表面状態
検査装置に関する。

［従来の技術］ 一般にＩＣ製造工程においては、レチクルまたはフォト
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（ステッパまたはマスクアライナ
）によりレジストが塗布されたウニ八面上に転写して製
造している。

この転写する際、基板面上にゴミ等の異物が存在すると
異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、ステップアンドリピート法によ
り繰り返してウニ八面上に同一回路パターンを複数焼付
ける場合、レチクル面上の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。

そのため、ＩＣ製造通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７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１１とレンズ１２を介してレ
ーザｌＯからの光束をミラー１３の出し入れにより光路
を切り換えて、２つのミラー１４あるいは２５により各
々基板１５の表面あるいは裏面に入射させる。そして、
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。さらに基板１５からの直接の反射光お
よび透過光の光路から離れた位置に複数の受光部１［ｉ
、　１７．１８を設け、これら複数の受光部１６．１７
゜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。

すなわち、回路パターンからの回折光は方向性が強いた
め各受光部からの出力値は異なるが、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ため複数の受光
部からの出力値が各々等しくなってくる。したがって、
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。

第８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１０から
の光束を所定の偏光状態の光束とし、ミラー１３の出し
入れにより光路を切り換え、２つのミラー１４あるいは
２５により各々基板１５の表面あるいは裏面に入射させ
て走査用ミラー１１により基板１５上を走査している。

また、基板１５からの直接の反射光および透過光の光路
から離れた位置に各々検光子２０．２２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。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このようにレチクルに対しビームを斜め
から入射させる場合、レチクルの上下動やレチクル厚の
ばらつきがあると、第９図に示すようにレチクル１５上
でのビームの位置がずれてしまい、場合によっては検査
されない領域が発生してしまうことがある。第９図を参
照して、例えばレチクル１５に対しビームＭが角度θで
入射している系の場合、レチクル１５が上または下にΔ
Ｚずれると、レチクル上でのビームのずれ幅℃１はΔＺ
／ｌａｎθとなる。このずれ幅℃、（＝ΔＺ／ｌａｎθ
）がそのまま検査不可領域の幅となり、この幅ユ、は角
度θが小さくなるほど急激に広がる。

さらに、ビームＭをレチクル１５上に集光する装置の場
合には、レチクル１５の上下動等によりピントずれも生
じる。先と同じ条件下で発生するピントずれ１旦２はΔ
Ｚ／ｓｉｎθとなる。今、レチクル上にピントが合って
いるときのビーム径をφ５μｍ、ビームＭの入射角θを
２０°に設定したものとする。これに対し、レチクル１
５の表面が上または下に　１００μｍずれたときのピン
トずれ量１２は約３００μｍで、レチクル１５上のビー
ム径は約φ５０μｍに広がってしまう。ビームの径がレ
チクル上で１０倍に広がってしまうと、同じ大きさの異
物に照射されるエネルギーがｌ／　ＩＯＱに減るばかり
でなく、レチクル上のパターンを広く余計に照射してし
まい、このため、ビームが広範囲の種々の向きのパター
ンにより回折されて回折および（混光の方向が雑多とな
り、それだけ異物の検出能力が損なわれることになる。

本発明は、上述従来例における問題点に鑑み、レチクル
全面を漏れなく、一定のビーム径で検査することのでき
る表面状態検査装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による表面状態検査装置では、前述の目的を達成
するために、基板を光ビームで走査して該基板からの走
査光の反射散乱光を検出することにより該基板上の異物
を検出する装置において、基板の表面の位置を検出する
手段を設けである。

［作用］ したがって、本発明の表面状態検査装置においては、基
板表面の所定の基準面からのずれを検出することができ
、この検出結果に応じて、基板を上下にｓｂして基板表
面を基準面に合せたり、走査ビームの照射光学系の走査
範囲調節や焦点合せ等を行なったりすることにより、最
適条件での表面状態検査が可能となる。

［実施例コ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る表面状態検査装置の
光学系の構成を示す。この装置は、本発明者等が先に出
願した異物検査装置に本発明を適用したもので、上記先
願装置に対し、レチクルの被検査面（パターン面または
ブランク面）の上下位置を検出する機構７０．７１を付
加したものである。

同図において、レーザ１０、ミラー１３．１４．２５お
よび不図示のステージ穆動機構等は、第７図のものと共
通である＠６０はレーザ走査用のポリゴンミラー、６１
は投光光学系を構成するレンズ、６２は受光光学系を構
成するレンズ、６３は受光素子、６４は色フィルタであ
る。また、７０はＡＦ（自動焦点）投光系、７１はＡＦ
Ｆ光系である。これらのＡＦＦ７０、７１としては、例
えば半導体焼付用の縮小投影露光装置の自動焦点装置と
して公知のものを使用することができる。

まず、初めに本発明の適用対象である上記先願装置の原
理を説明する。この装置では、パターン（第１図中、レ
チクル上面側）と異物の分￥１精度を上げるため、第２
図（ａ）に示すように、レチクルの縦横方向（図中ｖｖ
’方向、ＬＬ’方向）に対し所定の角度βだけ捩った方
向（図中ｏｏ’方向）の斜め上方からレーザビームを入
射（入射角α。）して点Ｂ１からＢ２の方向へ走査させ
るようにしである。そして、第２図（ｂ）に示すように
、この入射面内で入射側に戻ってくる異物散乱光（レチ
クルに対する受光角α１）のみを遭択的に受光するとい
う構成をとっている。

第２図（ａ）はこの方式の原理を示したものである。レ
チクルを真上からみている。同図において、レチクル上
の回路パターンは、その縦横方向（ｖｖ’方向、ＬＬ’
方向）が支配的であるため、それらのパターンにレーザ
ビームが当たると、パターン回折光はその直角方向であ
るＬＬ’方向あるいは、■ｖ′方向に進む。そこで、レ
チクルに対し、光学系を、例えばβ＝１５°撮り、この
方向への異物の戻り散乱光だけを受光するようにしてパ
ターン回折光の入射を極力減少させている。

このような光学系によってレチクル上に照射されるビー
ムのピントと位置を常に保証するためにはビームの集光
点に対しレチクル面の高さを一定に維持することが必要
である。

第１図中、ＡＦＦ光系７０とＡＦＦ光系７１はレチクル
面の高さを検出するための検出光学系の一例で、斜入射
式オートフォーカス方式として一般に知られている方式
のものである。第２図（Ｃ）は、この斜入射式オートフ
ォーカブ、方式の原理説明図である。つまり、この方式
においては、光源７２から発した光束を投光レンズ７３
によりレチクル１５上に集光させ、その直接の反射光を
受光レンズ７４でラインセンサやポジションセンサ等の
位置検知用光電センサ上に再結像させる。そして、レチ
クル面の上下位置の変化ΔＺを光電センサの光点の横ず
れ（Ｐ□−Ｐ＋）として検知する。

第１図において、ＡＦＦ光系７０からの光束は、レチク
ル１５のパターン領域で異物検査用ビームの走査線（Ｂ
ｌ−Ｂ２）上の１点（０点）に集光している。したがっ
て、もし、この位置に異物があると、ＡＦ用先光束この
異物で散乱されてしまう。このため、第１図の色フィル
タ６４が無いものとすると、受光素子６３には異物検査
用レーザビームＭの有無にかかわらず終始出力が出るこ
ととなり、誤検知のもとどなる。そこで、第１図の装置
においては、このような誤検知を防止するため、異物検
査用のレーザ１０とＡＦ投光系７０の光源には異なる波
長の光を出力するものを用い、しかも異物検査系の受光
光学系内に後者の波長をカットする色フィルタ６４を設
けである。

第３図は本発明の第２の実施例を示す。

第１図の装置では、レチクル面のパターン部にＡＦ投光
系７０の検出光が照射されているため、ステージがＳ、
からＢ２の方向に移動していく際、種々の異なるパター
ン部で検出光の反射光量が変化する。また、同じくパタ
ーン部での散乱が発生し、これらのためにレチクル上下
位置の検出精度が落ちてしまうという欠点がある。

第３図の装！はこの点に改良を加えたものである。大抵
のレチクルには、露光時に必要な領域だけを照射する目
的で、周辺部にクロムや酸化クロムのような物質で第４
図に示すような不透光性の枠９０が作られている。した
がって、第３図の装置ではこの領域内に視野をもつよう
な複数本の検出光学系７６、７７、７８をレチクル面に
垂直に設けている。しかも、その配置の一例として、第
４図に示すように異物検査用走査ビームの走査方向（Ｂ
＋−Ｂ２）の延長上に２本７６、７７を設け、レチクル
全面の上下位置を決めるために、さらにもう１木７８を
これらとは別の位置に設けている。但し、最低条件とし
てはビームの走査線上に限ってレチクルの上下位置を規
定すればいいので、上に述べたようなビームの走査線上
に最低２木の検出系７６゜７７を設ければよい。

具体的なＡＦ検出手段の例としては第５図および第６図
に示すものがある。

第５図は非点収差を利用したオートフォーカス検出方式
である。

つまり、光源８２から発した光束を投光用レンズ８３で
コリメートし、ハーフミラ−８５と対物レンズ８１を介
して被験面８０上に集光する。その反射光な再び対物レ
ンズ８１でコリメートシ、わざと非点収差をもたせた検
出用レンズ８４で再結像させる。再結像面上には４分割
センサ等を配置しておくと、被験面８０の光軸方向の穆
勤状態によりセンサ面でのスポット形状が変化するので
、これを電気出力として検出する仕組である。

第６図は横ずれを利用した検出方式である。

光源８２、投光用レンズ８３およびミラー８６等からな
る投光系の光軸を対物レンズ８１の光軸に対して偏心さ
せる。すると、被験面８０の光軸方向への穆励に伴って
対物レンズ８１および検出用レンズ８７で最結像された
スポットは光軸と垂直面内で横ずれを起こす。これをラ
インセンサ等で検出する仕組である。

［発明の適用範囲］ なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく適宜
変形して実施することができる。例えば第１または３図
に示した実施例においてはＡＦ検出系として光学的検出
手段を用いているが、本発明のＡＦ検出系は、必ずしも
光学的検出手段である必要はなく、エアーセンサによる
オートフォーカス方式や、静電容量を利用したオートフ
ォーカス方式のものでも構わない。また、上述において
は、レーザビームを一次元的例えばＸ方向に走査すると
ともにレチクルステージをＹ方向に走査してレチクルの
全面を検査するようにしているが、ステージを走査する
ことなくレーザビームをＸおよびＹ方向に二次元的に走
査する構成も本発明の適用される範囲である。さらに、
本発明の適用される範囲は、車に異物検査装置にとどま
ることなく、一般に基板の表面状態を検査する装置、そ
の他をも広く含むものである。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によると、表面状態検査装
置に基板の上下位置を検出する機構を設けたことにより
、 １）　　レーザを常に一定のビーム径でレチクル上に集
光できるので、異物や傷等の検出分解能を一定に保つこ
とができる、 ２）　レチクル上でのビームの走査位蓋がずれることか
なくなるので検査もれの領域がなくなる、 ３）　つまり、レチクル全面を均一に同一の分解能で検
査することができる、 その結果、 ４）　半導体製造の歩留を高めることができる、 という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る異物検査装置の光学
系の斜視図、 第２図は、第１図の装置における表面検査および表面位
置検出の原理説明図、 第３図は、本発明の第２実施例に係る光学系を示す斜視
図、 第４図は、上記第２実施例におけるレチクル部分の上面
図、 第５図と第６図は、それぞれ第３図におけるＡＦＦ学系
の具体例を表わす説明図、 第７図と第８図は、それぞれ従来例の光学系を示す斜視
図、そして 第９図は、第７および８図においてレチクルが上下動し
た場合の走査位置のずれを説明するための図である。 １０：レーザ、１３．１４．２５：ミラー、１５ニレチ
クル、６０：ポリゴンミラー、６１：投光光学系、６２
：受光光学系、６３：受光素子、δ４：色フィルタ、 ７０：ＡＦＦ光系、７１：ＡＦＦ光系、７２：異物検査
用光源、７３：投光レンズ、７４：受光レンズ、７５ニ
ラインセンサ、８０：被験面、８１：対物レンズ、 ８２：ＡＦ用先光源８３：投光用レンズ、８４．８７：
検出用レンズ、８５：ハーフミラ−，８６：ミラー。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 偲 第３図 第４図 第　７　図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の表面を該基板に対し、斜入射する光ビームで
   走査し、該基板に付着した異物による上記走査用ビーム
   の散乱光を検出することにより該基板の表面状態を検査
   する装置において、該基板の、該基板の表面に対し垂直
   な方向への位置誤差を検出する手段を設けたことを特徴
   とする表面状態検査装置。 ２、前記位置誤差検出手段が、前記基板の表面に表面位
   置計測用の第２の光ビームを照射し、該ビームの反射光
   を検出することにより該基板の表面の位置誤差を検出す
   るものである特許請求の範囲第１項記載の表面状態検査
   装置。 ３、前記走査用ビームと前記表面位置計測用ビームとの
   波長を違えた特許請求の範囲第２項記載の表面状態検査
   装置。 ４、前記位置誤差検出手段を、前記走査用ビームの走査
   線上に複数個設けた特許請求の範囲第１項記載の表面状
   態検査装置。 ５、前記基板が、その周辺部に反射性の均一な領域を有
   するものであり、前記位置誤差検出手段が、前記走査光
   の該領域からの反射光を検出するものである特許請求の
   範囲第４項記載の表面状態検査装置。 ６、前記基板が、半導体製造用の原画レチクルである特
   許請求の範囲第５項記載の表面状態検査装置。