JPH01129146A - 異物有無検査装置 - 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、主としてＬＳＩ製造プロセスにおいて、半導
体ウェハーに回路パターンを焼付けるために用いられる
レティクルとかマスク、あるいは、回路パターンが形成
された製品ウェハー、更には、液晶用基板などの検査対
象基板の表面に、異物が付着しているか否かを検査する
ための装置に係り、より詳しくは、表面に回路パターン
が描かれている検査対象基板の該表面に対して一定の振
動面を有する直線偏光レーザービームを走査照射するよ
うに構成すると共に、その検査対象基板の表面からの反
射散乱光の検出結果に基いて前記検査対象基板の表面に
おける異物の有無を判別するように構成されている異物
有無検査装置に関する。

〔従来の技術〕

かかる異物有無検査装置としては、従来から、下記のよ
うな構成を有するものが知られている。

即ち、その最も原理的な構成を有する旧来一般の異物有
無検査装置は、第４図に示すように、表面に回路パター
ン（図示せず）が描かれた検査対象基板０（この例では
ペリクル枠ｌを有するものを示している）をｉＩｌ！置
したステージ（図示せず）を水平面上で一方向（Ｘ方向
）に直線移動走査させると共に、例えばＨｅ−Ｎｏレー
ザーを発振するレーザー発振器２．・ビームエキスパン
ダー３゜スキャニング用のガルバノミラ−４，集光レン
ズ５等から成る入射光学系Ａにより、前記検査対象基板
Ｏの一側方における所定角度斜め上方から、その検査対
象基板０の検査表面に対して一定の振動面を有する（つ
まり、検査表面に対して平行に振動するＳ偏光の）直線
偏光レーザービームＬを、前記Ｘ方向に直交するｙ方向
における所定範囲内で往復直線走査させながら照射し、
その照射レーザービームＬの検査表面からの反射散乱光
Ｒを、前記入射光学系へに関して検査対象基板０の両横
側方（つまり、その基板０のｙ方向における両側方）に
おける斜め上方に配置した検出光学系Ｂ。

Ｂで検出するように構成されており、各検出光学系Ｂは
、集光レンズ６、スリット７、特定の直線偏光成分（こ
の例では、検査表面゛に垂直に振動するＰ偏光成分）の
みをカット（除去）するように検光軸が設定された検光
子（偏光板）８１例えば光電子倍増管から成る光検出器
９をその順に並設して構成されている。

なお、前記検出光学系Ｂにおける検光子８は、検査対象
基板Ｏの検査表面からの反射散乱光Ｒが回路パターンに
よるものか異物によるものか、を弁別して誤検出を防止
することを目的として設けられているものである。

つまり、第５図（イ）に示すように、検査対象基板Ｏの
検査表面上に照射レーザービームＬに対して４５＠をな
す回路パターンが存在すると、この部分において照射レ
ーザービームＬ　（Ｓ偏光）は検出光学系Ｂに向かって
反射されることになるが、その反射光Ｒは大部分がＰ偏
光となるため、検光子８の検光軸をこれと垂直になるよ
うに設定配置しておけば、その反射光Ｒ（Ｐ偏光）はカ
ットされて光検出器９へは到達せず、従って、この場合
には光検出器９は光を検出しない、・一方、第５図（ロ
）に示すように、検査対象基板０の検査表面上に実際に
異物Ｚが存在する場合には、この異物Ｚにより照射レー
ザービームＬ（Ｓ偏光）はランダムな方向に反射散乱さ
れて、その一部が検出光学系Ｂへ入射することになるが
、その異物Ｚからの反射散乱光ＲにはＳ偏光成分とＰ偏
光成分とが混在しているため、前記検光子８においてそ
の一部（Ｐ偏光成分）はカットされるものの、その一部
（Ｓ偏光成分）は検光子８を通過して光検出器９へ到達
し、従うて、この場合には光検出器９が光を検出して、
異物２の存在が検出される。

このように、回路パターンよる反射光と異物２による散
乱光に含まれる偏光の相違を利用した手段を講すること
によって、たとえ検査対象基板０の検査表面上に４５°
回路パターンが存在したとしても、異物２のみを弁別し
て検出できるように構成されているのである（但し、下
記するところから明らかなように、その弁別が確実に行
われるとは言えない現状にある）。

ところで、上記した旧来手段、即ち、検出光学系Ｂに特
定の直線偏光成分（Ｐ偏光成分）のみをカットする検光
子８を設けることによって、回路パターンによる反射光
か異物２による散乱光かが確実に弁別されるためには、
４５°回路パターン部分における反射光の殆ど全てが特
定のかつ完全な直線偏光成分（Ｐ偏光成分）となってい
ることが前提となる。

しかしながら、本発明者らの調査研究結果によれば、４
５°回路パターン部分における反射光は、大体のところ
特定偏光成分（Ｐ偏光成分）にはなっているとは言え、
詳細に見ると完全な直線偏光では無く、実際には楕円偏
光となっており、その偏光面が１００％単一であるとは
言えないために、前記のような特定のかつ完全な直線偏
光成分（Ｐ偏光成分）のみをカット可能な検光子８を設
けただけでは、４５°回路パターンによる反射光を十分
には除去できず、従って、異物Ｚのみを確実に弁別して
誤検出を防止できる性能には限界がある、という欠点が
存在することが判明した。

そこで、本発明者らは、かかる旧来欠点をできるだけ除
去せんとして、下記のような改良構成を有する異物有無
検査装置を開発し、それについては昭和６２年７月２４
日付は出願の特許願により既に提案しているところであ
る。

即ち、その改良構成にかかる従来の異物有無検査装置は
、第６図に略示しているように、検出光学系Ｂを構成す
るに、楕円偏光成分を直線偏光成分に変換する！／４波
長板１０と、特定の直線偏光成分のみをカットする検光
子８と、光検出器９とをその順に並設しである、つまり
、前述した旧来構成のものにおける検光子８の手前に１
／４波長板１０を介在させである。なお、この図におい
ては、検出光学系Ｂにおける一般的構成要素（集光レン
ズやスリットなど）は省略・している。

上記のように１／４波長板ｌＯを付加して構成された従
来の異物有無検査装置によれば、検査対象基板０の検査
表面上の４５°回路パターンにおいて反射された楕円偏
光成分の混在率が高い反射光を、旧来構成のもののよう
に検光子のみによって直接的にカットさせんとするので
は無く、先ず１／４波長板ｌＯによりできるだけ完全に
近い直線偏光成分に変換するという前処理を施してから
、その処理光に対して検光子８が作用するように構成し
であるため、４５°回路パターンからの反射光をその検
光子８によってより確実にカットさせることができ、そ
の結果、４５°回路パターンからの反射光の光検出器９
への到達量を大幅に低下させることができるようになり
、一方、検査対象基板０の検査表面上の実際の異物によ
り反射散乱される光は、１／４波長板ｌＯを通過した後
もＳ偏光とＰ偏光とが混在していることに変わりはない
から、旧来構成のものにおけると同様に、その一部（Ｓ
偏光成分）が検光子８を通過して光検出器９へ到達する
ので、その異物の存在が確実に検出され、従って、たと
え検査対象基板Ｏの検査表面上に４５′″回路パターン
が存在したとしても、その４５°回路パターンを異物と
して誤検出をすること無く、異物のみを確実に弁別して
検出するという弁別性能を、旧来の異物有無検査装置に
比べればかなりの程度向上させ得るようになった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ごく最近になって、検出を要する異物２
の微少化が進むに伴って、検出すべき異物２からの散乱
光が非常に微弱化する一方、それに加えて、回路パター
ンの微細化に伴って、回路パターンからの反射光は比較
的大きくなる、という傾向が強くな→てきているために
、上記のような改良構成にかかる従来の異物有無検査装
置によっても、なお、４５°回路パターンと実際の異物
との弁別性能は十分ではなくなってきた。

本発明は、かかる点に鑑みて鋭意研究の結果なされたも
のであって、その目的は、「検査対象基板の検査表面へ
の照射レーザービームとしては、その検査表面に対して
平行に振動するＳ偏光の直線偏光レーザービームを用い
る」ということが当然であるとされていた旧来構成およ
び従来構成の異物有無検査装置における技術的常識を打
破することによって、より優れた４５°回路パターンと
実際の異物との弁別性能を有する異物有無検査装置を開
発・提供せんとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本第１発明は、表面に回路
パターンが描かれている検査対象基板の該表面に対して
、直線偏光レーザービームを、その基板の一側方におけ
る斜め上方から走査照射する入射光学系を設けると共に
、前記検査対象基板の表面からの反射散乱光を、特定の
直線偏光成分のみをカットする検光子を介して、光検出
器により検出する検出光学系を、前記入射光学系に関し
てその基板の横側方における斜め上方に設け、前記検出
光学系による反射散乱光の検出結果に基いて前記検査対
象基板の表面における異物の有無を判別するように構成
されている異物有無検査装置において、 前記直線偏光レーザービームの前記検査対象基板の表面
への入射光線とその表面から前記光検出器への反射光線
とで構成される入射面に対する該直線偏光レーザービー
ムの振動面の傾斜角度が、前記光検出器の位置する側か
ら前記入射面の上側法線に向かう回転方向を正として、
−５０°から一２０°の範囲内になるように設定する、
という手段を講じた点に特徴があり、 また、本第２発明は、 表面区回路パターンが描かれている検査対象基板の該表
面に対して、直線偏光レーザービームを、その基板の一
側方における斜め上方から走査照射する入射光学系を設
けると共に、前記検査対象基板の表面からの反射散乱光
を、楕円偏光成分を直線偏光成分に変換する！／４波長
板と特定の直線偏光成分のみをカットする検光子とを介
して、光検出器により検出する検出光学系を、前記入射
光学系に関してその基板の横側方における斜め上方に設
け、前記検出光学系による反射散乱光の検出結果に基い
て前記検査対象基板の表面における異物の有無を判別す
るように構成されている異物有無検査装置において、 前記直線偏光レーザービームの前記検査対象基板の表面
への入射光線とその表面から前記光検出器への反射光線
とで構成される入射面に対する該直線偏光レーザービー
ムの振動面の傾斜角度が、前記光検出器の位置する側か
ら前記入射面の上側法線に向かう回転方向を正として、
−４５°から一２５°の範囲内、または、−５＠から＋
３５’の範囲内になるように設定する、 という手段を講じた点にｖＰ徴がある。

〔作用〕

上記特徴構成により発揮される作用は次の通りである。

即ち、本第１発明および本第２発明に係る異物有無検査
装置においては、検査対象基板の検査表面へ照射される
直線偏光レーザービームとして、前述した旧来構成およ
び従来構成のもののようにその検査表面に対して平行に
振動するＳ偏光のものを用いるのでは無く、その振動面
（偏光面とも称される）の傾斜角度が入射面（検査表面
に対す、る直線偏光レーザービームの入射光線と反射光
線とで構成される平面）に対して特定の範囲内（第１発
明の場合には一５０’″から−２００、第２発明の場合
には一４５＠から一２５°、または、＝５°から＋３５
°）に納まるように設定したものを用いているため、後
述する〔実施例〕における実験結果に関する記載からも
明らかになるように、検査表面上における４５°回路パ
ターンと実際ノ異物との弁別性能（Ｓ／Ｎ比）を、旧来
および従来技術に比較して、格段に優れたものに向上さ
せ得るようになった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面（第１図ないし第３図）に
基いて説明する。

第１図は、本第１発明および本第２発明の実施例に係る
異物有無検査装置における共通する要部（主として入射
光学系Ａおよび検出光学系Ｂの共通部分）の原理的構成
を示しており、この部分以外の構成は先に説明した第４
図または第６図に示すものと同様であり、この第１図の
構成を前述の第４図に示した異物有無検査装置に適用し
たものが第１発明の実施例に相当し、また、この第１図
の構成を前述の第６図に示した異物有無検査装置に適用
したものが第２発明の実施例に相当する。

なお、この第１図においては、入射光学系Ａおよび検出
光学系Ｂにおける一般的な（本発明の説明に特に必要で
はない）具体的構成要素は省略している。

即ち、この第１図において、０は、表面に回路パターン
（図示せず）が描かれている検査対象基板を示し、Ａは
、その検査対象基板０の表面に対して、直線偏光レーザ
ービームＬを、その基板０の一側方における斜め上方−
から入射角度αをもつた入射光線ＥとしてＸ方向および
ｙ方向に走査照射する入射光学系を示し、また、Ｂは、
前記基板０の表面からの反射散乱光Ｒの一部（反射角度
βをも）た反射光線りを、前記入射光学系Ａに関して基
板０の横側方における斜め上方に設けられた光検出器９
により検出する検出光学系を示している。なお、前記入
射角度αおよび反射角度βは直線偏光レーザービームＬ
の走査位置によって若干変動するものである。

さて、前記直線偏光レーザービームＬは、一定方向の振
動面（偏光面）■を育しているのであるが、この振動面
■は、前述した第４図および第６図において説明した旧
来構成および従来構成の異物有無検査装置においては、
基板０の検査表面に対して常に平行となるように設定さ
れていたので、その振動面■の入射面■　（前記入射光
ｖＡｌろ反射光線ｒとで構成される面）に対する傾斜角
度Ｔは、反射角度β（これは実機では通常約１５°前後
に設定されている）と等しくなり、従って、前記光検出
器９の位置する側から前記入射面■の上側法線２°に向
かう回転方向を正として、約−１５゜前後（直線偏光レ
ーザービームＬの走査位置によって変動する）となって
いた。

これに対して、本第１発明に係る実施例（前記第４図に
示した構成の異物有無検査装置に適用した場合）におい
ては、前記振動面「の入射面Ｉに対する傾斜角度Ｔを、
直線偏光レーザービームＬの走査位置に拘らず、常に、 一５０°≦γ≦−２０″ の範囲内に納まるように設定し、 また、本第２発明に係る実施例（前記第６図に示した構
成の異物有無検査装置に適用した場合）においては、前
記振動面Ｈの入射面Ｉに対する傾斜角度Ｔを、直線偏光
レーザービームＬの走査位置に拘らず、常に、 −４５”≦γ≦−２５゜ の範囲内、または、 一５″≦Ｔ≦＋３５″ の範囲内に納まるように設定することにより、基板Ｏの
検査表面における４５°回路パターンと実際の異物との
弁別性能（Ｓ／Ｎ比）の、旧来および従来技術に比較し
て大幅な向上を達成したのである。

前記直線偏光レーザービームＬの振動面■の入射面Ｉに
対する傾斜角度γを上記のように設定した根拠は、以下
に説明する実験結果から容易に理解できるであろう。

即ち、第２図のグラフは、前記第４図に示した旧来構成
の異物有無検査装置（基板０の検査表面からの反射散乱
光を、特定の直線偏光成分のみをカットする検光子８の
みを介して光検出器９により検出する検出光学系を有す
るもの）について、直線偏光レーザービームＬの振動面
■の入射面Ｉに対する傾斜角度Ｔを種々に変更した場合
のＳ／Ｎ比を測定した実験結果を示しているが、これか
ら明らかなように、旧来構成の異物有無検査装置の場合
（傾斜角度γが約−１５″前後）ではＳ／Ｎ比が１６前
後となっているが、傾斜角度γが約−３５°の場合にＳ
／Ｎ比がピーク（約２５）となっていることが判る。な
お、このような事実はこれまで全く知られていなかった
ものである。従って、本第１発明のように、傾斜角度γ
を、常に、前記Ｓ／Ｎ比のピーク位置に相当する一３５
°前後（−５０＠≦Ｔ≦−２０°）となるように設定し
ておくことによって、旧来技術に比較して格段に優れた
Ｓ／Ｎ比を得られることが明らかである。′一方、第３
図のグラフは、前記第６図に示した従来構成の異物を無
検査装置（基板０の検査表面からの反射散乱光を、楕円
偏光成分を直線偏光成分に変換する１７４波長板と特定
の直線偏光成分のみをカットする検光子とを介して光検
出器９により検出する検出光学系を有するもの）につい
て、上記と同様に、直線偏光レーザービームＬの振動面
■の入射面■に対する傾斜角度Ｔを種々に変更した場合
のＳ／Ｎ比を測定した実験結果を示しているが、これか
ら明らかなように、従来構成の異物有無検査装置の場合
（傾斜角度Ｔが約−１５゜前後）ではＳ／Ｎ比が１７前
後となっているが、傾斜角度Ｔが約−３５″の場合にＳ
／Ｎ比が第１のピーク（約２２）となっており、また、
傾斜角度γが約＋１５°の場合にＳ／Ｎ比が第２のピー
ク（約６８）となっていることが判る。従うて、本第２
発明のように、傾斜角度γを、常に、前記Ｓ／Ｎ比の第
１または第２ピーク位置に相当する一３５°前後（−４
５°≦Ｔ≦−２５°）または＋１５°前後（−５”≦Ｔ
≦＋３５”）となるように設定しておくことによって（
但し、後者の第２ピーク前後を採用する方が望ましいこ
とは言うまでもない）、従来技術に比較しても格段に優
れたＳ／Ｎ比を得られることが明らかである。

なお、この第３図から明らかなように、＋５″≦Ｔ≦＋
３０” となるように設定しておけば、より一層確実かつ優れた
Ｓ／Ｎ比を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
異物有無検査装置によれば、検査対象基板の検査表面へ
照射される直線偏光レーザービームとして、旧来および
従来構成のもののようにその検査表面に対して平行に振
動するＳ偏光のものを用いるのでは無く、その振動面の
傾斜角度が入射面（検査表面に対する直線偏光レーザー
ビームの入射光線と反射光線とで構成される平面）に対
して特定の範囲内（第１発明の場合には−５０゜から−
２０＠、第２発明の場合には一４５°から一２５°、ま
たは、−５°から＋３５°）に納まるように設定したも
のを用いるようにしたことによって、検査表面上におけ
る４５°回路パターンと実際の異物との弁別性能（Ｓ／
Ｎ比）を、旧来および従来技術に比較して格段に優れた
ものに向上させ得る、という顕著な効果が奏されるに至
ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る異物有無検査装置の
具体的実施例を示し、第１図は要部の概略構成および作
用の説明図であり、第２図は第１発明に係る実験結果を
表すグラフ、第３図は第２発明に係る実験結果を表すグ
ラフである。 そして、第４図ないし第６図は、本発明の技術的背景な
らびに従来問題を説明するためのものでた、第６図−→
；＝８−はそれを改良した従来構成の異物有無検査装置
の要部概略構成および作用の説明図である。 ０・・・・・・・・・検査対象基板、 Ｌ・・・・・・・・・直線偏光レーザービーム、Ａ・・
・・・・・・・入射光学系、 Ｒ・・・・・・・・・反射散乱光、 ８・・・・・・・・・検光子、 ９・・・・・・・・・光検出器、 Ｂ・・・・・・・・・検出光学系、 ｌ・・・・・・・・・入射光線、 ｒ・・・・・・・・・反射光線、 ■・・・・・・・・・入射面、 ■・・・・・・・・・振動面、 Ｔ・・・・・・・・・振動面■の入射面Ｉに対する傾斜
角度、２゛・・・・・・入射面Ｉの上側法線、ｉｏ・・
・・・・ｌ／４波長板。 第１図 ８・・・・・・検光子　　　　　　　　　　９　・、・
・・光検出器Ｏ・・・・・・検査対象裁板 Ａ−・・・・・入１（光学系　　　　　　　　Ｂ・・・
・・・・・・検出光学系Ｌ・・・・・・直ｗＡ偏光レー
ザービーム　　Ｒ・・・・・・反’４４散乱光ト・・・
・・入射光ｔａ　　　　　　　　　　ｒ・・・・・・反
射光線し・・・・・入射面　　　　　　　　　　ト・・
・・・振動面Ｔ”・・・・振ｆＪ１面Ｕの入射面１に対
する傾斜角度工”・・・・・・入射面１の上側法線 第３図 第４ｍ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕表面に回路パターンが描かれている検査対象基板
   の該表面に対して、直線偏光レーザービームを、その基
   板の一側方における斜め上方から走査照射する入射光学
   系を設けると共に、前記検査対象基板の表面からの反射
   散乱光を、特定の直線偏光成分のみをカットする検光子
   を介して、光検出器により検出する検出光学系を、前記
   入射光学系に関してその基板の横側方における斜め上方
   に設け、前記検出光学系による反射散乱光の検出結果に
   基いて前記検査対象基板の表面における異物の有無を判
   別するように構成されている異物有無検査装置において
   、 前記直線偏光レーザービームの前記検査対象基板の表面
   への入射光線とその表面から前記光検出器への反射光線
   とで構成される入射面に対する該直線偏光レーザービー
   ムの振動面の傾斜角度が、前記光検出器の位置する側か
   ら前記入射面の上側法線に向かう回転方向を正として、
   −５０°から−２０°の範囲内になるように設定してあ
   ることを特徴とする異物有無検査装置。 〔２〕表面に回路パターンが描かれている検査対象基板
   の該表面に対して、直線偏光レーザービームを、その基
   板の一側方における斜め上方から走査照射する入射光学
   系を設けると共に、前記検査対象基板の表面からの反射
   散乱光を、楕円偏光成分を直線偏光成分に変換する１／
   ４波長板と特定の直線偏光成分のみをカットする検光子
   とを介して、光検出器により検出する検出光学系を、前
   記入射光学系に関してその基板の横側方における斜め上
   方に設け、前記検出光学系による反射散乱光の検出結果
   に基いて前記検査対象基板の表面における異物の有無を
   判別するように構成されている異物有無検査装置におい
   て、 前記直線偏光レーザービームの前記検査対象基板の表面
   への入射光線とその表面から前記光検出器への反射光線
   とで構成される入射面に対する該直線偏光レーザービー
   ムの振動面の傾斜角度が、前記光検出器の位置する側か
   ら前記入射面の上側法線に向かう回転方向を正として、
   −４５°から−２５°の範囲内、または、−５°から＋
   ３５°の範囲内になるように設定してあることを特徴と
   する異物有無検査装置。 〔３〕前記入射面に対する前記直線偏光レーザービーム
   の振動面の傾斜角度が、前記光検出器の位置する側から
   前記入射面の上側法線に向かう回転方向を正として、＋
   ５°から＋３０°の範囲内になるように設定してあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第〔２〕項に記載の異物
   有無検査装置。