JPH02186248A - 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たレチクルやフ
ォトマスク等の基板上およびこの基板に装着したペリク
ル保護膜のような光学薄膜等の保護膜面上に、不透過性
のごみ等の異物が付着した場合に、これを精度良く検出
する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）・
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ェハ面上に転写して製造
している。

この際、基板面上にごみ等の異物が存在すると転写する
際、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ってくる。

そのためＩＣ製造工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図は異物が等友釣に
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１０からの光束をミラーの出し入れによって上下
に分け、２つのミラー１４．１５により各々基板１８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１８上を走査している。そして基板１
８からの直接の反射光および透過光の光路から離れた位
置に基板１８の表面と裏面に焦点を合わせた２つの受光
部１６．１７を設け、これら２つの受光部１６゜１７か
らの出力信号を用いて基板１８上の異物の存在を検出し
ている。

すなわち異物に光束が入射すると入射光束は等友釣に散
乱される。このため、一方の面に異物が存在していると
、その面に焦点を合わせた受光部からの出力は大きくな
る。従って、このときの２つの受光部からの出力値を比
較することにより異物の存在を検出している。

また従来、この種の表面状態検査装置では、異物の反射
散乱光強度の高いＳ偏光を用いている。

しかも、基板表面がバターニングされている場合、その
パターン回折光を回避し、異物散乱光だけを受光しやく
するために、レチクル法線に対し６０°以上の斜め入射
ビームで走査するのが殆どである。

しかしながら、この方法は基板の表面と裏面の各々の方
向から光束を切り換えて走査する必要があり、また基板
にペリクル保護膜を装着したときはべりタル面にも異物
が付着する場合があり、この場合どの面に異物が付着し
ているのか検出しなければならず、走査用の光束を各々
の被検出面に焦点合わせをして繰り返して測定する必要
がある。

これに対し、第３図はべりタル膜を装着したレチクル膜
の異物検査を、上下のペリクル面、ガラス面、パターン
面の計４面同時に行なう方式を示している（特開昭６２
−１８８９４９号公報参照）。この場合、レーザビーム
１０１がレチクルに対し斜め上方から入射し、各検査面
１０２ａ。

１０２ｂ　　１０３．＋０４とビーム１０１の交線−ト
を覗く異物散乱光の受光光学系が検査面の数だけ設けら
れている。ちなみに同図において、１０５ａ〜１０５ｄ
は各検査面上からのビーム走査線の散乱光束を取り込む
受光素子、例えばセルフォックレンズアレー（セルフォ
ックは日本板硝子（株）の商品名）やバーレンズ、シリ
ンドリカルレンズといった一次元結像素子などであり、
１０６ａ〜１０６ｄは検査面上の異物散乱光束以外を遮
ぎるための視野絞り、１０７ａ〜１０７ｄは視野絞りを
通過した光束をフォトマル１０８８〜１０８ｄに導くた
めの光ファイバ等の光伝達手段である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような検査装置においては、ペリク
ル膜自身の厚みのばらつきのため、例えば基準値を０．
８６５μｍとしたとき厚みが±０．０１μｍ変化しただ
けでも、ペリクル膜を透過して基板上に到達するレーザ
ビームの強度が変動する。

ちなみに、ビームのペリクル膜表面に対する入射角を横
軸にとり縦軸にペリクル膜を１回透過するときの透過率
をとってグラフに示せば、第４図のようになる。したが
って、第３図において、例えばビームｌｏｔかペリクル
膜の法線に対し７５゜の入射角でＳ偏光入射した場合を
考えると、このときの透過率は最大で７０％、最小で４
５％である。最終的に充電変換される光束は、基板面に
関して考えると、入射と受光で合計２回ペリクル膜を透
過しなければならないので、受光角も同じく７５°だと
すると、この２乗で受光光量が変動する。すなわち、最
大で４９％、最小で２０％となる。したがって、基板上
に全く同じ異物があったとしても、ペリクル膜厚が０．
０２μｍばらついただけで、受光光量は２．５　（＝４
９／２０）倍変動することになる。

このような大きな変動の起こる原因は、ペリクル膜なる
ものが通常、ニトロセルロースなどの誘電体物質ででき
ているために、これに入射した光束はその内部で多重反
射を繰り返すうちに微小な膜厚差でも最終的にはビーム
の波長（Ｈｅ−Ｎｅの場合０．６３２８μｍ）に対して
、干渉条件をずらし得る光路長変化となることにある。

そして、この傾向は、ビームがペリクル膜面の法線に対
して大きな角度で入射する程大きくなる。

また、このような受光量の変動だけでなく、受光光量自
体もペリクル膜が無いときに比べ平均して約３５％に低
減してしまうという欠点もある。

同じ様な問題はべりタル膜に限らず、平行平面ガラスを
用いたときにも起きる。つまり、平行平面ガラスの厚み
が例えば２ｍｍ以下と薄く、レーザ光の可干Ｖ歩距離内
にある時は、前述ペリクル膜と同じ理由で透過光量の減
衰がおきる。また、その厚みが厚い時でも、ビームのガ
ラスに入射する際と、射出する際に、フレネル反射が大
きくなってしまい、同様な透過光量の低減が生じる。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
表面状態検査装置において、ペリクル膜等の有無にかか
わらず、またペリクル膜等の膜厚にばらつきがあっても
、異物の検出感度が高く安定した検査が行なえるように
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、基板上にレーザビ
ームを入射させその散乱光を検出して該基板の表面状態
を検査する表面状態検査装置において、該レーザビーム
をＰ偏光とし、かつ基板面に対し７５°以下の入射角で
入射するようにしている。また、検出される前記散乱光
が基板面の法線となす角は７５°以下となるようにして
いる。

基板面の上には通常、防塵用ペリクル膜のような光透過
性の光学薄膜あるいは光学平板が基板にほぼ平行に装着
される。

［作用］ この構成において、レチクル等の基板に光学薄膜として
例えば防塵用ペリクル膜が装着されているとすれば、例
えばレチクルの基板の場合、ガラス面あるいはパターン
面の表面状態はべりタル膜を通して走査し検査されるが
、その際、照明光として用いられるレーザビームはＰ（
扁光であるため、ペリクル膜の膜厚変化に対する透過率
変化および低下は従来用いていたＳ偏光の場合よりも少
なく、入射角が７５°以下であれば想定されるＩＩ！厚
変化に対し実用上十分な透過率の変動および低下の範囲
内で検査が行なわれる。したがって、ペリクル膜等の有
無やその膜厚のばらつきにかかわらず、異物の検出感度
が高く安定した検査が行なわれる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

′ｆＳｘ図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例に係
る表面状態検出装置によりレチクル面の検査をする様子
を示す側面図および概略下面図である。

同図において、１はレチクル、１ｕはレチクル１」二面
のガラス面、１１はレチクル１下面のパタニングを施し
たパターン面、２および３はそれぞれガラス面１ｕおよ
びパターン面１１を保護するペリクル膜、４はペリクル
ｌ］＠２上面の上ペリクル而、５はペリクル膜３下面の
下ペリクル面、６はこれら各面を走査するレーザビーム
、７８〜７ｄはレーザビーム６が操作するこれら各面上
の走査点Ｐ、〜Ｐ４に物点を有するとともに点Ｐ、′〜
Ｐａ’　に再結像するレンズまたはミラーによる受光素
子、８８〜８ｄはそれぞれ点Ｐ。

〜Ｐ、′上あるいはその近傍に配置され点Ｐ、〜Ｐ４以
外から発する不用な光束を遮断する視野絞り、９８〜９
ｄはそれぞれ視野絞り８８〜８ｄの後方に配置され受光
素子７ａ〜７ｄが集光する光束を伝達する光ファイバ等
の光量伝達素子、１０ａ〜１０ｄは光量伝達素子９８〜
９ｄによって伝達されてくる光束を光電変を奏する光電
変換素子である。

レーザビーム６は、図中矢印りで示すようなＰ偏光で、
その偏向面は紙面内（入射断面内）にあり、第２図を用
いて前述したようにポリゴンミラーや振動ミラーを用い
て第１図の紙面を横切る方向に走査される。また、レー
ザビーム６によってレチクル全面が走査されるように、
レチクル１は不図示のステージにより矢印Ｓの方向に移
動される。

上ペリクル面４に対するレーザビーム６の入射角θ１は
７５°以下となるように設定される。また、受光素子７
ｂおよび７０等の受光光学系の光軸Ｐ、Ｐ２’　および
Ｐｓ　Ｐｓ　’　は上または下ペリクル面４または５の
法線に対しそれぞれ７５°以下の角度θ２およびθ、を
なすように構成される。

受光素子７８〜７ｄとしては本実施例は特にセルフォッ
クレンズアレーを用いているが他にシリンドリカルレン
ズのような一次元結像素子が使用できる。

次に第１図（ｂ）を用いて本実施例の異物検出原理を説
明する。第１図（ｂ）は本実施例の表面状態検出装置の
下面概略図であり、本図においてはペリクル１１！　３
、受光素子７ｄ等の部材は簡略化のため省略されている
。受光素子７Ｃは図のような複数のセルフォックレンズ
７ｃａより成るセルフォックレンズアレイである（セル
フォックレンズ７ｃａの大きさは実際より大きく描かれ
ている）。℃はレチクル下面１℃上での走査レーザビー
ムの軌跡（走査線）である、走査レーザビームはレチク
ル上面１ｕに対して斜め上方から、かつその走査線がレ
チクルの縦あるいは横方向（ここではＸ方向）と１５゛
をなすように入射させる。

各セルフォックレンズの光軸７Ｃ℃はすべて互いに平行
で、且つすべての光軸の延長線はレチクル下面ｌｆｌ上
で走査線Ｉと直交する。よって各光軸のレチクル下面Ｉ
Ｊ２上への投影像はレチクルの縦あるいは横方向（ここ
ではＹ方向）と１５°をなす。またすべてのセルフォッ
クレンズ７ｃａの物体側焦点位置は走査線℃上に来るよ
うに設けられる。更に各セルフォックレンズ７ｃａの受
光ＮＡは±１５°未溝に制限されている。ここでパター
ンからの散乱光はパターンが縦あるいは横方向に対しＯ
”、３０°、４５°、６０°、９０°から成るとすると
、同じく縦あるいは横方向に対し０°、３０’　、４５
°、６０”　　　９０°方向に発生する。各セルフォッ
クレンズ７ｃａの光軸のレチクル下面ＩＩｌ上への投影
像はＹ方向と１５°をなし且つ受光ＮＡは±１５°１５
°ので、走査線に上に来たパターンからの散乱光は各セ
ルフォックレンズへの入射角が必ずＮＡより大きくなっ
てしまい、けられて通過できない。これに対し異物から
の散乱光は指向性がないので必ず一部各セルフオツクレ
ンズを通過する。したがって各セルフォックレンズを通
過した光をそれぞれ光量伝達素子９ｃで受光して検出す
るようにすれば異物のみからの散乱光を検出できる事に
なる。

この構成において、レーザビーム６が７５°以下の入射
角度θ１で上ペリクル面４に入射され各面が走査される
が、その際に、上下のペリクル膜面４，５またはガラス
面１ｕもしくはパターン面１１に付着した異物にレーザ
ビーム６が当たると、レーザビーム６は異物によって散
乱され、その散乱光束の一部が受光素子７８〜７ｄによ
って集光され、そして光量伝達素子９８〜９ｄを経て光
電変換素子１０ａ〜１０ｄいずれかへ伝達される。伝達
された異物の情報を含む光信号はその光電変換素子によ
って電気信号に変換され、所定の信号処理を経て異物の
存在が検出されることになる。

ここで、レーザビーム６が７５’の入射角でＰ偏向入射
されるとすれば、ペリクルｆｌＩ２を透過するに際し、
第４図が示すように、膜厚ばらつき００２μｍに対し、
最大透過率の９５〜８７％の範囲で透過率が変動するこ
とになる。また、受光素子７ｂの光軸Ｐ２Ｐ２’　につ
いての角度θ、が同しく７５°であるとすれば、受光素
子７ｂによる受光光量は透過率変動の２乗すなわち９０
〜７６％の範囲で変動する。

したがって従来例においてはガラス面上にまったく同じ
異物があってもペリクル膜の厚さのばらつきによって受
光光量は２４５倍まで変動したのに対し、本実施例の場
合は最悪でも１．１８（立９０／７６）倍すなわちわず
か１８％までの変動に抑えることかできる。また、この
ような変動だけでなく受光光量自体もペリクル膜がない
場合の８３％以上となり、従来例では６５％にまでも低
減したのに対し１７％以内の低減に抑えることができる
。

また、このような効果に基づき、以下のシステム的利点
が生じる。

■　ペリクル膜を装着したレチクルと装着しないレチク
ルとで受光素子に跳び込む異物の散乱光量がほぼ等しい
ので、同一の感度設定で両方のレチクルを検査すること
ができる。

■　ペリクル膜厚のばらつきに関係なく、常に安定した
検出感度を保つことができる。

第５図は本発明の他の実施例に係る表面状態検出装置に
よりレチクル面の検査をする様子を示す。第１図と同一
記号を付した部材は共通とする。

第１図の場合と異る点は、レーザビームをレチクルに対
し上からのビーム６ｕと、下からのビーム６ｆｌとに分
けて入射している点である。これを実現するためには、
例えば第２図において切換えミラー１３をハーフミラ−
に替えればいい。

本実施例の利点は次の通りである。

実際のレチクルにおいては、基板の下側の面に回路パタ
ーンＡが不透過性のクロムや酸化クロムでプリントされ
ている。したがって、例えば第１図で示したようにレチ
クルの上方だけからレーザビームを入射させた場合、上
ペリクル面４とガラス面１ｕ（レチクル上面）上の点Ｐ
ｌとＰ、にはビームが到達するので、これらの面の表面
状態の検査はできる。しかし、レチクル下面１ｆｔにク
ロムのパターンがある場合、ビームがこれによって遮ぎ
られでしまう。そのため、このクロム上に付着している
ごみや、ビームの延長線上にある下ペリクル面５上のご
み（Ｐ４点上）が照明されなくなり、これらの面上の表
面状態の検査ができなくなる。

これに対し、第５図に示すようにビームを上下から入射
させると、回路パターンの有無にかかわらず、常に、上
側のビーム６ｕが上ペリクル面４とガラス面１ｕを照明
し、下側のビーム６ＪＺが下ペリクル面５とパターン面
ＩＩｌとを照明するので、これら４面の表面状態を同時
に検査することがでざる。

この実施例においても、上下のビーム６ｕおよび６１の
ペリクル面４および５に対する入射角θ１およびθＩは
７５′″以下が望ましいし、ガラス面１ｕ、パターン面
ｉＩＬの各受光系の光軸Ｐ２　Ｐ２’　、Ｐｓ　Ｐ３’
　も上下のペリクル面４５に刻し、７５６以下であるの
が望ましい。

また、レーザビームの走査はポリゴンミラーや１辰動ミ
ラーを用いる代わりに、例えばシリンドリカルし・ンズ
といった一次元結像素子を用いて、各検査面上にシート
状のビームを形成するようにしてもよい。

前述実施例では異物からの後方散乱光あるいは上方散乱
光を受光する受光系になっているが、側方散乱光や前方
散乱光を受光するようにしても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、照明用のレーザビ
ームをＰ偏光で、かつ光学薄膜あるいは光学平板等の保
護膜に対し７５°以下の入射角で入射させて走査し、さ
らには検出される散乱光を保護膜の法線に対し７５°以
下の角度のものとしたため、光干渉性のある保護膜を通
しても基板面上の異物を高感度で安定して検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施例に係る
表面状態検出装置によりレチクル面の検査をする様子を
示す模式図、 第２図は、従来例に係る表面状態検出装置によりレチク
ル面の検査をする様子を示す模式図、第３図は、他の従
来例に係る表面状態検出装置によりレチクル面の検査を
する様子を示す模式第４図は、ペリクル膜の入射角およ
び膜厚に対する透過率の特性を示すグラフ、そして第５
図は、本発明の他の実施例に係る表面状態検出装置によ
りレチクル面の検査をする様子を示す模式図である。 １、レチクル、 １ｕ　ガラス面、 １λ：パターン面、 ２，３：ベリクル膜、 ４：上ペリクル面、 ５：下ペリクル面、 ６．８ｕ、８４２：レーザビーム、 ７８〜７ｃｍ受光素子、 ８８〜８ｄ：視野絞り、 ９８〜９ｄ：光ファイバ、 １０：レーザ、 １０ａ　〜１０ｄ：光電変換素子、 １１：走査用ミラー １２：レンズ、 １３．１４，１５：ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にレーザビームを入射させその散乱光を検
   出して該基板の表面状態を検査する表面状態検査装置に
   おいて、該レーザビームはＰ偏光でありかつ基板面の法
   線に対し７５°以下の入射角で入射されることを特徴と
   する表面状態検査装置。
2. （２）検出される前記散乱光が基板面の法線となす角は
   ７５°以下である請求項１記載の表面状態検査装置。
3. （３）前記レーザービームは前記基板に装着されたペリ
   クルを介して前記基板上に入射され、且つ前記ペリクル
   面の法線に対し７５°以下の入射角で入射されることを
   特徴とする請求項１記載の表面状態検査装置。