JPH0247541A - 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
えば不透過性のゴミ等を検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ニ八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、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。

特にレチクルを使用し、ステップアンドリピート方法に
より繰り返してウニ八面上に回路パターンを焼付ける場
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７図は異物が等方的に
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１６，１７．１８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。

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が異物に光束が入射すると入
射光束は等方的に散乱される為、複数の受光部からの出
力値が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７図、第８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
ないが基板を走査中、走査線上のいくつかの点における
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が変動し異物の検出率が
低下してくる欠点があフた。

（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
異物であっても走査線上のすべての点で回路パターンと
高い精度で分離検出することので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） 本発明は表面に回路パターンを有する基板の表面状態を
測定する装置において、光源手段と、前記光源手段から
の光束を基板の被測定面上で走査させるための走査手段
と、前記走査手段で走査された被測定面上からの光を受
光する一つの受光手段とを設け、前記走査手段で走査さ
れた被測定面上の異物からの散乱光を前記−つの受光手
段に導く受光光学系、前記受光光学系の光軸の被測定面
上への投影像の方向は前記走査手段で走査された被測定
面上の異物からの散乱光のみ出射する方向の被測定面上
への投影像の方向に平行であり、前記受光光学系は前記
走査手段で走査された被測定面上の各被走査点における
前記異物からの散乱光のみ出射する方向の散乱光を選択
して、前記−つの受光手段に導光する様配置する事によ
って前述問題点を解決している。

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。第
２図は第１図の投光系の光学原理図である。

同図に於いて、１は光源であるレーザ１．２は光偏光器
であるポリゴンミラー（ポリゴン）、１０１は絞り、１
０２はビームエキスパンダー６１はｆ−θレンズ、５は
レチクル等の被測定物である基板、６２はｆ−θレンズ
６１を介して得られる散乱光を反射し、その光路を変え
るハーフミラ−である。９は散乱光を受光する受光素子
で、ハーフミラ−６２で反射され−Ｈ位置ｐａに集光し
た散乱光をレンズ８を介して受光する。

１０３は絞りである。

同図において光源であるレーザ１から発した平行ビーム
は第１の絞り（ピンホール）１０１でその径を制限され
た後ビームエキスパンダー１０２に入る。エキスパンダ
ー１０２の内部は、例えば第２図に示す様な凸レンズ１
１０と１１１とから構成され、入射ビームの径を拡大し
てポリゴンミラー２に向けて射出する。

このエキスパンダーの働きは、ピンホール１０１とポリ
ゴンの反射点とを光学的共役関係に継ぐ事である（点線
）。こうする事により、ポリゴンの反射点が実買的にビ
ーム投光系の絞りとして作用する。その結果、ポリゴン
２の各回転位置においてその反射面上でのビームの中心
を通る光線が投光光束の主光線となり、ｆ−〇レンズ６
１を介して基板５上ビーム走査線Ｂ、−Ｂ、の各位置に
入射する。この時ｆ−θレンズ６１の光軸は基板面に対
し角度α、かつ基板・の縦方向（Ａ−Ａ′方向）に対し
角度β傾いている。

この様に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Ｓ
１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５０入射面の法線に対して入射側に受光光学
系の集光部（ここではｆ−θレンズ６１）の光軸を設け
、基板５上の異物からの散乱光束を集光し、ハーフミラ
−６２を介して点ｐａに集光し、その後レンズ８により
受光素子９の受光面に導光している。ＰＧ′はｆ−θレ
ンズ６１の後側焦点位置にあたる。

ｆ−θレンズ６１とハーフミラ−６２そしてレンズ８は
基板５からの異物散乱光を受光する光学系の一部を構成
している。これを説明する。本実施例ではレンズ６１が
投光用と受光用に兼用されている。そして、レンズ６１
の後側焦点ＰＧ′の位置あるいはその近傍に受光光束を
制限する開口絞り１０３を設ける。すると、基板上ビー
ム走査線の各位置において異物により散乱され、最終的
に受光素子９に到達する受光光束の主光線はこの絞り１
０３中心を通る光線である。絞り１０３を通過した異物
散乱光は集光レンズ８の作用により受光素子９上に集め
られる。

第３図は本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ＴＩ　
、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Ｐ０
を通る方向より光束を入射させる。

そうすると図中点Ａ１点μ１点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ビで示す
ように球体Ｓ上の点Ｐ０′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０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Ｐ′　とすると、点Ｐ′を中心にして各々のパ
ターンＴ　ｒ　、　Ｔ　２　と直交する方向に各次数の
回折像が形成する。前述の如く、回路パターンが孤立線
の場合はその回折像Ｑは第４図（Ａ）に示す如く、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繰り返しパターンの場合はそ
の回折像Ｑは第４図（Ｂ）に示す如く離散的に現われる
。又、第４図（Ｃ）は矢印５１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ＴＩ、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Ｐ０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Ｐ。′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光束の主光線が直接の反射光の
光路からなるべく遠い位置、即ち入射面の法線μに対し
て光束入射側で、かつ基板５上の主パターンより生じる
回折光の出射方向とずらした、例えば点Ｐ０近傍位置に
くるようにすることにより、回路パターンからの回折光
の影響をなるべく少なくして基板５上の異物からの後方
散乱光のみを主に受光するようにしている。

即ち受光光束の主光線が第３図に示すように基板５に対
して角度αとなり、かつ受光光束の主光線の基板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
方向である、ここでは基板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
。

以上のように基板に対する受光光束の主光線の位置を特
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受
光光束の主光線が点Ｐ０上にくるように配置したとする
と点Ｐ。　とＰ。の中心Ｏに対して張る角δが大きい程
例えば９０゜くδく１８０°の範囲に設定するのが好ま
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、受光光束の主光線の基板５面
上への投影像と基板５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。

これを主たる回折パターンの方向に関連づけて換言する
と、基板５上の回路パターンにより互いに略直交する方
向（基板５へ投影してみると）に生ずる主たる２つ回折
パターンの方向のいずれか一方と、受光光束の主光線の
基板５への投影像との成す角が１５度±５度の範囲内に
設定するということである。

第５図、第６図は、第１図の光学配置をとった時に、基
板５上各スキャン位ｆｉ（Ｌ、Ｏ，Ｒ）において入射ビ
ームの主光線（図中、実線）と受光散乱光束の主光線（
図中、点線）の基板５上への線の投影像が投光系光軸の
基板５上への投影像００′に平行で基板５の縦横方向に
対し、βの角度をもっている。この為各走査点は常に同
じ方向から照明される事になり、全走査域で照明状態が
等しいこの条件をつくるには、第２図でポリゴンミラー
の反射点をｆ−θレンズ６１の前側焦点位置におく（投
光系がテレセントリック）。又、この時、受光光束の各
主光線の基板５上投影像は角レンズの後側焦点位置Ｐ。

′の近傍に開口絞り１０３を設ける事で達成される。い
いかえると、開口絞り１０３は走査線上の各点からの受
光光束の各主光線の投影像が角度１５゜±５゜の範囲に
ある様なＰ。′近傍の範囲に設ける。これにより各走査
点から常に実質的に同じ方向（ここでは回路パターンか
らの回折光の影響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主に受光する方向、即ち角度β方向
）に散乱する光のみを受光する事になり、全走査域で受
光状態が等しくできる。第３図を用いて詳しく説明する
と、レチクル上、ビーム走査線の各点がいま点Ｏに相当
する。第１図の構成を第３図にあてはめると、第１図で
は入射レンズ６１側への戻り散乱光を受光しているので
、実質的に第３図の球体上Ｐ０の方向に常に受光開口を
設けている事になる。先に第３図について説明したよう
に、基板上の主たる回路パターンの回折光は黒丸の方向
に跳ぶので、ｐ。

の近傍では受光されない。球体の赤道面が基板５面上に
相当し、この赤道面上に受光光束の主光線（ｏｐｏ）の
投影像が角度β方向に概ね一致していれば、本発明の主
旨に則り、パターン回折光を除外して、異物散乱光だけ
を選択的に受光する事ができる。この時のβの値は回路
パターンからの散乱光を避ける為１５°±５°とする。

そして、ビーム走査線上の各点において、このような入
射ビームの主光線と受光光束の主光線とのレチクル面上
投影像のずれ角（第５図中β−β、あるいはβ−βＲ）
は±１０＠以内である事が望ましい。

第６図は第５図とは対照的に、特に受光光束の各主光線
の投影像が、受光系光軸のレチクル上への投影像００′
に平行である構成をとる。こうするには、第１図で受光
レンズ６１の後側焦点位置場合においても入射ビームの
主光線投影像は走査望ましい。一般には、完全に投光系
や受光系がテレセントリック系であるのが望ましいが、
本発明の効果（レチクル上全域にわたって等しくパター
ン出力を低減する条件を作り出す事）を得るには、レチ
クル上ビーム走査線上の各点において、受光光束の各々
の主光線のレチクル上投影像が角度・β方向（基板５の
縦あるいは横方向に対し１５°±５°方向）に概一致し
ていれば良い。好ましくは、入射ビームと受光光束の両
投影像の成す角が±１０°以内が良い。

本実施例において、レンズ６１は投光用、受光用の２つ
のレンズに別けても良い。

（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
を走査線上の全点で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こと
ができる為、回路パターンに対する異物の分離検出率の
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２図は
第１図の実施例の投光系の光学原理図、第３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、打４図（Ａ）。 （Ｂ）、（Ｃ）は回路パターンと回折像との関係を示す
説明図、第５図は第１図の実施例における入射ビームと
受光光束の関係の概略図、第６図は本発明の他の一実施
例の入射ビームと受光光束の関係の概略図、第７図、第
８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 (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に回路パターンを有する基板の表面状態を測
   定する装置において、 光源手段と、 前記光源手段からの光束を基板の被測定面上で走査させ
   るための走査手段と、 前記走査手段で走査された被測定面上からの光を受光す
   る一つの受光手段とを有し、 前記走査手段で走査された被測定面上の異物からの散乱
   光を前記一つの受光手段に導く受光光学系、前記受光光
   学系の光軸の被測定面上への投影像の方向は前記走査手
   段で走査された被測定面上の異物からの散乱光のみ出射
   する方向の被測定面上への投影像の方向に平行であり、
   前記受光光学系は前記走査手段で走査された被測定面上
   の各被走査点における前記異物からの散乱光のみ出射す
   る方向の散乱光を選択して前記一つの受光手段に導光す
   る様配置されている事を特徴とする表面状態測定装置。
2. （２）前記受光光学系は、前記被測定面上の前記走査手
   段によって光走査された各点から出射する散乱光のうち
   、主光線の前記被測定面上への投影像が前記被測定面の
   縦横方向に対し１５゜±５゜の角度を成す光束のみを前
   記受光手段に導くように配置される事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の表面状態測定装置。
3. （３）前記受光光学系は前記被測定面上から散乱光を受
   ける対物光学系を有し、前記対物光学系は光軸の前記被
   測定面上への投影像が被測定面の縦横方向に対し１５゜
   ±５゜の角度を成し、かつ後側焦点位置に開口絞りを有
   する事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）前記受光光学系は、前記被測定面上の前記走査手
   段によって光走査された各点から出射された散乱光のう
   ち、主光線の前記被測定面上への投影像が前記走査手段
   によって前記各点に走査される走査光束の主光線の投影
   像に対し±１０゜の角度を成す光束のみを前記受光手段
   に導くように配置される事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。