JPH0365862B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、パターン付きウエハ、ホトマスク
など、パターンが形成された面の異物検査に好適
な異物検査装置に関する。

［従来の技術］ 半導体デバイスの製造に用いられるウエハなど
は、異物の付着を極度に嫌うため、異物検査装置
を用いて表面の異物検査を行つている。

そのようなウエハの異物検査装置として、ウエ
ハを回転および移動させつつ、ウエハ面にＳ偏光
ビームを照射することにより、ウエハ面をＳ偏光
ビームにより螺旋走査し、ウエハ面からの反射光
をレンズ系により集光し、その反射光から偏光板
によりＰ偏光成分を抽出して光電変換素子へ入射
させ、この光電変換信号のレベルに基づきウエハ
面における異物を検出する方式のものが知られて
いる。

Ｓ偏光ビームの照射スポツト内にパターンが存
在しても、そのパターンの面は微視的に平滑であ
るため、反射光は殆どＳ偏光成分だけである。こ
れに対し、異物の表面には一般に微小な凹凸があ
るため、照射スポツト内に異物が存在すると、照
射されたＳ偏光ビームは散乱して偏光面が乱れ、
反射光には、Ｐ偏光成分がかなり含まれることに
なる。したがつて、Ｐ偏光成分の光電変換信号を
ある閾値とレベル比較し、その閾値を光電変換信
号が上回つたときに、異物と判定するようにすれ
ば、異物をパターンから弁別して検出できる。

［解決しようとする問題点］ しかし、このような従来の異物検査装置は、微
小異物を検出しようとすると、パターンを周期的
に誤検出する場合があつた。

［発明の目的］ この発明の目的は、そのようなパターンの誤検
出の防止を図つた異物検査装置を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 発明者の研究によれば、従来の異物検査装置に
おいてパターンが誤検出されるのは、Ｓ偏光ビー
ムの照射方向がパターンの法線方向に対しある一
定の角度になつた場合に多い。従来のような比検
査面を回転させる走査方式の場合、そのような条
件になるパターンがある角度置きに周期的に現れ
る。

そして、あるパターンがそのような角度条件に
なつた場合、そのパターンからの反射光中のＰ偏
光成分比のレベルが、比較的径の小さな異物から
の反射光に含まれるＰ偏光成分と同程度のレベル
となる。このため、Ｐ偏光成分の光電変換信号と
比較する閾値を、比較的小さな径の異物を検出す
るように選定した場合、パターンと異物とを弁別
できず、パターンの誤検出が起こる。

このような点に着目し、この発明による異物検
査装置は、Ｓ偏光ビームにより被検査面をXY走
査する手段と、前記被検査面からの前記Ｓ偏光ビ
ームの反射光のＰ偏光成分を光電変換素子に入射
させる手段と、前記光電変換素子の出力信号に基
づき前記被検査面上の異物の有無を判定する手段
とを備え、前記XY走査を行う手段は、少なくと
も前記XY走査の主走査のために前記Ｓ偏光ビー
ムを主走査方向に直線的に振り、前記反射光のＰ
偏光成分を前記光電変換素子へ入射させる手段
は、前記Ｓ偏光ビームに追従して透光部が移動す
る移動スリツトを含み、前記光電変換素子に入射
されるＰ偏光成分は前記透光部を通過せしめられ
るように構成される。

［作用］ ウエハのパターンは、オリフラを基準とした直
交軸方向のものが圧倒的に多い。当然、ホトマス
クやレチクルも同様である。

したがつて、そのような主要なパターンと照射
ビームとが前述のような好ましくない角度関係と
ならないように、XY走査の主、副走査方向を選
べば、従来のようなパターンの誤検出は殆ど起こ
らなくなり、異物をパターンから確実に弁別して
検出できる。

また、光電変換素子の出力信号には、異物に関
係した信号成分の他に、被検査面の状態によつて
決まるバツクグラウンドノイズも含まれる。その
信号のＳ／Ｎを上げ、微小異物の検出感度を上げ
るには、観測視野を十分絞る必要がある。しか
し、この発明におけるように、Ｓ偏光ビームを振
つて主走査する方式の場合、従来装置におけるよ
うに固定したスリツトでは、そのような視野絞り
を行いえない。

これに対し、この発明にあつては、透光部がＳ
偏光ビームに追従移動する移動スリツトを採用す
るから、観測視野を十分絞り、微小異物の検出感
度を上げることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照し、この発明の一実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図は、この発明が適用された異物検査装置
の構成を簡略化して示す斜視図であり、第２図は
その一部を拡大して示す概略断面図である。

第１図において、１０は少なくともＹ方向に移
動可能な移動テーブル機構であり、その駆動手段
や位置検出用のエンコーダなどは図中省略されて
いる。この移動テーブル機構１０には、ウエハ１
２などを例えば真空吸着などの方法により保持す
るチヤツク１４が取り付けられている。

この異物検査装置では、Ｓ偏光ビームとして、
Ｓ偏光レーザ光ビームが使用されている。それを
発生するために、Ｓ偏光レーザ発振器１６，１８
が設けられている。Ｓ偏光レーザ発振器１６は、
ある波長λ₁のＳ偏光レーザ光ビームを発生するも
ので、例えば波長が約8300オングストロームの半
導体レーザ発振器である。Ｓ偏光レーザ発振器１
８は、他の波長λ₂のＳ偏光レーザ光ビームを発生
するものであり、例えば波長が6328オングストロ
ームのHe−Neレーザ発振器である。このように
異波長のＳ偏光レーザ光ビームを発生するのは、
被検査面におけるＳ偏光レーザ光の照射密度を上
げるため、および、被検査面上のパターン列が回
析格子として作用した場合の影響を回避して異物
検出を可能にするためである。

波長λ₁のＳ偏光レーザ光ビームは、ビームエキ
スパンダ２０を通過した後、ハーフミラー２２に
より反射されて主走査用のガルバノミラー２４に
入射する。波長λ₂のＳ偏光レーザ光ビームは、ビ
ームエキスパンダ２６とハーフミラー２２を通過
してガルバノミラー２４に入射する。

各ビームはガルバノミラー２４により反射さ
れ、ｆ−θレンズ３０を通過して、ウエハ１２の
表面（被検査面）に約2゜の照射角φ（第２図参照）
で照射される。ここで、ガルバノミラー２４は、
図示しない駆動手段により矢線２８に示すように
高速で往復回転せしられるため、各波長のＳ偏光
レーザ光ビームはＸ方向（主走査方向）へある角
度振られてｆ−θレンズ３０に入射せしめられ
る。しかして、ウエハ面（被検査面）上のＳ偏光
レーザ光ビームのスポツトは、ガルバノミラー２
４の回動に従いＸ方向に直線的に高速移動する。
つまり、主走査がなされる。

この主走査と同期して、移動テーブル機構１０
によりチヤツク１４がＹ方向にピツチ送りにて移
動せしめられる。このＹ方向移動によつて、Ｓ偏
光レーザ光ビームによる副走査がなされる。かく
して、ウエハ面（被検査面）はXY走査される。

ウエハ面（被検査面）からのぼるＺ方向への反
射光を集光するために、楕円ミラー（かまぼこ状
レンズ）３４が設けられている。この楕円ミラー
３４の下面には、ウエハ面（被検出面）上のＳ偏
光レーザ光ビームによる主走査線に対応する位置
に臨ませて、透光窓としてのＸ方向に延在する細
長い開口３６が形成されている。この開口には、
Ｓ偏光カツトフイルタとしての偏光板３８が配設
されている。

また、第２図に示すように偏光板３８の下側に
は、固定遮光板６０が固定され、その下側に回転
遮光板６２が設けられている。これらは移動スリ
ツトを構成するものであり、その詳細を第３図に
示し説明する。固定遮光板６０は、例えば、透明
ガラスなどの長方形の透明板の一面に、主走査方
向の狭い透光領域６０Ａを残して、遮光薄膜を被
着してなるものである。回転遮光板６２は、例え
ば、透明ガラスなどの円形透明板の一面に、略楕
円状の透光領域６２Ａを残して、遮光薄膜を被着
してなるものである。回転遮光板６２は中心にお
いて回転軸６３に固着され、この回転軸６３は図
示しない回転駆動機構により、ガルバノミラー２
４の駆動と同期して回転駆動される。その結果、
透光領域６０Ａ，６２Ａの重なり部分、つまり移
動スリツトの透光部６４は、Ｓ偏光レーザ光ビー
ムの移動に追従して主走査方向に移動する。

しかして、ウエハ面（被検査面）からのほぼＺ
方向への反射光が移動スリツトの透光部６４を介
して偏光板３８に入射し、そのＰ偏光成分だけが
楕円ミラー３４に入射する。ここで、移動スリツ
トの透光部６４によりウエハ面上の観測視野が決
定されることは明らかである。Ｓ偏光レーザ光ビ
ームのスポツトは、観測視野よりかなり大きくて
よい。

再び第１図および第２図を参照して、楕円ミラ
ー３４の一側に、積分球４０が設けられている。
この積分球４０と楕円ミラー３４の結合面にＸ方
向に延在する細長い開口４２が形成されており、
この開口４２を介して両者は光学的に結合されて
いる。しかして、楕円ミラー３４に集光されたＰ
偏光レーザ光は、開口４２より積分球４０に入射
し、その内部で散乱せしめられる。

積分球４０の上部に、光電素子としてのホトマ
ルチプライヤ４４，４６が設けられている。第２
図に示すように、各ホトマルチプライヤ４４，４
６の受光端は積分球４０の内部に臨んでおり、そ
の受光端の前にはダイクロイツクフイルタ４８，
５０が取り付けられている。

積分球４０への入射光の内、波長λ₁のＰ偏光レ
ーザ光だけがダイクロイツクフイルタ４８を通過
してホトマルチプライヤ４４に入射し、波長λ₂の
Ｐ偏光レーザ光だけがダイクロイツクフイルタ４
６を通過してホトマルチプライヤ４６に入射す
る。

このように、楕円ミラー３４と積分球４０を用
いて反射光のＰ偏光成分をホトマルチプライヤ４
４，４６へ導くため、比較的広い範囲にわたつて
主走査することができる。レンズ系では焦点ボケ
などの問題があり、主走査の範囲を相当に狭く制
限せざるを得ず、実用的でないし、また高価にな
りやすい。

ここで、Ｓ偏光レーザ光ビームの照射スポツト
内にパターンが存在しても、そのパターンの面は
微視的に平滑であるため、反射光は殆どＳ偏光成
分だけである。これに対し、異物の表面には一般
に微小な凹凸があるため、照射スポツト内に異物
が存在すると、照射されたＳ偏光ビームは散乱し
て偏光面が乱れ、反射光には、Ｐ偏光成分がかな
り含まれることになる。そのＰ偏光成分のレベル
は、異物の大きさとほぼ比例する。ホトマルチプ
ライヤ４４，４６の出力信号のレベルは、それぞ
れの入射光量に比例する。したがつて、ホトマル
チプライヤ４４，４６の出力信号レベルに、走査
点における異物の有無と異物の大きさが反映され
る。

第４図は、この異物検査装置の信号処理部のブ
ロツク図である。この図において、前記ホトマル
チプライヤ４４，４６の出力信号は加算増幅器５
４により加算増幅されて比較回路５６に入力され
る。この比較回路５６は、その入力信号のレベル
を、データ処理システム（図示せず）より設定さ
れる閾値と比較し、その閾値以上のレベルの信号
が入力した時に論理“１”レベルの信号を出力す
る。この出力信号は、データ処理システムに入力
される。なお、移動テーブル機構１４の位置エン
コーダの出力信号をデータ処理システムに入力さ
れる。そして、移動テーブル機構１４、ガルバノ
ミラー２４およびＳ偏光レーザ発振器１６，１８
の駆動は、データ処理システムによつて制御され
る。

以上の構成の異物検査装置の異物検査動作を説
明する。まず、データ処理システムの制御下にお
いて、前記ウエハ面（被検査面）のXY走査が始
まる。通常、Ｓ偏光レーザ発振器１６，１８は両
方とも動作させられ、その条件に応じた閾値が比
較回路５６に設定される。

各時点の走査点からの反射レーザ光のＰ偏光成
分が、偏光板３８を介して楕円ミラー３４に入射
し、さらに積分球４０に入射する。そして、その
Ｐ偏光レーザ光の波長λ₁成分に比例した信号がホ
トマルチプライヤ４４より出力され、波長λ₂成分
に比例した信号がホトマルチプライヤ４６より出
力される。各信号の加算増幅信号は比較回路５６
に入力し、閾値と比較される。

走査点にある大きさ以上の異物があると、その
加算増幅信号のレベルが閾値以上となり、論理
“１”信号が比較回路５６より出力される。デー
タ処理システム側では、その“１”信号を受ける
と、その走査点に異物が検出されたと判断し、そ
の時の走査位置情報（移動テーブル機構のエンコ
ーダ出力と、ガルバノミラー２４の角度から分か
る）、内部メモリ上の異物テーブルに格納する。

ここで、ウエハ面の主要なパターンの方向と
Ｘ，Ｙ方向とがある角度でウエハ３０をセツトす
れば、Ｓ偏光レーザ光ビームの照射方向と前述の
ような角度関係になるパターンは極めてわずかで
あるため、従来のようなパターンの誤検出は殆ど
起こらない。また、移動スリツトにより観測視野
を十分絞り得るから、微小な異物を高感度にて検
出できる。

さて、通常は、以上のように両方のＳ偏光レー
ザ光ビームを照射し、照射密度を上げるが、ウエ
ハ面やホトマスクなどでは、微小パターンが微小
間隔で配列されるため、いずれか一方の波長でパ
ターン列が回折格子として作用し、正常な異物検
査ができなくなることがある。

この場合、回折現象の起こらない一方の波長だ
けを利用して比較回路５６の閾値をほぼ半分の値
に変更して異物検査を行うことができる。例え
ば、波長λ₁だけを利用する場合は、データ処理シ
ステム側でＳ偏光レーザ発振器１６だけを作動さ
せ、また、比較回路５６の閾値を、両波長の場合
の約半分の値に設定する。そして、同様の異物検
査を実行する。

なお、Ｓ偏光レーザ発振器を選択的に作動させ
る代わりに、ホトマルチプライヤ４４，４６と加
算増幅器５４の間にスイツチ回路を挿入し、利用
すべき波長に対応する一方のホトマルチプライヤ
だけを加算増幅器５６に接続することにより、一
方の波長だけを利用して異物検査を行うようにし
てもよい。

またはλ₁，λ₂のうちどちらか一方、例えばλ₂を
主として検査を行い、λ₁を回析のパターン部の判
定用として使う。

以上、この発明の一実施例について詳細に説明
したが、この発明は種々変形して実施し得るもの
である。

例えば、ホトマルチプライヤの出力信号をデジ
タル化してデータ処理システムへ入力し、ソフト
ウエア処理によつてレベル比較などを行つてもよ
い。

ホトマルチプライヤは、他の光電変換素子によ
り置き換えることもできる。

前記移動スリツトの回転遮光板の透光領域を、
有端の螺旋状に形成することもできる。偏光板の
一面に、固定遮光板と同様の透光領域を残して遮
光薄膜を被着し、固定遮光板を省くこともでき
る。微小な透光部を形成した遮光フイルムを、偏
光板の下側または上側において走行させ、これに
より移動スリツトを構成してもよい。しかし、前
記実施例の移動スリツトは、高速走査に容易に追
従可能であるとともに、防塵も容易な構成であ
る。

また、移動スリツトを楕円ミラーの集光部に配
置した態様も可能である。

前記実施例においては、被検査面の移動により
副走査しているが、副走査もＳ偏光ビームの移動
によつて行うこともできる。その場合、移動スリ
ツトの透光部を副走査方向にも移動させる必要が
ある。

また、レーザ光以外の光ビームを利用する同様
な異物検査装置にも、この発明は適用可能であ
る。

さらに、この発明は、ウエハ以外の被検査物、
例えばマスク、レチクル、ペリクル膜などの表面
における異物を検査する装置にも適用できるもの
である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、異物
検査装置は、Ｓ偏光ビームにより被検査面をXY
走査する手段と、前記被検査面からの前記Ｓ偏光
ビームの反射光のＰ偏光成分を光電変換素子に入
射させる手段と、前記光電変換素子の出力信号に
基づき前記被検査面上の異物の有無を判定する手
段とを備え、前記XY走査を行う手段は、少なく
とも前記XY走査のために前記Ｓ偏光ビームを主
走査方向に直線的に振り、前記反射光のＰ偏光成
分を前記光電変換素子へ入射させる手段は、前記
Ｓ偏光ビームに追従して透光部が移動する移動ス
リツトを含み、前記光電変換素子に入射されるＰ
偏光成分は前記透光部を通過せしめられるように
構成されるから、パターンの誤検出は殆ど起こら
なくなり、異物をパターンから確実に弁別して検
出できるとともに、移動スリツトにより観測視野
を十分絞り、微小異物の検出感度を上げることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による異物検査装置の一部を
破断して示す概略斜視図、第２図は同異物検査装
置の一部を拡大して示す概略断面図、第３図は移
動スリツトを拡大して示す概略平面図、第４図は
信号処理部のブロツク図である。 １０……移動テーブル、１４……チヤツク、１
２……ウエハ、１６，１８……Ｓ偏光レーザ発振
器、２２……ハーフミラー、２４……ガルバノミ
ラー、３０……ｆ−θレンズ、３４……楕円ミラ
ー、３６……開口（透光窓）、３８……偏光板
（Ｓ偏光カツトフイルタ手段）、４０……積分球、
４４，４６……ホトマルチプライヤ、４８，５０
……ダイクロイツクフイルタ、５４……加算増幅
器、５６……比較回路、６０……移動スリツトの
固定遮光板、６２……移動スリツトの回転遮光
板、６４……移動スリツトの透光部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｓ偏光ビームにより被検査面をXY走査する
   手段と、前記被検査面からの前記Ｓ偏光ビームの
   反射光のＰ偏光成分を光電変換素子に入射させる
   手段と、前記光電変換素子の出力信号に基づき前
   記被検査面上の異物の有無を判定する手段とを備
   え、前記XY走査を行う手段は、少なくともXY
   走査の主走査のために前記Ｓ偏光ビームを主走査
   方向に直線的に振り、前記反射光のＰ偏光成分を
   前記光電変換素子へ入射させる手段は、前記Ｓ偏
   光ビームに追従して透光部が移動する移動スリツ
   トを含み、前記光電変換素子に入射されるＰ偏光
   成分は前記透光部を通過せしめられることを特徴
   とする異物検査装置。 ２ 前記XY走査を行う手段は前記被検査面を副
   走査方向に直線的に移動させることにより前記
   XY走査の副走査を行い、前記移動スリツトの透
   光部は前記Ｓ偏光ビームに追従して前記主走査方
   向に移動す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。 ３ 前記反射光のＰ偏光成分を前記光電変換素子
   へ入射させる手段は、前記被検査面に臨む透光窓
   を有する楕円ミラーと、前記楕円ミラーから受光
   する積分球と、Ｓ偏光カツトフイルタと、前記移
   動スリツトとからなり、前記Ｓ偏光カツトフイル
   タおよび前記移動スリツトは、前記透光窓に、ま
   たはそれに臨ませて設けられ、前記光電変換素子
   は前記積分球の内部と光学的に結合されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の異物
   検査装置。 ４ 前記反射光のＰ偏光成分を前記光電変換素子
   へ入射させる手段は、前記被検査面に臨む透光窓
   を有する楕円ミラーと、前記楕円ミラーから受光
   する積分球と、Ｓ偏光カツトフイルタと、前記移
   動スリツトとからなり、前記Ｓ偏光カツトフイル
   タは前記透光窓に、またはそれに臨ませて設けら
   れ、前記移動スリツトは前記楕円ミラーの集光部
   に設けられ、前記光電変換素子は前記積分球の内
   部と光学的に結合されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の異物検査装置。