JPH0523620B2

JPH0523620B2 -

Info

Publication number: JPH0523620B2
Application number: JP60211644A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yanai; Ryoji Nemoto
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1993-04-05
Also published as: JPS6270738A

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
な異物検出方法に関する。

［従来の技術］半導体デバイスの製造に用いられるウエハ、ホ
トマスクなどは、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。

そのような異物検査装置として、ウエハ面（一
般的には被検査面）にＳ偏光ビームを照射し、ウ
エハ面からの反射光のＰ偏光成分を電気信号に変
換し、この電気信号に基づきウエハ面における異
物を検出する方法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により
パターン付きウエハなどの異物検査を行うと、一
部のパターンが異物として誤検出される場合があ
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
出を防止し、確実な異物検出が可能な異物検出方
法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45゜前
後の角度になつた場合に多い。

これに着目すれば、従来の異物検査装置におい
て、そのような角度関係にならないように、Ｓ偏
光ビームの照射方向を調整することにより、誤検
出を防止することが考えられる。しかし、ウエハ
やマスクには、Ｘ，Ｙ方向のパターン（これが大
部分であるが）とは別に、斜め方向のパターンや
微小の孤立パターンが存在することが多く、ま
た、ウエハの異物検査装置の場合、検査時間や装
置構成などの関係から、ウエハを回転させながら
検査することが多い。そのため、Ｓ偏光ビームの
照射方向を調節しても、パターンの誤検出を十分
に防止できない。

そこで発明者は、パターンの誤検出に関連して
さらに詳細な研究を行つたところ、次のことが判
明した。なお、以下の結果は、Ｓ偏光ビームを照
射した場合の異物検査装置の反射光の受光光学系
がウエハ平面に対して垂直方向に配置されていて
ウエハが回転走査されるものとする。

パターンにＳ偏光ビームを照射した場合の入
射光とパターンとの関係をウエハ平面に投影し
てみたときのパターンの法線方向（以下、パタ
ーンの法線方向と言う。）がＳ偏光ビームの照
射方向に対し45゜前後の角度になると、そのパ
ターンからの反射光中のＳ，Ｐ偏光成分のレベ
ル比（Ｓ／ＰまたはＰ／Ｓ））がほぼ１になり、
しかも、そのときのＰ偏光成分のレベルが、
1μｍ径前後の大きさの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、1μｍ径程度以上の異物を検出するよ
うに選定した場合、パターンと異物との弁別が
不可能になる。

それ以外の角度では、パターンからの反射光
のＳ偏光成分とＰ偏光成分のレベル比は１から
大きく外れる。

異物については、上記のような方向性は殆ど
認められず、Ｓ／Ｐは常にほぼ１である。

パターンでも異物でもない部分からの反射光
は、Ｐ偏光成分を殆ど含まないため、Ｓ偏光成
分とＰ偏光成分のレベル比は１から大きく外れ
る。

このような点着目し、この発明にあつては、被
検査面の同一の点に対し２以上の異なつた方向か
らＳ偏光ビームを照射し、その各Ｓ偏光ビームに
対する前記点からの反射光のＳ偏光成分とＰ偏光
成分とを分離抽出し、それぞれのＳ偏光成分とＰ
偏光成分とのレベル比が同時にほぼ１であること
を検出することにより前記点における異物の有無
を判定する。

［作用］異物検査装置では、対物レンズ系は、特殊な場
合を除いてウエハに対して垂直方向にある。ま
た、ウエハ上のパターンは、XY方向に走る直線
状のパターンである。そこで、ウエハが回転走査
された場合には、ウエハ面上でのパターンの法線
方向は、ウエハの回転に応じて回転する。その結
果、Ｓ偏光ビームがパターンの法線と45度前後に
なる状態が発生する。

前記の構成のように、照射するビームのなす角
度を90゜の整数倍以外の角度に配置して複数固設
けておけば、一方がパターンの法線と45度前後と
なつたときには他方はパターンの法線と45度前後
ならない。

例えば、パターンとＳ偏光ビームとの関係につ
いて、後述する実施例のようにＳ偏光ビームの相
互のなす角αを約45度の角度に設定したとする。
ウエハが回転して一方のビームのパターンの方向
との角度βが45度前後となつたときに、他方のビ
ームの角度は、β＋αあるいは180゜−α−βであ
り、βが約45゜であるので、90度前後になる。こ
れは、パターンの法線方向にほぼ一致し、法線方
向に対して45゜ではないので、Ｓ偏光ビームとＰ
偏光ビームとの検出レベル比が１にはならない。

このように、それぞれのＳ偏光ビームについて
Ｐ／Ｓのレベル比を検出した場合に、パターンに
おいて、いずれか一方の比が１になつても、両者
のレベル比が同時に１になることはない。

このように、各Ｓ偏光ビームの照射方向の相対
角度を適切に選べば、あるＳ偏光ビームの照射方
向とパターンの法線方向との角度が45゜前後にな
つたとしても、他のＳ偏光ビームの照射方向と、
そのパターンの法線方向との角度は45゜前後にな
らない。したがつて、すべての方向からの照射Ｓ
偏光ビームに対する反射光のＳ，Ｐ偏光成分のレ
ベル比が同時にほぼ１になるのは、照射点に異物
が存在する場合だけに限られる。しかし、Ｓ，Ｐ
偏光成分のレベル比が同時にほぼ１であることに
基づき異物判定を行えば、被検査面上のあらゆる
方向のパターンと異物とを確実に弁別でき、パタ
ーンの誤検出を防止できる。

また、反射光中のＰ偏光成分は、異物の大きさ
と比例する関係にある。しかして、反射光のＳ，
Ｐ偏光成分のレベル比が同時にほぼ１であること
だけでなく、Ｐ偏光成分のレベルをも参照して異
物判定を行えば、パターンの誤検出を防止できる
とともに、ある大きさ以上の異物だけを検出した
り、異物のサイズを判別したりできる。

［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ウエハ用異物
検査装置の光学系部分などの構成を簡略化して示
す斜視図である。この図において、１０はＸ方向
に摺動可能にベース１２に支持されたＸステージ
である。このＸステージ１０には、ステツピング
モータ１４の回転軸に直結されたスクリユー１６
が螺合しており、ステツピングモータ１４を作動
させることにより、Ｘステージ１０をＸ方向に進
退させることができる。１８はＸステージ１０の
Ｘ方向位置ｘに対応したコード信号を発生するリ
ニアエンコーダである。

Ｘステージ１０には、Ｚステージ２０がＺ方向
に移動可能に取り付けられている。その駆動手段
は図中省略されている。また、Ｚステージ２０に
は、被検査物としてのウエハ３０が載置される回
転ステージ２２が回転可能に支持されている。

この回転ステージ２２は、直流モータ２４と連
結されており、これを作動させることにより回転
させられるようになつている。この直流モータ２
４には、回転ステージ２２の回転方向位置θに対
応したコード信号を出力するロータリエンコーダ
が内蔵されている。

なお、ウエハ３０は、回転ステージ２２に負圧
吸着により位置決め固定されるが、そのための手
段は図中省かれている。

このウエハ用異物検査装置では、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
３２Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂが設けられてい
る。Ｓ偏光レーザ発振器３２Ａ，３２Ｂ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、本実施例では波長が約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３４Ａ，３４Ｂ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、ここでは波長が
6328オングストロームのHe−Neレーザ発振器で
ある。

波長λ₁のＳ偏光レーザ光ビームは、Ｙ方向より
ウエハ３０の上面に約2゜の照射角度φで照射され
る。このように照射角度が小さいため、円形断面
のＳ偏光レーザ光のビームを照射した場合、ウエ
ハ面におけるスポツトが長く延びてしまい、十分
な照射密度を得られない。そこでＳ偏光レーザ発
振器３２Ａ，３２Ｂの前方にシリンドリカルレン
ズ３６，３８を配置し、そのＳ偏光レーザ光ビー
ムをＺ方向につぶれた扁平な断面形状のビームに
絞つてから、ウエハ面に照射するようにしてい
る。

波長λ₂のＳ偏光レーザ光ビームは、Ｙ方向に対
して角度ηの方向より、ウエハ面に対し約2゜の照
射角度φで照射される。角度ηは本実施例では約
45゜に選ばれている。一般的には、ηは90゜の整数
倍以外の角度に選ばれる。このＳ偏光レーザ光ビ
ームも、シリンドリカルレンズ４０，４２により
Ｚ方向に絞られてから、ウエハ面に照射される。

各Ｓ偏光レーザ光ビームに対するウエハ面から
のＺ方向への反射レーザ光は対物レンズ４４とス
リツト４６を経由し、波長分離用のダイクロイツ
クミラー４８に達する。波長がλ₁の反射レーザ光
は、ダイクロイツクミラー４８により偏光ミラー
５０側へ反射される。波長がλ₂の反射レーザ光
は、ダイクロイツクミラー４８を透過して偏光ミ
ラー５４に入射する。

偏光ミラー５０は、入射レーザ光のＰ偏光成分
を透過してホトマルチプライヤ５２Ｐへ入射せし
め、そのＳ偏光成分を反射してホトマルチプライ
ヤ５２Ｓへ入射させる。同様に、偏光ミラー５４
は、入射レーザ光のＰ偏光成分をホトマルチプラ
イヤ５６Ｐに入射させ、Ｓ偏光成分をホトマルチ
プライヤ５６Ｓに入射させる。各ホトマルチプラ
イヤは、その入射レーザ光の強さに応じた電気信
号（検出信号）を出力する。

ここで、異物検査は、前述のようにウエハを回
転させつつＸ方向（半径方向）に送りながら行わ
れる。そのようなウエハ３０の回転移動に従い、
Ｓ偏光レーザ光のスポツトはウエハ３０の上面を
外側より中心へ向かつて螺旋状に移動する。スリ
ツト４６の視野は、常にそのスポツト内に含ま
れ、スポツトに追従して移動する。すなわち、ウ
エハ面は螺旋走査されながら検査される。

第２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５２Ｓ，５２Ｐの検出信号は増幅器１
００Ｓ，１００Ｐにより増幅されてレベル比回路
１０２に入力される。このレベル比回路１０２
は、２つの入力信号のレベル比に比例した信号を
出力する。この出力信号は次段の比較回路１０４
に入力される。比較回路１０４は、その入力信号
のレベルを２つの閾値と比較し、ホトマルチプラ
イヤ５２Ｓ，５２Ｐの検出信号のレベル比がほぼ
１であるか否かを判定し、レベル比がほぼ１の時
に理論“１”レベルの信号を出力する。

同様に、ホトマルチプライヤ５６Ｐ，５８Ｓの
検出信号は増幅器１０６Ｐ，１０６Ｓによつて増
幅されてレベル比回路１０８に入力され、このレ
ベル比回路１０８の出力信号は比較回路１１０に
入力される。この比較回路１１０より、ホトマル
チプライヤ５６Ｐ，５６Ｓの検出信号のレベル比
がほぼ１の時に論理“１”レベルの信号が出力さ
れる。

比較回路１０４，１１０の出力信号はアンドゲ
ート１１２に入力される。このアンドゲート１１
２の出力信号は、異物検出結果を示すものであ
り、これは図示しないデータ処理システムに入力
される。なお、前記リニアエンコーダ１８および
ロータリエンコーダの出力信号も、そのデータ処
理システムに入力される。

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、前記螺旋走査を行うようにモータ１４，２
４が駆動され、検査が始まる。

各時点の走査点からの反射レーザ光が、波長分
離され、またＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離さ
れてホトマルチプライヤ５２Ｓ，５２Ｐ，５６
Ｓ，５６Ｐに入射する。

走査点に異物が存在している場合、反射レーザ
光中のＳ，Ｐ偏光成分はほぼ同一レベルとなるた
め、比較回路１０４，１１０から同時に論理
“１”レベル信号が出力され、アンドゲート１１
２の出力信号は“１”レベルとなる。データ処理
システム側では、アンドゲート１１２から“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（ｘ，θ）を内
部メモリのウエハの異物テーブルに格納する。

走査点に異物は存在しないが、そこに存在する
パターンの法線に対して、ある波長のＳ偏光レー
ザ光ビームの照射方向とがほぼ45゜の角度になつ
た場合を想定する。この場合、その波長の反射レ
ーザ光に関連する比較回路（１０４または１１
０）からは“１”レベル信号が出る。しかし、他
方の波長のＳ偏光レーザ光ビームの照射方向と、
同パターンの法線方向との角度は90゜前後となり、
45゜から大きくずれているため、その波長の反射
レーザ光に関連した比較回路（１１０または１０
４）の出力信号は“０”レベルとなる。その結
果、アンドゲート１１２の出力信号は“０”とな
り、その走査点に異物が存在しないデータ処理シ
ステム側で判断する。

走査点に異物もパターンも存在しない場合、反
射レーザ光のＳ，Ｐ偏光成分のレベル比は１から
大きく異なるため、比較回路１０４，１１０の出
力は“０”レベルとなる。当然、アンドゲート１
１２の出力信号も“０”レベルとなる。

第３図に、異物検査装置の信号処理部の変形例
を示す。この図において、Ｐ偏光成分用のホトマ
ルチプライヤ５２Ｐ，５６Ｐの検出信号は、加算
増幅器１１４により加算および増幅され、比較回
路１１６に入力される。比較回路１１６は、入力
信号レベルを特定の閾値と比較し、入力信号レベ
ルがその閾値を越えた時に“１”レベル信号を出
力する。この出力信号は、比較回路１０４，１１
０の出力信号とともにアンドゲート１１８に入力
される。

異物による反射レーザ光のＰ偏光成分のレベル
は、その異物のサイズに比例する。そこで、比較
回路１１６の閾値を、検出すべき最小異物のサイ
ズに対応させて設定すれば、最小サイズ以上の異
物が走査点に存在するときのみ比較回路１１６の
出力信号が“１”レベルとなる。他方、比較回路
１０４，１１０の出力信号が“１”レベルになる
のは、走査点に異物がある場合に限られる。した
がつて、この変形例によれば、設定された最小サ
イズ以上の異物だけを検出できる。

なお、同様な回路構成で、異物のサイズ毎に異
物検出を行うこともできる。その場合、例えば、
比較回路１０４，１１０の出力信号だけをアンド
ゲート１１８に入力させ、また、比較回路１１６
において、複数の閾値により入力信号の比較を行
わせ、閾値別の比較結果信号を出力させる。この
ようにすれば、出処理システム側で、アンドゲー
ト１１８の出力信号、および比較回路１１６の出
力信号から、異物の有無と、その異物のサイズと
を認識できる。

第４図ないし第６図により、この発明の他の実
施例を説明する。なお、第４図および第５図にお
いて、第１図および第２図と同様部分には同一符
号が付されるいる。

この実施例においては、第４図に示すように、
反射レーザ光は、波長分離されることなく、偏光
ミラー５４に入射し、Ｐ，Ｓ偏光成分に分離され
てホトマルチプライヤ５６Ｐ，５６Ｓに入射せし
められる。その代わり、λ₁波長のＳ偏光レーザ光
ビームと、λ₂波長のＳ偏光レーザ光ビームは、走
査速度に比較して十分高速で断続され、交互に照
射される。このＳ偏光レーザ光ビームの交互照射
は、そのレーザ光発振器３２Ａ，３２Ｂ，３４
Ａ，３４Ｂが高速スイツチング可能であれば、ス
イツチング制御により、高速スイツチングが不可
能ならば、図示しないが、Ｓ偏光レーザ光ビーム
の照射経路中に、回転スリツトなどの選択遮光手
段を設けるなどの方法で行われる。

信号処理部について説明すれば、第５図に示す
ように、ホトマルチプライヤ５６Ｓ，５６Ｐの検
出信号は、増幅器１０６Ｐ，１０６Ｓによつて増
幅された後、レベル比回路１０８に入力される。
このレベル比回路１０８の出力信号は比較回路１
１０に入力され、その出力信号は１ビツトのラツ
チ回路１２２に入力される。このラツチ回路１２
２の出力信号、比較回路１１０の出力信号、およ
びゲート信号Ｇは、アンドゲート１２４に入力さ
れる。

λ₁とλ₂のＳ偏光レーザ光ビームは、第６図の(a)
に示すようなタイミングで交互に照射せしめられ
るが、ゲート信号は同図の(b)に示すようなタイミ
ングの信号である。

第６図のタイミング図から容易に理解できるよ
うに、波長λ₁のＳ偏光レーザ光ビームの照射期間
のゲート信号の“１”時刻に、比較回路１１０の
出力信号と、ラツチ回路１２２の出力信号（直前
の波長λ₂の照射期間での比較回路１１０の出力信
号）との論理積信号がアンドゲート１２４より出
力される。同様に、波長λ₂の照射期間のゲート信
号の“１”時刻に、比較回路１１０の出力信号
と、その直前の波長λ₁のＳ偏光レーザ光ビームの
照射期間での比較回路１１０の出力信号との論理
積信号がアンドゲート１２４より出力される。

各波長のＳ偏光レーザ光ビームは高速に切替照
射せしめられるから、前記実施例と同様に、アン
ドゲート１２４の出力信号は、走査点の異物の有
無を表示する。

この実施例では、光電変換系と信号処理部の物
量を前記実施例の約半分に減らすことができる。

なお、この実施例において、Ｓ偏光レーザ発振
器３２Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの波長を、す
べて同一にしてもよいことは当然である。また、
同一のＳ偏光レーザ発振器から発したＳ偏光レー
ザ光ビームの照射方向を、例えば回転ミラーなど
を用いて切り替えるようにし、同様の異方向から
の切り替え照射を実現してもよい。

ここで、この発明は前記実施例だけに限限定さ
れるものではなく、適宜変形して実施し得るもの
である。

例えば、信号処理部のレベル比回路、比較回
路、アンドゲートの機能は、ソフトウエアによつ
て実現してもよい。

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。

検査のための走査は螺旋走査に限らず、直線走
査としてもよい。但し、直線走査は走査端で停止
するため、走査時間が増加する傾向があり、ま
た、ウエハのような円形などの被検査面を走査す
る場合、走査端の位置制御が複雑になる傾向があ
る。したがつて、ウエハなどの異物検査の場合、
螺旋走査が一般に有利である。

また、偏光レーザ光以外の光ビームを利用する
同様なウエハ用異物検査装置にも、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、この出願における特定発
明によれば、被検査面の同一の点に対し２以上の
異なつた方向からＳ偏光ビームを照射し、その各
Ｓ偏光ビームに対する前記点からの反射光のＳ偏
光成分とＰ偏光成分とを分離抽出し、そのＳ偏光
成分とＰ偏光成分とのレベル比が同時にほぼ１で
あることに基づき前記点における異物の有無を判
定するから、被検査面上のあらゆる方向のパター
ンと異物とを確実に弁別でき、パターンの誤検出
を防止できる。

さらに、この出願における関係発明にあつて
は、各照射方向のＳ偏光ビームに対する反射光の
Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを分離抽出し、そのＳ
偏光成分とＰ偏光成分とを分離抽出し、そのＳ偏
光成分とＰ偏光成分とのレベル比が同時にほぼ１
であることおよびＰ偏光成分のレベルに基づき異
物の有無を判定するから、パターンの誤検出を防
止でき、特定の大きさ以上の異物だけを確実に検
出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の光学系部分など
を示す概略斜視図、第２図は同実施例の信号処理
部のブロツク図、第３図は同実施例の信号処理部
の変形例を示すブロツク図、第４図はこの発明の
他の実施例の光学系部分などを示す概略斜視図、
第５図は同他の実施例の信号処理部のブロツク
図、第６図は同他の実施例の動作説明用のタイミ
ング図である。１０……Ｘステージ、１４，２４……モータ、
２２……回転ステージ、３０……ウエハ、３２
Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ……Ｓ偏光レーザ発
振器、４４……対物レンズ、４６……スリツト、
４８……ダイクロイツクミラー、５０，５４……
偏光ミラー、５２Ｓ，５２Ｐ，５６Ｓ，５６Ｐ…
…ホトマルチプライヤ、１０２，１０８……レベ
ル比回路、１０４，１１０，１１６……比較回
路、１１４……加算増幅器、１２２……ラツチ回
路。

Claims

【特許請求の範囲】１パターンが形成された被検査面の同一の点に
対し、前記被検査面に平行な面に投影した場合の
相互になす角度が90゜の整数倍を除いた角度の２
方向にあつてかつ前記平行な面に対してその垂直
方向に向かつてなす角が約2゜前後の低い照射角度
のＳ偏光ビームをそれぞれ照射し、それぞれのＳ
偏光ビームに対する前記点からの反射光のＳ偏光
成分とＰ偏光成分とを分離抽出し、それぞれのＳ
偏光成分とＰ偏光成分とのレベル比が同時にほぼ
１であることを検出することにより異物検出を行
うことを特徴とする異物検出方法。２前記被検査面に平行な面に投影した相互のな
す角度が約45゜の角度であつて、前記それぞれの
Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とのレベル比が同時にほ
ぼ１でかつ前記それぞれのＰ偏光成分のレベルが
所定レベル以上であることを検出することにより
異物検出を行うことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の異物検出方法。