JPH0682381A

JPH0682381A - 異物検査装置

Info

Publication number: JPH0682381A
Application number: JP23685192A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Shishido; 弘明宍戸; Minoru Noguchi; 稔野口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ホトマスク等の回路パターン付基
板、特に転写解像度の向上等を目的とした位相シフト膜
を有するレチクル上に付着したサブミクロンオーダーの
微細な異物を安定して検出する装置を提供することにあ
る。【構成】斜方照明（２）により発生する散乱光をＮＡ
０．４以上の光学系（４１）で試料裏面から集光し、フ
ーリエ変換面上に設けた書き換え可能な空間フィルタ
（４４）により回路パターンからの回折光を遮光、光路
を２分割して互いの光路に調整された位相差量を与える
手段（４９）と、検出器（５１）上で結像し、干渉させ
る検出光学系（４）と、検出結果の処理系（５）から構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レチクルやホトマスク
等（以下レチクル等という）の回路パターン上に付着し
た異物を検出する異物検査装置に係り、特に、サブミク
ロンオーダーの微細な異物を、簡単な構成でウェハ上に
転写する前に行なわれる前記レチクルおよびマスク、特
に転写解像度の向上等を目的とした位相シフト膜を有す
るレチクル上の異物を検出する検査方法およびその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ或いはプリント基板などを製造す
るのに使用されるレチクル等の露光工程において、レチ
クル等の回路パターンはウェハ上に焼付転写する前に検
査されるが、該回路パターン上にたとえばミクロンオー
ダーの微小異物が存在している場合においても、該異物
により前記回路パターンがウェハに正常に転写しないこ
とから、ＬＳＩチップ全数が不良になる問題がある。こ
の問題点は、最近のＬＳＩの高集積化に伴い一層顕在化
し、より微小のサブミクロンオーダーの異物の存在も許
容されなくなってきている。

【０００３】上記転写不良防止のため、露光工程前の異
物検査は不可欠であり、レチクル等の管理上、従来から
種々の異物検査技術が提供されているが、レチクル等の
回路パターンの検査は、レーザ光等の指向性の良い光源
で斜めから照射し、異物から発生する散乱光を検出する
方法が検査速度および感度の点から有利で一般的に使用
されている。ところが上記検査方法においては、レチク
ル等の回路パターンのエッジ部からも散乱光が発生する
ため、この散乱光から異物のみを弁別して検出するため
の工夫が必要であり、そのための技術が公開されてい
る。

【０００４】それらの中でも、手本パターンとの比較を
行なう方式はエッジ部からの散乱光を効果的に除去でき
るため、近年の高集積化した回路パターンエッジ中の微
細異物の検出に有効である。

【０００５】特開昭５８−２０４３４５号公報，特開昭
５８−３７９２３号公報には、回路パターンの欠陥検査
装置で画像を取り込み、ソフトウェアの画像処理により
欠陥を検出する方法が開示されている。開示されている
方法は画像の形状の違いから欠陥を判定する方法であ
り、形状が問題となる回路パターンの欠陥の検出に適し
ているが、欠陥より小さな結像光学系の分解能が要求さ
れ、存在の有無の検出だけで有用な異物検査には適さな
い。

【０００６】これに対して光の回折，干渉現象を利用し
て異物を抽出する方法は、異物が結像光学系の分解能よ
り小さい場合でも異物を検出することができる。

【０００７】その１は、特開昭５０−７７０８２号公報
に開示されている。開示されている方法は、ＬＳＩの回
路パターンが繰り返し性を有し、異物に繰り返し性がな
いことを利用している。回路パターンの光学的フーリエ
変換面上に回路パターンの正常部分を強調する空間フィ
ルタを配置、回路パターンと異物からの両方の散乱光を
含む散乱光像から回路パターンの強調された散乱光像を
干渉により消去することにより、異物からの散乱光だけ
を検出する。

【０００８】その２は特開昭６３−２０００４２号公報
および特開平２−２４５３９号公報に開示されている。
これらは、２枚の、同一の回路パターンを有するレチク
ルの同一個所からの散乱光をそれぞれπだけ位相をずら
して干渉させ、両レチクルからの散乱光の差、すなわ
ち、欠陥または異物だけを検出するものである。

【０００９】この他、特開昭６０−１５４６３４号公報
および特開昭６０−１５４６３５号公報には、光学的な
フィルタリングによりウェハのパターン欠陥を検査する
装置が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、検出
すべき異物が小さくなるに従って、ＬＳＩの製造に影響
をおよぼす異物の見逃しの増加が問題になってきた。

【００１１】また、最近になりクロム等の金属薄膜で形
成されたレチクル上の回路パターンの転写解像度の向上
を目的として、レチクル上の回路パターン間に位相シフ
ト膜あるいは位相シフタと呼ばれる透明あるいは半透明
膜（概ね露光光源の波長の１／２の奇数倍の膜厚を有す
る）からなる回路パターンを設けたレチクルが開発され
た。この膜は、透明または半透明だが、クロム等の金属
薄膜で形成された回路パターン（厚さ０．１μｍ程度）
の数倍の厚さの構造を有しているため、膜のエッジ部分
からの散乱光は、従来の回路パターン・エッジ部分から
の散乱光と比較して数倍から数十倍もの大きなものとな
り、異物の検出感度を著しく低下させてしまう。このた
め、特開昭６０−１５４６３４号公報および特開昭６０
−１５４６３５号公報に開示されるような方式では異物
を回路パターンから分離して検出することは困難であ
り、問題となっていた。また、特開昭５０−７７０８２
号公報に開示されている方法は、主としてメモリＬＳＩ
等の回路パターンの繰り返し性を利用しているため、メ
モリＬＳＩでも繰り返し性のない回路の周辺部分や、根
本的に繰り返し性の低いロジック回路系のＬＳＩのレチ
クルには適用できない。

【００１２】また、特開昭６３−２０００４２号公報お
よび特開平２−２４５３９号公報に開示されている方法
では、２枚の、同一の回路パターンを有するレチクルを
必要とする。ＬＳＩの原版となるレチクルは、１枚だけ
製造される場合も多く、検査のためだけに高価な製造装
置と多大な時間を要するレチクルを余分に製造すること
は、実用的ではない。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、回路パターンを有する透明、または、半透明の
基板、特に転写解像度の向上を図った位相シフト膜から
なる回路パターンを有するレチクル等の回路パターン上
に付着したサブミクロンオーダーの微細な異物を、主と
して光学的な簡単な構成で、安定して回路パターンから
分離して検出する事ができる異物検査装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る異物検査装置の構成は、ホトマスクや
レチクル等の、回路パターンを有する透明あるいは半透
明の基板試料上に付着した異物を、少なくとも、前記基
板試料を照射する照明系と照明された検査領域を検出器
上に結像する結像光学系とを用いて検出する異物検査装
置において、前記基板試料を載置してＸ，Ｙ，Ｚの各方
向へ任意に移動可能なステージ部とその制御駆動系から
なる検査ステージと、前記回路パターンを斜方からコヒ
ーレント光により信号のＳ／Ｎを向上する目的でスポッ
ト照射する集光照明系と、照明された検査領域を検出器
上に結像する結像光学系中で、検出像の光束を２光束に
振幅分割する手段と、該２光束に０またはπではない位
相差を与える手段と、位相差を与えられた該２光束を検
出器上で干渉する手段と、前記検出器の出力をしきい値
を設定した２値化回路の出力値により出力される信号と
前記Ｘ，Ｙ，Ｚステージの制御信号からの異物データを
異物の表示装置に演算表示する信号処理系とを備える構
成にしたものである。

【００１５】

【作用】２つのコヒーレント照明光像を干渉させ、それ
ぞれの検出像の不一致部分、すなわち、欠陥や異物だけ
を検出する場合、特開昭６３−２０００４２号公報のご
とく、トワイマングリーン干渉系の参照光生成ミラーの
位置と被検査試料の位置とにレチクルやマスク等を配置
し、レンズにより散乱光を集光し、ハーフミラー上で干
渉される構成となるのが一般的である。しかし、この構
成では、前述のごとくレチクルやマスクを２枚必要と
し、装置規模も大きく、複雑なものとなる。

【００１６】一方、検出すべき対象を異物のごとく検査
試料上の回路パターンとは異なる高さ（厚さ）のものと
限定すると、シェアリング干渉系の構成が適用出来る。

【００１７】レチクル等の基板試料を照明し、照明され
た検査領域を検出器上に結像する結像光学系中で、検出
像の光束を２光束に振幅分割し、該２光束による像を検
出器上で合致させ干渉させると、検出器上では該２光束
が角度を持って干渉する。

【００１８】該２光束にある位相差量を与えて干渉させ
ると、回路パターンからの検出像だけが消去される位相
差量が存在することが本発明者等の実験によって確認さ
れている。これにより、光束を分割した後の光路中に、
２光束に検出すべき異物と回路パターンとの高さに応じ
た位相差量を与える手段を設けることにより、回路パタ
ーンからの散乱光の影響を受けずに異物からの散乱光だ
けを検出器により検出することが可能となる。また、該
検出器の出力をあらかじめ定められたしきい値で２値化
することにより、異物検出信号を得ることが出来る。

【００１９】

【実施例】以下本発明の一実施例の構成を図１を参照し
て説明する。図において、１は検査ステージ部で、検査
ステージ部１は、ペリクル７を有するレチクル６を固定
手段８により上面に固定してＺ方向に移動可能なＺステ
ージ９と、Ｚステージ９を介してレチクル６をＸ方向へ
移動させるＸステージ１０と、同じくレチクルをＹ方向
へ移動させるＹステージ１１と、Ｚステージ９，Ｘステ
ージ１０，Ｙステージ１１の各ステージを駆動するステ
ージ駆動系１２と、レチクル６のＺ方向位置を検出する
焦点位置検出用の制御系１３とから構成されており、各
ステージは、レチクル６の検査中常に必要な精度で焦点
合せ可能に制御されるようになっている。

【００２０】Ｘステージ１０およびＹステージ１１は図
２に示すごとく走査され、その走査速度は任意に設定す
ることができるが、例えば、Ｘステージ１０を、約０．
２秒の等加速時間と、４．０秒の等速運動と、０．２秒
の等減速時間とに設定し、約０．２秒の停止時間を１／
２周期で最高速度約２５mm／秒、振幅１０５mmの周期運
動をするように形成し、Ｙステージ１１を、Ｘステージ
１０の等加速時間および等減速時間に同期してレチクル
６を０．５mmずつステップ状にＹ方向に移送するように
構成すれば、１回の検査時間中に２００回移送すること
にすると、約９６０秒で１００mm移送することが可能と
なり、１００mm四方の領域を約９６０秒で走査すること
ができることになる。また、焦点位置検出用の制御系１
３は、エアーマイクロメータを用いるものでも、或いは
レーザ干渉法で位置を検出するものでも、さらには縞パ
ターンを投影し、そのコントラストを検出する構成のも
のでもよい。なお、座標Ｘ，Ｙ，Ｚは、図に示す方向で
ある。

【００２１】２は第１の照明系、３は第２の照明系で、
両者は独立しており、かつ同一の構成要素からなってい
る。２１，３１はレーザ光源で、両者の波長は、レーザ
光源２１の波長λが例えば５１４．５ｎｍ、レーザ光源
３１の波長λが例えば５３２ｎｍと異なっているが、一
般には、同一の波長でも良い。２２，３２は集光レンズ
で、レーザ光源２１，３１より射出された光束をそれぞ
れ集光してレチクル６の回路パターン上に照射する。

【００２２】この場合、回路パターンに対する両者の入
射角ｉは、後述する検出光学系４の対物レンズ４１を避
けるため約３０°より大きくし、また、被検体がペリク
ル７を装着したレチクル６の場合は、ペリクル７を避け
るためにほぼ８０°より小さくしなければならないこと
から、おおよそ３０°＜ｉ＜８０°にされる。

【００２３】上記第１の照明系２及び第２の照明系３の
詳細な構成例を、図３を参照して説明する。図３は第１
の照明系２の構成例を示す図（この場合、第２の照明系
３側は同一構成のため省略している）である。図中、図
１と同符号のものは同じものを示す。２１はレーザ光源
である。２２３は凹レンズ、２２４はシリンドリカルレ
ンズ、２２５はコリメータレンズ、２２６は集光レンズ
で、符号２２３〜２２６により集光レンズ２２を形成し
ている。レーザ光源２１は、Ｘ’方向に電界ベクトルを
持つ直線偏光（この状態をＳ偏光と呼ぶ）を有する様に
配置する。Ｓ偏光にするのは、例えば、入射角ｉが約６
０°の場合、ガラス基板上における反射率が、Ｐ偏光の
場合より約５倍程度高い（例えば、久保田広著、応用
光学（岩波全書）第１４４頁）からで、より小さい異物
まで検出する事が可能になるからである。そして第１の
照明系２、第２の照明系３の照度を高めるため、集光系
の開口数（ＮＡ）を約０．１にし、レーザビームを約１
０μｍまで絞り込んでいるが、この絞り込みにより焦点
深度は約３０μｍと短くなり、図２に示す検査視野１５
全域Ｓ（５００μｍ）に焦点を合わせることができなく
なる。しかし、本実施例においてはこの対策として、シ
リンドリカルレンズ２２４を図２に示すＸ’軸回りに傾
動させ（図２はすでに傾動した状態を示す）、例えば、
入射角ｉが６０°でも検査視野１５の全域Ｓに焦点を合
わせることが可能になっており、後述する信号処理系５
の検出器５１，５５１に一次元固体撮像素子を使用した
場合に、検査視野１５の検査領域が検出器５１，５５１
と同様に直線状になっても該直線状の検査領域を高い照
度でかつ均一な分布で照明をすることが可能になる。さ
らに、シリンドリカルレンズ２２４を図２に示すＸ’軸
回りに加えて、Ｙ’軸回りにも傾動させると例えば、入
射角ｉが６０°で任意の方向から射出した場合でも、検
査視野１５の全域Ｓ上を高い照度で、かつ均一な分布の
直線状の照明をすることが可能である。図１中、４は検
出光学系で、検出光学系４は、レチクル６に相対する対
物レンズ４１、光路を２分割するハーフミラー４７、光
路の方向を変えるミラー４８，４４８、光路を合成する
ハーフミラー４４７、２つの光路に位相差量を与えるた
めの位相差量発生手段４９、対物レンズ４１の結像位置
付近に設けられる視域レンズ（以下フィールドレンズと
いう）４３，４４３、レチクル６の検査視野１５に対す
るフーリエ変換の位置に設けられた帯状の遮光部とその
外部に透過部を有する空間フィルタ４４，４４４、およ
び結像レンズ４５，４４５とからなっており、レチクル
６上の検査視野１５を後述する信号処理系５の検出器５
１に結像するように構成されている。

【００２４】位相差量発生手段４９は、分割された一方
の光路に対して位相差量を与えるものであるから、厚み
の調整されたガラス板やガラス基板上に形成された透明
薄膜でも良い。位相差量発生手段４９は、その位相差量
が任意に調整可能な方が被検査試料に対する適応性が高
く、機械的な移動機構を設けたウエッジプリズムまたは
電気的に位相差量が制御できる液晶素子や電気光学結晶
のほうが好ましい。

【００２５】フィールドレンズ４３，４４３は、対物レ
ンズ４１上の上方の焦点位置４６を空間フィルタ４４，
４４４上に結像するものである。

【００２６】上記、フィールドレンズ４３と４４３、空
間フィルタ４４と４４４、そして結像レンズ４５と４４
５はハーフミラー４７で分割されただけで、位相差ユニ
ット４９により与えられた位相差量を除けば光学的に等
価な位置にある。

【００２７】５は信号処理系で、信号処理系５は、前記
検出器５１と、該検出器５１の出力を２値化処理する２
値化回路５２と、マイクロコンピュータ５４と、表示手
段５５とからなっている。

【００２８】検出器５１は、例えば電荷移動形の一次元
固体撮像素子などにて形成され、Ｘステージ１０を走査
しながらレチクル６上の回路パターンからの信号を検出
するが、この場合、レチクル６上の異物が存在している
と、入力する信号レベルおよび光強度が大きくなるた
め、検出器５１の出力も大きくなるように形成されてい
る。なお、前記の如く検出器５１に一次元固体撮像素を
用いれば、分解能を維持したまま検出視野を広くするこ
とができる利点を有するが、これに限定されることなく
２次元のもの、或いは、単素子のものでも使用可能であ
る。

【００２９】２値化回路５２は、２値化のしきい値が予
め設定されており、検出器５１から出力された検出した
い大きさの異物に相当する反射光強度以上出力値が入力
された場合に、論理レベル”１”を出力するように形成
されている。

【００３０】シェーデイング補正回路１１３および４画
素加算処理回路１１４に関しては後述する。

【００３１】ブロック処理回路１１２は、２値化回路５
２からの信号をとりこみ、２つの信号のダブルカウント
を防止する回路であるが、これに関しても後述する。

【００３２】また、マイクロコンピュータ５４は、ブロ
ック処理回路１１２が論理レベル”１”を出力した場合
に「異物あり」と判定し、Ｘステージ１０およびＹステ
ージ１１の位置情報、単素子ではない検出器５１の場合
にその素子中の画素位置から計算される異物の位置情報
および検出器５１の検出出力値を異物データとして記憶
し、その結果を表示手段５５に出力するように形成され
ている。

【００３３】以下、検査装置の作用について説明する。
図中、図１と同符号のものは同じものを示す。

【００３４】まず、従来技術での見逃し異物の例を図９
に示す。これらの異物は寸法的に本来なら検出されるべ
き寸法の異物である。

【００３５】図１０に従来装置での問題点について示す
レチクル上の異物検査装置においては、レチクル上に形
成された回路パターンからの散乱光を除去し、異物から
の散乱光だけを検出する方式が、技術の重要なポイント
となる。

【００３６】そのため、散乱光の偏光状態を解析する方
式、複数の検出器の出力を比較する方式などが開発・実
用化されている。しかし、そのいずれもが回路パターン
から発生する散乱光の影響を避けるため、ＮＡ０.１程
度の開口の小さな光学系を回路パターンからの散乱光を
避けた斜方に配置している。この様な構成では、後で述
べる理由により、不規則な形状の異物を見逃しやすいと
いう問題を生ずる。

【００３７】ここで用いたＮＡとは、レンズの開口径と
対象物体までの距離で決まる。レンズの特性を表現する
数値で、具体的には右に示す図中のθを用いて、ＮＡ＝
Ｓｉｎθで求められる数値である。

【００３８】もう一つの問題点は、回路パターンの微細
化に対応し、各種検査技術で補助的に用いられだしたパ
ターン除去技術である。これらの多くは、検査中に回路
パターンを見つけると、自動的に異物検出器の検出感度
を下げる方式をとっている。このような方式には、回路
パターンの誤検出を減らす一方でパターンエッジ近傍の
異物を見逃してしまう問題が発生する。

【００３９】それでは、以下に、これらの２つの問題点
に対する、ここでの解決対策を述べる。図１２中の写真
１００４，１００５は、異物へレーザを照射したときに
発生する散乱光を上方より観察したものである。この写
真では注目すべきことは、異物からの散乱光（ｅ）が方
向性をもって分布していることである。このため、従来
型の低ＮＡ検出器１００１では、検出器の設置位置を適
正にしないと、異物から発生する散乱光（ｅ）がうまい
具合に低ＮＡの光学系に入射するとは限らず、見逃しが
発生する。しかも、これらの散乱光の分布の具合は異物
の大きさや形状により異なるため、すべての異物に対
し、低ＮＡの光学系を適正に配置することは事実上不可
能である。

【００４０】このことを実験的に測定した結果を図１１
に示す。異物を入射角６０°のレーザ光で照明した場合
の散乱光分布を、ＮＡの低い(ＮＡ≒０.１）検出光学系
１００１，１００２で検出角を変えながら、上記異物か
らの散乱光レベルを測定して示した。この図は、点Ａ１
００１では検出レベルが検出しきい値を越えているのに
対し、点Ｂ１００２では検出しきい値を越えず検出でき
ないことを示している。実異物の散乱光分布は一定して
いないため、Ａ，Ｂのような低開口数の検出方式では検
出性能が安定しないことを示す。そこで本発明では、開
口の大きな、具体的にはＮＡが０.４〜０.６の高ＮＡ検
出光学系４１により様々な散乱分布を持つ異物からの散
乱光を有効に集光する構成を採用している。

【００４１】この構成により高ＮＡ検出光学系が初めて
実現でき、ＮＡを０.５に選んだ場合、その開口面積
は、低ＮＡ検出光学系の約２０倍にもできる。

【００４２】次に、高ＮＡ検出光学系で回路パターンか
らの散乱光を除去する方法について述べる。

【００４３】図５は回路パターンの角度パターンを説明
する平面図、図６はフーリエ変換面上における散乱光の
分布状況を示す図、図７（Ａ）は回路パターンのコーナ
ー部を示す図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の”ア”部の詳
細図である。

【００４４】図４（Ａ）図において、７０は固定手段８
によりＺステージ９上に固定されたレチクル６上の異
物、８１は回路パターン８０の直線部分、８２は回路パ
ターン８０のコーナー部である。レチクル６上を照明系
で斜方よりコヒーレント光を照射し、発生する散乱光を
対物レンズ４１で集光すると、図５に示すレチクル６上
の回路パターン８０と照明系２または３のレチクル６面
上への投影像６０との位置関係で定義される角度θが０
゜のときの角度パターン（以下０゜パターンという）の
散乱光は、対物レンズ４１のフーリエ変換面上では図６
（ａ）に示すように帯状に表れる。ここで前記回路パタ
ーン８０の角度θの種類は、０゜，４５゜，９０゜の角
度パターンに限られていて、図４に示すように４５゜お
よび９０゜のパターンからの散乱光（ｂ)，(ｃ）は、対
物レンズ４１の瞳に入射しないため、検出に影響をおよ
ぼすことがない。一方、異物７０からの散乱光は、方向
性が無いため図６（ｅ）に示すようにフーリエ変換面上
の全面に広がる。このため、フーリエ変換面上に帯状の
遮光部と、その外部に透過部とを有する空間フィルタ４
４，４４４を配置して、図４（Ａ）に示す０゜パターン
からの散乱光（ａ）を遮光することにより、異物７０を
回路パターン８０と弁別して検出することが可能とな
る。

【００４５】但し、回路パターンコーナー部分（図４
（Ｄ）に示す。）からの散乱光は、直線状の空間フィル
タでは十分に遮光しきれない。このため従来のような１
０×２０μｍの検出画素で検出を行った場合（図４
（Ｂ）に示す。）、画素中に複数のパターンコーナー部
分からの散乱光が入射してしまい、異物だけを検出する
ことができない。

【００４６】そこで本発明では、図８に示すごとく空間
フィルタ通過後の位置に再結像のためのフィールドレン
ズレンズ４５を配置し、検出器の画素を試料上２×２μ
ｍ□にまで高分解能化し（図４（Ｃ）に示す。）、回路
パターンからの影響を極力排除、０．５μｍの異物検出
を可能とした。またここで、検出器の画素を２×２μｍ
□と設定したが、この理由は以下に述べるものであり、
必ずしも２×２μｍ□である必要はない。

【００４７】この場合の画素寸法は、レチクル上の最も
パターン寸法Ｌよりも小さければ良い。従って、０.８
μｍプロセスＬＳＩを縮小率１／５のステッパで露光す
る場合のレチクルでは、おおむね、０.８×５＝４μ
ｍ、０.５μｍプロセスＬＳＩではおおむね０.５×５＝
２.５μｍよりも小さい画素で検出すれば良い。また、
実際にはパターンコーナーからの影響を十分に小さくで
きる値であれば、さらに大きくても、小さくても良い。

【００４８】具体的には、検査対象となるレチクル上の
最小パターン寸法程度が望ましい。この最小パターン寸
法程度の大きさであれば、検出器の１画素に２個未満の
コーナーのみが入ることになる。さらに具体的には最小
寸法が１.５μｍ程度の６４ＭＤＲＡＭ用レチクルで
は、１〜２μｍ程度の画素寸法が望ましい。

【００４９】近年、転写解像度の向上を目的とした位相
シフタ膜によるパターン（シフタパターン）を従来の金
属薄膜による回路パターンと併用することが検討されて
いる。この膜は、膜厚が一定値に調整され、透明だが、
クロム部分（厚さ０.１μｍ程度）の数倍の厚さの構造
を有しているため、そのエッジ部分からの散乱光は、ク
ロム部分のエッジ部からの散乱光と比較して大きなもの
となる。このため、ここまでのべた弁別方式に加え、さ
らに新たな考案が必要になる。

【００５０】位相シフト膜付きのレチクルは、一般に、
クロム部分の形成後（ここまではシフタ膜のないレチク
ルと同じプロセスである）、全面にシフタ膜材料を塗布
またはスパッタにより成膜し、エッチングプロセスによ
ってシフタ膜によるパターン（シフタパターン）を形成
するものである。そこで、成膜前にクロム部分上に異物
が存在すると、成膜に悪影響を及ぼし、シフタ膜に気泡
や欠け等の欠陥を発生させる場合がある。このため、こ
れまでに述べたシフタパターン形成後の異物検査の他
に、成膜の前後にクロム部分上を含む全面の異物検査
（本発明の方式では気泡や欠け等の欠陥も異物と同様に
検出できる）を行なう必要がある。ただし、この場合は
シフタパターンは形成前であり、シフタパターンからの
散乱光は発生しないため従来技術で対応できる。そこで
位相シフト膜形成後の異物検出について述べる。

【００５１】図１３に、本発明者らによって、本発明の
構成の実験装置なされた検出実験の結果を示した。図中
の縦軸は検出された散乱光量を示し、〇５１１で示され
た測定点は０．５μｍ異物からの散乱光を、△５１２で
示された測定点は位相シフタ膜からの散乱光を表す。図
中の横軸は、分割された２光路に与えられた位相差量を
示し、φ₀は位相差量がゼロの場合、φminは回路パター
ンからの散乱光による検出器上での干渉結果が最小にな
る位相差量に調整された状態を示し、φmaxは回路パタ
ーンからの散乱光による検出器上での干渉結果が最大に
なる位相差量に調整された状態を示す。図より、位相差
量を調整してφminとすることにより、位相シフト膜か
らの散乱光が減少、異物からの散乱光の方が大きくな
り、検出出力の２値化だけで異物の検出が可能となるこ
とがわかる。

【００５２】次に本発明の光学系４の部分の、他の実施
例について述べる。

【００５３】図１では、ハーフミラー４７で分割後、フ
ィールドレンズ，空間フィルタ，再結像レンズを通して
ハーフミラー４４７で合成しているが、位相差量発生手
段４９の部分だけ、光路を分割する構成にすれば、レン
ズ，フィルタ類を２組用いない構成が可能である。図１
４にその構成を示す。図１５では、分割された２光路の
光路長がほぼ等しくなるようにミラー４８で光路を形成
している。これは、２光路の光路長が大幅に異なると、
検出器５１上での結像倍率が大きく異なり、干渉結果に
悪影響を与える場合があるからである。また、図中の位
相差量補正板４４９は、位相差量発生手段４９を設けた
ことによる光路長の変化をほぼ補正する。これにより、
２光路の光路長の差が光源の空間的コヒーレント長を超
え、干渉しなくなってしまうのを防止する。もちろん光
源の空間的コヒーレント長が十分な場合には不要であ
る。

【００５４】図１６では、図１５にさらに２枚のミラー
４８を加え、対物レンズ４１と、検出器５１が、同軸上
に位置するように工夫してある。これにより、ミラー４
８を光路外に移動すれば、簡単に通常の光学系に切り替
えられる構成となる。図１７は、ハーフミラー４４７を
用いずに、２枚のミラー４８の角度の調整だけで検出器
５１上で干渉を実現するものである。ハーフミラー４４
７を用いることによるＳ／Ｎの低下を防止できる。図１
８は図１６と同様の考え方で図１７を変化させたもので
ある。

【００５５】図１９は、ミラー４８およびハーフミラー
４７の角度を微妙に調整することにより、ミラー４４８
を不要にした構成である。

【００５６】図２０は、位相差量発生手段の実現例であ
り、ハーフミラー４７（図中ではハーフプリズムを用い
ているが、効果は同等である）で２光路に分割後の図中
点線で示される一方の光路を２枚のミラー４９２で折り
返す構成とし、２枚のミラーを移動機構４９３で図中の
左右に移動することにより、位相差量を調整可能として
いる。図２１は、ウエッジプリズム４９１，４９２の機
械的な移動により位相差量を調整可能とした構成であ
り、光路長をおおまかに合わせるミラー４４４８を設
け、さらにウエッジプリズム４９１，４９２による光路
長変化を補正するためガラス基板による補正板４４９を
設けてある。

【００５７】次にこれまで述べた構成による検出を安定
化する方法について述べる。

【００５８】これは（特にアレイ型の検出器において）
異物の検出・判定を画素単位で行った場合、以下のよう
な不都合が生ずる。

【００５９】２×２μｍ□の検出器の画素寸法で異物の
検出・判定を行った場合を例にすると、図２２に示すご
とく、異物が複数（２から４個）の画素間にまたがって
検出される条件では、異物からの散乱光も複数の画素に
分散してしまい、結果として１つの画素の検出出力は１
／２〜１／４（実際には、検出器画素間のクロストーク
の影響で１／３程度）にまで低下してしまい、異物の検
出率が低下する。また、検出器の画素と微小な異物との
位置関係はその寸法から大変微妙であり、毎回の検査で
変化する。この場合、同一試料でも検査ごとに結果が異
なり、検出の再現性が低下する。

【００６０】そこで今回は、図２３に示すごとく、検出
画素を１×１μｍ□に縮小して行い、各画素の隣接する
４つの１×１μｍ□画素の検出出力を電気的に加算、２
×２μｍ□画素による検出出力をシミュレートする。こ
れを１μｍずつ重複して求め（図中でａ，ｂ，ｃ，
ｄ）、最大値（図中でａ）を２×２μｍ□画素による代
表出力として異物の検出判定を行うようにした。これに
より、同一異物からの検出出力の変動は実績で±１０％
におさまり、全ての異物に対して検出再現性８０％以上
を確保できる。

【００６１】図２４に４画素加算処理回路の具体例のブ
ロック図を示す。これは、１μｍに縮小した場合の画素
を５１２画素並べた１次元型撮像素子で、１次元型撮像
素子の奇数番目の画素からの出力２５０３と偶数番目の
画素の出力２５０２がそれぞれ別々に出力される（一般
的な）１次元型撮像素子による例である。２５６段シフ
トレジスタ２５０１と１段シフトレジスタ２５０５と加
算器２５０５〜２５０８により縮小した１画素（１μ
ｍ）ずつ４方向にシフトした４画素（２×２画素）を加
算し、除算器２５０９〜２５１２により各々の平均値の
平均値を求める。そして最大値判定回路２５１３により
４方向の内の最大値を求め、異物からの検出値２５１４
として出力する。

【００６２】本方式では、光学的な処理により異物のみ
を明るく顕在化し、検出を行うため、設定されたしきい
値より検出された信号が大きい場合に「異物有り」と判
定(２値化)して異物の検出が可能である。しかし、検出
信号には、１次元撮像素子検出器の各画素ごとの感度
特性のばらつき(±１５％程度)及び照明光源の照度分
布に起因する感度ムラ(シェーディング)が存在する。こ
れにより図２５に示す様に、同一異物でも検出する画素
(Ｙ方向の位置)により検出信号の大きさが異なり、しき
い値による２値化で異物を安定に検出することは不可能
である。

【００６３】本発明では、図２６に示すように、予め図
１の標準試料１１１にて、上記とを含んだシェーデ
ィングを測定(a)し、この測定データの逆数を演算した
シェーディング補正データ(b)を求め、これにより検出
器検出信号の増幅器ゲインを各画素ごとに変化させ、シ
ェーディングの影響を無くして(c)異物を検出してい
る。標準試料１１１は、図１の検査ステージ上に載置あ
るいは、検査ステージの近傍に設置されるが、シェーデ
ィング測定時だけレチクルに代えて試料台に載置される
構成も可能である。

【００６４】標準試料１１１は、微小凹凸表面で、均一
な散乱特性を有する試料であれば良い。例えば、ガラス
基板を研磨し微細な加工痕を付けたものや、アルミニウ
ムをスパッタ処理で基板上に成膜したもの等の微小な凹
凸のできる薄膜を付けたものを用いる。ただし、標準試
料１１１上の微小凹凸を画素１×１μｍ□に対して均一
に加工することは現実的には困難である。そこで、シェ
ーディングの測定を多数回（たとえば1000回）繰り返し
た平均値から補正データを求める。

【００６５】また、微小凹凸からの散乱光には強弱のム
ラが有るため、単純な平均値（たとえば1000回の繰返し
データを１０００で割ったもの）では、その値が小さく
なりすぎて、演算の精度が低下する場合がある。

【００６６】このような条件では、割る値を繰返し回数
の数分の１（例えば１０００回の繰返しで２００）にす
れば良い。

【００６７】図２６に示す様に、補正前のシェーディン
グ(a)及び補正後(b)を比較すると、補正前には50％程度
存在したシェーディングが５％以下に補正されている様
子がわかる。

【００６８】なお、上記補正データを毎回の検査ごとに
再測定・更新すれば、照明・検出系等が時間的に不安定
でも、光学的な変動成分を除去することができる。

【００６９】図２７にシェーディング補正回路の具体例
のブロック図を示す。１次元撮像素子の検出値をＡ／Ｄ
変換（ここでは２５６階調、８ｂｉｔ）した値３２１２
から１次元撮像素子の暗電流部分の値を、各画素ごとに
同期回路３２０５により制御されるメモリ３２０６から
のデータによって減算する減算回路３２０９と、シェー
ディング補正倍率を、各画素ごとに同期回路３２０５に
より制御されるメモリ３２０７からのデータによって乗
算する乗算回路３２１０と、１次元撮像素子の検出値を
Ａ／Ｄ変換（ここでは２５６階調、８ｂｉｔ）した値３
２１２の２倍のｂｉｔ数（ここでは１６ｂｉｔ）になっ
た乗算結果をもとのｂｉｔ数（ここでは８ｂｉｔ）に戻
す中位ｂｉｔ出力回路３２１１からなる。同図からも判
るように本例は、デジタル回路によって補正を行う例で
あるが、Ａ／Ｄ変換前にアナログ的に補正を行っても同
様の結果が得られる。

【００７０】異物判定を例えば２×２μｍ□の画素単位
で行っている場合、２μｍ以上の大きさの異物が存在し
た場合、異物を検出した画素の数は、実際の異物の個数
と異なることになる。仮に１０μｍの異物が１個存在し
た場合、(１０μｍ／２μｍ)²＝２５個程度の画素数で
検出されることになりこのままでは、検出した異物を観
察しようとした場合、２５個検出結果全てを確認する必
要が有り、不都合が生じる。

【００７１】従来は、ソフトウェア的に、異物を検出し
た画素間の連結関係を調べ、画素が隣接している場合に
は、「１個の異物を検出した」と判断するグルーピング
処理機能によりこの不都合を回避していた。しかしこの
方法では、ソフトウェア的な処理を必要とするため、検
出信号が多数の場合に処理に多大な時間（例えば検出信
号１０００個で約１０分）を要し新たな不都合を生じ
る。

【００７２】そこで本発明では、全検査領域を１度に観
察のできる視野範囲（例えば３２×３２μｍ□）のブロ
ックに分割し、同一のブロック内の検出信号をすべて同
一の異物として判定（ブロック処理）する様にした。こ
れにより、大きな異物でもその形状に関係無く、１度で
視野範囲内に収めて、観察・確認が可能となる。

【００７３】ブロック処理は、機能からすると簡易なグ
ルーピング処理であるが、ハードウェア化が容易である
という特徴を有する。本発明では、ブロック処理のハー
ドウェア化により処理が実時間で行われ、検査時間を含
めた装置のスループットを大幅(検出信号１０００個の
場合、従来比で２／３以下)に向上出来る。図２８にブ
ロック処理回路の具体例のブロック図を示す。

【００７４】図２８の例の場合、同一異物の判定だけで
はなく、判定の根拠となった検出信号の個数を予め設定
された大／中／小のしきい値により分類してカウントす
ることができ、またブロック内の検出信号の最大値も知
ることができる。これらのデータから、異物のおおよそ
の大きさや、複数の異物が同一ブロックに含まれている
状況などが推定できる様に工夫されている。また、異物
が検出された信号の数が予め設定された個数になると検
査の中止信号を出力する回路も組み込まれている。

【００７５】図２９に、シェーディング補正回路、４画
素加算処理回路、ブロック処理回路の関係の例を示す。

【００７６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、ホトマスク等の回路パターン付基板、特に
転写解像度の向上等を目的とした位相シフト膜を有する
レチクル上に付着したサブミクロンオーダーの微細な異
物を、主として光学的な簡単な構成で容易に安定して回
路パターンから分離して検出することができる顕著な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係るレチクルの検査状況を示す図であ
る。

【図３】図１の照射系の構成例を示す図（この場合対称
側は同一構成のため省略している）である。

【図４】本発明に係るレチクルの検査状況を示す図であ
る。

【図５】本発明に係る回路パターンの角度パターンを説
明する平面図である。

【図６】本発明に係るフーリエ変換面上における散乱光
および回折光の分布状況を示す図である。

【図７】（Ａ）は回路パターンのコーナー部を示す図、
（Ｂ）は（Ａ）の”ア”部の詳細図である。

【図８】結像光学系の構成を示す断面図である。

【図９】従来技術で見逃した異物の実施例を示す図であ
る。

【図１０】従来技術の課題を説明するための図である。

【図１１】従来技術の問題原因を説明するための図であ
る。

【図１２】本発明に係る高ＮＡ光学系を用いて異物から
の散乱光を検出した図である。

【図１３】図１に示す本発明の構成による検出実験結果
を示した図である。

【図１４】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図１５】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図１６】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図１７】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図１８】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図１９】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図２０】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図２１】検出光学系の１実施例を示した図である。

【図２２】４画素加算処理を行わずに２×２μｍ画素で
異物を検出した場合の図である。

【図２３】４画素加算処理によって１×１μｍ画素で異
物の検出を行った図である。

【図２４】４画素加算処理回路の例のブロック図であ
る。

【図２５】シェーディングによる異物検出への影響を示
した図である。

【図２６】シェーディングの原理を示し、（ａ）はシェ
ーディングの測定結果（補正前）の図、（ｂ）はシェー
ディング補正データを演算した結果の図、（ｃ）はシェ
ーディングの測定結果（補正後）の図である。

【図２７】シェーディング補正回路の例のブロック図で
ある。

【図２８】ブロック処理回路の例のブロック図である。

【図２９】シェーディング補正回路、４画素加算処理回
路、ブロック処理回路の関係の例を示した図である。

【符号の説明】

１…検査ステージ部、２…第１の照明系、３…第２の照
明系、４…検出光学系、５…信号処理系、６…レチク
ル、９…Ｚステージ、１０…Ｘステージ、１１…Ｙステ
ージ、２１，３１…レーザ光源、４４，４４４…空間フ
ィルタ、５１…検出器、５２…２値化回路、７０…異
物、８０…回路パターン、１１１…標準試料、１１２…
ブロック処理回路、１１３…シェーディング補正回路、
１１４…４画素加算処理回路、２２３…凹レンズ、２２
４…シリンドリカルレンズ、２２５…コリメータレン
ズ、２２６…集光レンズ、４７，４４７…ハーフミラ
ー、４９…位相差量発生手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホトマスクやレチクル等の回路パターンを
有する透明または半透明基板試料上に付着した異物を検
出する異物検査装置において、前記基板試料を載置して
Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移動可能なステージおよび
その駆動制御系からなる検査ステージ部と、前記基板試
料の回路パターンが形成された面の表面を斜方から照射
する照明系と、該照明系の照射により前記基板試料の上
に発生する散乱光を集光し、検出光学系のフーリエ変換
面上に設けた空間フィルタにより前記回路パターンの直
線部分からの散乱光を遮光して、検出器上に結像させる
検出光学系と該検出器の出力をしきい値を設定した２値
化回路により２値化し、前記基板試料上の異物データを
演算表示する信号処理系とを備えたことを特徴とする異
物検査装置において、検出光学系の光路中で光路を２つ
に振幅分割し、それぞれに位相差量を与える手段と、位
相差量を与えた後に再び光路を合成し、該２光路を検出
器上で干渉させる構成にしたことを特徴とする異物検査
装置。
【請求項２】前記装置のうち、位相差量を与える手段を
プリズム等の光学素子で構成したことを特徴とする請求
項１記載の異物検査装置。
【請求項３】前記装置のうち、位相差量を与える手段を
液晶素子およびその駆動電源で構成したことを特徴とす
る請求項１記載の異物検査装置。
【請求項４】前記装置のうち、位相差量を与える手段を
電気光学結晶およびその駆動電源で構成したことを特徴
とする請求項１記載の異物検査装置。
【請求項５】前記装置のうち、位相差量を与える手段を
プリズム等の光学素子およびその位置決め調整機構で構
成したことを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。