JPH08247959A

JPH08247959A - 検査装置およびこれを用いた露光装置やデバイス生産方法

Info

Publication number: JPH08247959A
Application number: JP27901895A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 浩田中; Michio Kono; 道生河野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JP3647100B2; US5774575A

Abstract

(57)【要約】【課題】回路パターンノイズに埋もれてしまうような
小さな粒径の異物でも確実に検出し、実際の露光時に影
響する異物の検査を可能とした高精度な検査装置を提供
すること。【解決手段】被検査基板上の異物を検査する装置にお
いて、散乱光の検出信号をデジタル信号に変換し、異物
成分の信号を強調してノイズ成分と異物成分の信号を判
別するために３種類のデジタル信号処理を行いそれぞれ
の処理結果を適宜組み合わせる。３種類のデジタル信号
処理として、テンプレートマッチング処理（相関処
理）、シグナル抽出処理、ノイズ抽出処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は検査装置、特に露光
転写技術を用いた半導体製造工程において、レチクルや
フォトマスク等の基板上に付着した転写パターン以外の
異物（不透明性のゴミ等）を検出する際に好適な検査装
置やこれを用いた応用分野に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣやＬＳＩなどのデバイス製造工程に
おいては、レチクルまた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、半導体焼き付け
装置（ステッパまたはマスクアライナ）によりレジスト
が塗布されたウエハ面上に転写して製造している。

【０００３】この際、基板面上にゴミ等の異物が存在す
ると、転写時に異物も同時に転写されてしまい、デバイ
ス製造の歩留りを低下させる原因となっている。特にレ
チクルを使用しステップアンドリピート方式により繰り
返しウエハ面上に回路パターンを焼き付ける場合、レチ
クル面上の１個の異物がウエハ面上の複数位置に焼き付
けられてしまい、デバイス製造の歩留りを大きく低下さ
せる原因となる。

【０００４】その為、デバイス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、図
１４はレチクル等の基板５の横方向Ｃ１，Ｃ２に対して
角度βをなすＢ１，Ｂ２方向に、斜上方からレーザビー
ムを入射角α０（図１５（Ｂ）参照）で入射させて走査
している。そして図１５（Ｂ）に示すように、この入射
面内で入射側に戻ってくる異物からの散乱光の内、基板
５に対する反射角α１（図１５（Ｂ）参照）の散乱光の
みを受光している。図１４においては、レーザ１からの
レーザビームを、走査用ミラー２、レンズ４を通して基
板５に入射している。異物からの散乱光はレンズ６、ミ
ラー７、レンズ８を通して受光部９に達する。図１４
（Ａ）はこの方式の原理を示したもので、基板５上の回
路パターンは縦横方向（Ｖ１，Ｖ２方向，Ｌ１，Ｌ２方
向）が大部分である。それらのパターンにレーザビーム
が入射すると、パターン回折光はその直角方向であるＬ
１，Ｌ２方向あるいはＶ１，Ｖ２方向に進む。そこで、
基板５に対するレーザビームの走査方向を前記基板５の
縦横方向に対して、例えば角度βをなす方向にしてい
る。このとき、回路パターンからの回折光は基板５の縦
横方向が支配的であるため、前記回路パターンからの回
折光は僅かしか受光しないが、等方散乱性のある異物か
らの回折光は比較的多く受光することになる。従って、
受光部９からの信号の大きさを判定することで、異物の
存在を検出している。

【０００５】図１６は異物が等方的に光を散乱する性質
を利用した検査装置の従来例の光学系である。図中、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１３の出し入れによって上方または下方
に向け、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を回転もしく
は振動させて基板１５上を走査している。そして基板１
５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。回路パターンから
の回折光は方向性が強いため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
乱するため、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
よって、異物の存在を検出している。

【０００６】また、図１７は異物が入射光束の偏光特性
を乱す性質を利用した検査装置の従来例の光学系であ
る。図中、偏光子１９，走査用ミラー１１及びレンズ１
２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、ミラー１３の出し入れによって上方または下方
に向け、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１
５上を走査している。そして基板１５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各々偏光子２
０，２２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
らの直接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１
５上の回路パターンと異物とを判別している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】今日の半導体デバイス
製造において、露光光としてｉ線を使用した露光装置で
は、０.３５μｍの線幅の露光技術が要求される。さら
に波長の短いエキシマレーザ光等の超紫外光を使用した
露光装置では線幅もさらに小さくなり０.２μｍ等と言
われている。縮小投影レンズを使用した露光装置の場
合、一般的にはレチクルの１/５のサイズに縮小投影さ
れるため、０.３５μｍの線幅をターゲットとしたレチ
クルの場合、検出されなければならない最小の異物の粒
径は約０.７〜０.８μｍである。これが０.２μｍをタ
ーゲットとしたレチクルの場合、検出最小粒径は約０.
５μｍ以下となる。よって露光線幅０.２μｍをターゲ
ットとしたレチクルの異物検査では、上記精度で回路パ
ターンからのノイズ性信号と異物からの信号出力を判別
することが要求される。

【０００８】ところが、上記の従来例の検査装置では以
下の理由によりこの要求を満たすことができない。なぜ
なら、検査したい異物の粒径が小さくなるほどに、異物
からの散乱光や直接光が小さくなり、受光部で光電変換
された信号出力レベルが小さくなるからである。一般的
には図１８に示されるような粒径に対する信号出力レベ
ル特性が分かっている。図１８（Ａ）は異物粒径と信号
レベルの関係を示しており、横軸が粒径、縦軸が信号レ
ベル（電圧）である。また図１８（Ｂ）はさまざまな回
路パターン（横軸）に対する信号レベル（電圧）を示し
ている。同図から分かるように、回路パターンによる信
号出力レベルが、ほぼ粒径０.５μｍの異物の信号出力
レベルと等しいため、上記従来の方式では０.５μｍ以
下の異物と回路パターンとを区別することが困難とな
る。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あって、従来では回路パターンノイズに埋もれてしまう
ような小さな粒径の異物でも確実に検出し、実際の露光
時に影響する異物の検査を可能とした高精度な検査装置
の提供を目的とする。本発明の更なる目的は、上記検査
装置を用いた応用、例えば露光装置や微小デバイスの生
産方法などを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の検査装置のある形態は、所定のパターンが形成され
た基板上に光束を照射する照射手段と、該基板から発す
る光を受光する受光手段と、該受光素子で光電変換され
た電気信号をデジタル信号に変換する変換手段と、該デ
ジタル信号に対して異物からの信号成分を強調するため
の演算処理を行う処理手段とを有することを特徴とする
ものである。

【００１１】ここで、基板にはパターンが形成されてお
り、処理手段ではパターンとは区別して異物検査を行う
ものである。また、処理手段では、テンプレートマッチ
ング処理、シグナル抽出処理、ノイズ抽出処理の少なく
とも１つの処理を行うものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】

＜実施例１＞本発明の実施例の検査装置の構成を図１を
用いて説明する。図１において、レーザ光源１から出射
した光束は、回転するポリゴンミラー２でレチクル基板
５上を走査される。異物からの散乱光は、検出器９内の
光電変換素子で電気信号に変換される。光電変換された
信号はＡ／Ｄ変換器１０１でアナログ信号からデジタル
信号に変換される。ここでデジタル信号は６〜１０ビッ
ト程度とする。走査するレーザの光束はビームの断面形
状がガウス状の強度分布を持つように絞られている。

【００１３】Ａ／Ｄ変換１０１はポリゴンミラー２の回
転と同期しており、一定時間間隔でサンプリングが行わ
れる。図１においてレチクル基板５を右から左へと１回
走査すると、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号は、図２
（Ａ）に示されるような信号波形となる。同図のグラフ
図で横軸は時間、縦軸は信号レベルであるが、光ビーム
は一定速度で走査するようになっているので、信号波形
の横軸は基板５上での位置も表している。

【００１４】この検出信号の一般的な特徴を以下に示
す。１）異物からの信号は、時間的にガウス分布した電気波
形となる。２）回路パターンからの信号はランダムなノイズ性の信
号である。３）異物の粒径が小さいほど異物の信号強度は弱くな
る。ただし信号幅は変化しない。４）回路パターン上にに異物が付着している場合、ほぼ
ノイズ＋異物の信号強度となり、信号レベルが上がる。

【００１５】上記１）の理由は、走査光束の強度分布
が、ガウス分布するように絞られてあるため、Φ２０μ
ｍ程度の径のレーザ光で、それより十分小さな異物（Φ
１μｍ以下）を照明すると、異物への照明強度もガウス
分布状になり、それに伴って発生する散乱光の強度もガ
ウス分布状となるからである。

【００１６】従来は異物粒径が小さくなった場合、異物
からの散乱光の信号レベルが下がり、回路パターンのノ
イズ信号と異物信号の判別が不可能であった。図２
（Ａ）はその状態を示しており、ＣＳが回路パターンの
ノイズ性信号で、ＰＳが異物からの信号である。これに
対して本実施例では、上記信号の各特性を利用して３つ
の信号処理を行い、得られた信号処理結果を組み合わせ
ることによって、回路パターン信号と異物信号との判別
を行うものである。

【００１７】以下、その方法を具体的に説明するが、ま
ず基本となる信号処理について説明する。

【００１８】〔処理１〕テンプレートマッチング処理
（相関演算）異物の信号はガウス分布状であるという特性を利用し
て、ガウス分布状のテンプレートと信号波形とのテンプ
レートマッチング処理（相関演算）を行う。この処理に
よって異物信号が強調される。計算式を以下に示す。

【００１９】

【外１】

【００２０】上式は、２ｎ＋１点のテンプレートとの相
関を示している。Ｔ(i)はテンプレート、Ｄ(x)は記憶
された信号データ、Ｃ(x)は相関結果である。

【００２１】実際には、処理時間の短縮のためにテンプ
レートの間隔を長くし、次式の演算を行う。

【００２２】

【外２】

【００２３】テンプレートの間隔をｐとしたため、テン
プレートサイズは式（１）に比較して、１／ｐに減少し
ている。テンプレートマッチンッグを行ったときの例を
図２（Ｂ）に示す。この時のテンプレート係数は、Ｔ
（−３）＝−２３，Ｔ（−２）＝−１６，Ｔ（−１）
＝１９，Ｔ（０）＝４０，Ｔ（１）＝１９，Ｔ
（２）＝−１６，Ｔ（３）＝−２３である。

【００２４】〔処理２〕シグナル抽出処理シグナル抽出のため、異物からの散乱光の信号はガウス
分布状であるという特性を利用して、信号のトップとボ
トムのレベル差を求める。また、信号幅は粒径に依存せ
ずほぼ同じであることを利用し、異物信号に合わせたト
ップとボトムの間隔を設定する。シグナルの計算式を以
下に示す。

【００２５】Ｓ（ｘ）＝（Ｄ（ｘ）−Ｄ（ｘ−ｂ））＋（Ｄ（ｘ）−Ｄ（ｘ＋ｂ））（３）ｉｆ（Ｓ（ｘ）＜０）Ｓ（ｘ）＝０

【００２６】ここで、Ｓ(x)はシグナルである。Ｂは予
め設定されたトップ位置とボトム位置の間隔である。回
路パターン部はノイズ性のためトップとボトムのレベル
差が異物信号に比較すると大きくならない。すなわち、
原信号においてノイズレベルと異物からの信号レベルが
同一であっても、本計算式においてシグナル成分を抽出
すると異物からの信号が強調される。また、異物からの
散乱光の信号位置では符号は必ずプラスである。シグナ
ル成分を抽出したときの例を図２（Ｃ）に示す。

【００２７】〔処理３〕ノイズ抽出処理ノイズ抽出のため、ガウス分布の対称性の特性を利用し
て、対称位置の信号レベルの差分を求める。ノイズ抽出
の計算式を以下に示す。

【００２８】

【外３】

【００２９】ここで、Ｎ(x)はノイズである。対称な位
置は予めｎ個設定されており、中心対称にＳｉの距離
のところである。ｎは１個でもよく、その場合、シグナ
ルで使用したボトム位置を使用しても構わない。式
（４）は、信号の非対称な位置あるいはノイズ成分が大
きい位置で値が大きくなる。逆に、ガウス分布した異物
信号の位置では値が小さくなる。ノイズ成分を抽出した
時の実行例を図２（Ｄ）に示す。

【００３０】次に、上記の基本的な３つの信号処理結果
を組み合わせ、回路パターンと異物信号の判別方法を述
べる。３つの信号処理結果から次の５つの結果を導くこ
とができる。

【００３１】

【外４】

【００３２】上記５つの方式は、いずれも回路パターン
と異物信号を判別することができる。Ｃ３の結果を図２
（Ｅ）に、Ｃ４の結果を図２（Ｆ）に、Ｃ５の結果を図
２（Ｇ）に、Ｃ６の結果を図２（Ｈ）に示す。

【００３３】特にＣ５で良好に判別できていることが分
かる。Ｃ５は先の基本的な３つの処理を全て合成した結
果であり、異物信号の判別においては最も効果的な方法
である。図２（Ｇ）のＣ５から分かるように、従来では
判別できなかった信号が、本実施例では２０倍以上のレ
ベル差をもって判別できている。また、Ｃ３については
２.５倍以上の差、Ｃ４については１０倍以上の差をも
って判別できている。

【００３４】なお、処理時間を短縮したい場合はＣ１，
Ｃ２を選択するとよく、判別の精度を上げたい場合はＣ
３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を選択するとよい。

【００３５】次に、上記の信号処理を行うための演算処
理系の詳細を以下に述べる。時系列に得られる信号はＣ
計算機１０３にて、時系列的にテンプレートマッチング
処理を行い、Ｃ(x)を求める。また、Ｓ計算機１０４に
てシグナルＳ(x)を計算する。さらに、Ｎ計算機１０５
でノイズＮ(x)を計算する。次に、判定器１０６ではＣ
１(x)からＣ６(x)の何れかが計算される。そうすること
で、異物の信号が強調されて異物とその他の信号特に回
路パターンのノイズが判別しやすくなる。Ｃ１(x)から
Ｃ６(x)の選択は、予めコントローラ１００によって決
められており、適宜最適な処理が設定されている。判定
器には、異物からの信号とその他の信号を判別するため
に、閾値記憶装置１０７内の閾値が反映される。すなわ
ち、閾値より大きな値は異物とし、それ以下は異物では
ないと判定する。また、異物の粒径によっても信号の大
きさが異なるので、複数の閾値を設定することで、異物
の粒径を判別することも可能である。異物が判定された
後、結果は出力装置１３０に送られる。同時に基板５を
乗せているステージ１５０をステージ駆動手段１２０を
使って微小移動させレーザで走査する基板５上の位置を
変えている。出力装置１３０では、レチクル５を微小移
動させながらレーザ光が複数回ガラス基板上を走査し、
各走査毎の光電変換された信号を前記の方式で異物を検
出し、各走査毎に異物位置、走査位置を出力装置に表示
すると、レチクル全体の異物位置が表示される。

【００３６】本実施例において、Ｃ計算機、Ｓ計算機、
Ｎ計算機は、時系列的に得られるデジタル信号を時系列
的に処理するとした。したがってＡ／Ｄ変換のタイミン
グより若干の遅延はあるものの、Ａ／Ｄ変換のタイミン
グにほぼ同期して結果が得られる。もし、Ｃ計算機、Ｓ
計算機、Ｎ計算機として時系列的に処理できない場合、
例えば、Ａ／Ｄ変換速度に前記計算機の処理時間が追い
付かない場合、Ａ／Ｄ変換したデジタル信号を一旦メモ
リに記憶してから処理してもよく、同一の結果を得るこ
とができる。その場合の演算処理系の構成を図３に示
す。

【００３７】また、ポリゴンモータでの走査に、レチク
ル基板５上を走査している時間と、次の走査のためのセ
ッティング時間（帰線時間）が存在するならば、１度メ
モリに取り込んでＡ／Ｄ変換の速度より低速のＣ，
Ｓ，Ｎ計算機で処理しても、１回の走査に相当する結果
が得られる。例えば、走査時間が１ｍｓｅｃで帰線時間
が３ｍｓｅｃであったなら、合計４ｍｓｅｃで処理でき
るため、Ａ／Ｄ変換速度の４倍の処理時間が許される。

【００３８】なお、本実施例ではＣ１〜Ｃ６の結果を選
択すると述べたが、Ｃ(x)，Ｓ(x)，Ｎ(x)を組み合わせ
たさまざまな形態が考えられる。また、Ｃ(x)において
は、さまざまな係数のテンプレートが考えられる。異物
信号の特徴を強調することが目的であれば、テンプレー
ト係数やパラメータ、さらにはＣ(x)，Ｓ(x)，Ｎ(x)の
組み合わせには制限はない。

【００３９】なお以上説明した本実施例の信号処理は、
先の図１０、図１１に示したような光学系で得られた検
出信号に対して実施することもでき、同様の有効性を得
ることができる。

【００４０】＜実施例２＞本発明の第２の実施例の検査
装置の構成を図４に示す。図４において光学系は先の実
施例１と同様であるため説明は省略する。実施例１で述
べたＣ計算機、Ｓ計算機、Ｎ計算機、判定器および閾値
記憶装置を、それぞれ独立したユニットにすることなく
１個のＣＰＵ２０１で構成したことを特徴とするもので
ある。処理内容の詳細は先と同様なので詳細は省略す
る。ＣＰＵで処理する場合、プログラムによってテンプ
レートの形状等が簡単に変更できる利点がある。また、
ＣＰＵ２０１としてはマイクロプロセッサを使用しても
よいが、信号処理向きに設計されたＤＳＰも利用でき
る。ＤＳＰを利用することの利点は連続的な信号の処理
が高速である点である。

【００４１】ＣＰＵで処理する場合、ＣＰＵの処理速度
が高速であれば、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を直接
ＣＰＵ内に取り込んで処理結果を出力することが可能で
ある。従って、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を１度メ
モリに記憶する必要はない。ＣＰＵの処理速度が低速で
ある場合は、メモリにＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を
一旦記憶して処理することになる。ポリゴンモータでの
走査に、レチクル基板５上を走査している時間と次の走
査のためのセッティング時間（帰線時間）が存在するな
らば、１回の走査に相当する結果が得られる。例えば、
走査時間が１ｍｓｅｃで帰線時間が３ｍｓｅｃであった
なら、合計４ｍｓｅｃで処理できるため、Ａ／Ｄ変換速
度の４倍の処理時間が許される。

【００４２】なお本実施例の信号処理も、先の図１０、
図１１に示したような光学系で得られた検出信号に対し
て実施することもでき、同様の有効性を得ることができ
る。

【００４３】＜実施例３＞本発明の第３の実施例の検査
装置の構成を図５に示す。同図における光学系は先の実
施例１と同様であるため説明は省略する。ガラス基板の
異物検査を高速で実行する場合、ポリゴンの走査時間を
短くするのが一般的であるが、ポリゴンの走査時間より
も信号処理の処理時間の方が長いと検査が追い付かなく
なる。そこで、Ｃ，Ｓ，Ｎの複数の計算機及び判定機あ
るいはＣＰＵで並列処理を行うことによって、より一層
の高速処理が可能となる。本実施例ではＣＰＵで構成し
た場合について説明するが、実施例１で説明したＣ，
Ｓ，Ｎ計算機、及び判定機においてもそれらを複数台並
列に処理することになるので、基本的な考えは変わらな
い。

【００４４】例えば１個のＣＰＵが１回の走査で得られ
た信号を処理するのに使用する時間が、ポリゴンの走査
３回分に相当する場合、３台のＣＰＵで並列処理を行
う。ここでいう１回の走査とは、レチクル基板５上を走
査する時間と帰線時間を含んでいる。この場合、コント
ローラ１００がポリゴンミラー２を１回走査させる毎
に、ＳＷ２０２を切り替えて転送先メモリを切り替え
る。メモリにデータが転送された後、そのメモリに接続
されているＣＰＵが処理を開始する。同時に次のメモリ
にデータを転送する。走査が終了する毎に転送先メモリ
と処理ＣＰＵを切り替えることで並列に信号処理が行わ
れ、高速の検査を実現できる。

【００４５】なお本実施例の信号処理も、先の図１０、
図１１に示したような光学系で得られた検出信号に対し
て実施することもでき、同様の有効性を得ることができ
る。

【００４６】＜実施例４＞図６は本発明の第４実施例の
構成を示す。先の図１の実施例との構成上の差は、演算
手段２００にあり、他は同一であるため構成についての
詳細な説明は省略する。本実施例の信号処理は以下の通
りである。

【００４７】〔処理1〕低周波カットフィルタリング異物の信号がガウス分布であることと、その信号幅がほ
ぼ一定という性質を利用して、Ａ／Ｄ変換されたデジタ
ル信号に対して、異物の信号幅より長い周期の信号を除
去する。言い換えると、異物信号より周波数の低い成分
をカットする。この低周波カットフィルタ処理を以下に
示す。

【００４８】

【外５】

【００４９】上式は、２ｎ＋１点のテンプレートとの相
関を示している。Ｔ(i)はフィルタ係数、Ｘ（ｔ）は
記憶された信号データ、ＬＣ（ｔ）は低周波成分が除去
された結果である。

【００５０】処理時間の短縮のために、フィルタ係数の
間隔を長くし、次式の演算を行う。

【００５１】

【外６】

【００５２】テンプレートの間隔をpとしたため、フィ
ルタサイズは式(1)に比較して、１／Ｐに減少してい
る。低周波カットフィルタリングを行ったときの実行例
を図７(B)に示す。この時のテンプレート係数は、Ｔ
（−２）＝−１，Ｔ（−１）＝−１，Ｔ（０）＝４，Ｔ
（１）＝−１，Ｔ（２）＝−１で、間隔ｐ＝４であ
る。

【００５３】〔処理2〕ノイズ成分抽出上記処理１にて低周波成分を除去した信号中には、異物
信号よりも高い周波数のインパルス状のノイズが残って
いる。これらのノイズ発生原因は検出器でのノイズ等で
ある。ノイズ成分の抽出を以下に示す。

【００５４】

【外７】

【００５５】ノイズ抽出を行なったときの実行例を図７
(C)に示す。この時のテンプレート係数は、Ｔn（−１
０）＝１，Ｔn（−９）＝１，Ｔn（−８）＝１，Ｔn
（−７）＝１，Ｔn（−６〜６）＝０，Ｔn（７）＝１，
Ｔn（８）＝１，Ｔn（９）＝１，Ｔn（10）＝１であ
る。またこの時の間隔はｐ₂＝２である。

【００５６】上記2つの処理を用いて回路パターンと異
物の信号を弁別するには、以下の処理を行なう。

【００５７】Ｙ（ｔ）＝ＬＣ（ｔ）−Ｎ（ｔ） (14)

【００５８】すなわち回路パターンからの散乱光等の成
分を除去した後、その信号中のノイズを積分しノイズを
除去している。本処理を行なったときの実行例を図７
(D)に示す。もちろんＹ（ｔ）の内、レベルが０以下の
ものは検出信号として何ら意味がない。最終的な処理信
号Ｙ'（ｔ）を図７(E)に示す。

【００５９】

【外８】

【００６０】図７(A)にて異物からの信号PSと回路パタ
ーンからの信号CSのＳ／Ｎ比は１以下であったものが、
図７(E)にてＳ／Ｎ比が２以上に向上している。すなわ
ち、従来弁別できなかった信号が本実施例では明瞭に弁
別できるようになった。

【００６１】上記の信号処理部の詳細を以下に説明す
る。時系列に得られる信号はデジタル処理器３００にて
処理される。デジタル処理器３００は、SN計算機３０
１、比較器３０３、遅延Ｂ３０２、閾値Ａ記憶装置３０
４より構成されている。SN計算機３０１では、時系列的
にデジタルフィルタリング処理が行なわれれる。SN計算
機３０１内では、前記基本処理を行ない、異物信号以外
の信号を除去する。

【００６２】SN計算機の内部構成の詳細を図８を用いて
説明する。Ａ／Ｄ変換器１０１でデジタル情報になった
時系列信号Ｘ（ｔ）は、低周波カットフィルタ３０５
で前記式(12)の処理が時系列的に行なわれる。低周波カ
ットフィルタはＦＩＲフィルタなどで構成される。

【００６３】低周波カットフィルタの出力ＬＣ（ｔ）
は、絶対値処理器３０６で絶対値|ＬＣ（ｔ）|として出
力される。|ＬＣ（ｔ）|は、ノイズ抽出器３０７の時系
列な入力信号となり、ノイズ成分N（ｔ）が抽出され
る。絶対値処理器３０６、ノイズ抽出器３０７によって
前記式(13)の処理が行なわれる。

【００６４】次に、前記式(14)の処理を実現するために
は、ＬＣ（ｔ）−N（ｔ）を行なう。この時、N（ｔ）と
同時刻のＬＣ（ｔ）を用い、減算を行なった場合ノイズ
抽出フィルタの遅れが数段あるので、N（ｔ）とＬＣ
（ｔ）の位相が合わない。そこで、ＬＣ（ｔ）の出力を
遅延器Ａ３０８を用いることによって位相を調節する。
上記減算は加算器３０９によって行なわれる。加算器３
０９への入力の内、ノイズ抽出器の出力は符号反転して
いる。符号反転はノイズ抽出器のフィルタ係数を全て負
数にすることで実現するのが簡単であるが、符号反転器
あるいは加算器３０９の代わりに減算器を使用しても構
わない。また、前記式(15)に示されているＹ（ｔ）＜０
の場合の処理は後述する比較器３０３内で行なわれる。

【００６５】なお、低周波カットフィルタフィルタ３０
５、ノイズ抽出器３０７のフィルタ係数、フィルタ段
数、遅延Ａ３０８の遅延段数は、予めコントローラ１０
０より設定されている。

【００６６】次に、比較器３０３の役割を説明する。上
記処理（ＬＣ（ｔ）−N（ｔ）)は、異物からの散乱光が
極めて弱い異物粒子の検出に効果があるが、ある程度粒
子の径が大きい場合、例えば0.6ミクロン以上大きいな
らば必ずしも必要はない。場合によっては、検出のリニ
アリティーを維持できないことも考えられる。そこで、
検出器の信号をＡ／Ｄ変換した値が予め設定された電圧
よりも大きい場合、Ａ／Ｄ変換出力をそのまま使用す
る。例えば、0.6ミクロンの異物粒子の電圧が0.5V とす
れば、0.5V以上の場合Ａ／Ｄ変換の出力Ｘ（ｔ）を使
用する。このような切り換え機構を比較器３０３で行な
う。比較器３０３では、閾値Ａ記憶装置204内の閾値Ａ
とＡ／Ｄ出力結果Ｘ（ｔ）を比較し、閾値ＡがＡ／Ｄ
出力結果Ｘ（ｔ）より小さい場合はSN計算機３０１の結
果Ｙ（ｔ）を選択し、大きい場合はＡ／Ｄ変換出力Ｘ
（ｔ）を選択する。

【００６７】また比較の際には、Ａ／Ｄ変換出力Ｘ
（ｔ）に対して、SN計算機３０１の処理結果Ｙ（ｔ）に
は数段の遅れが発生する。そこで遅延器Ｂ３０２にて遅
れを調整している。閾値Ａの設定により、Ｘ（ｔ）を選
択するかＹ（ｔ）を選択するかは任意に設定可能であ
る。なお、先述のＹ（ｔ）＜０の処理は比較器の出力が
負になる場合０を出力している。

【００６８】本実施例おいて、様々な係数のフィルタ係
数が考えられる。異物信号以外の信号を除去することが
目的であれば、フィルタ係数や比較器３０３に設定され
る閾値３０４の値には制限はない。もちろん、閾値３０
４の設定によって全てフィルタリング処理された結果を
選択することも、Ａ／Ｄ変換された値を選択することも
可能である。

【００６９】＜実施例５＞次に、本発明の第５の実施例
を説明するが、まず本実施例で解決しようとする課題を
説明する。

【００７０】検査面上をレーザビームで走査して検査を
行う場合、同一粒径の異物の信号を走査しても、図１１
(d),(e)に示されるように、走査している場所によって
光電変換される信号レベルに差が生ずる。図１１(d),
(e)の横軸は走査位置(時間t)、縦軸は光電変換された信
号レベル(I)である。この原因は、一定強度のレーザ光
で検査したい基板上を走査しながら照明しても、図１１
(f)に示されるように、レーザビームの照明スポットの
強度分布(IP)が走査位置で異なる、あるいは図１１(g)
で示されるようにレーザビームの照明スポットの照明領
域(SP)が変化するためである。図１１(f),(g)のような
レザービームの強度変化が生じた場合、図１１(d)のよ
うな信号レベルとなる。理由としては、走査光学系の収
差、デフォーカスなどである。また図１１(e)のような
信号レベルも光学系の特性によってはありえる。一定の
しきい値で異物の判別を行なった場合、同一粒径の異物
が検査基板上に存在しても、例えば図１１(c)の場合、
周辺で異物が無いと判定され、誤検出となってしまう。

【００７１】そこで本実施例では上記課題を解決すべ
く、走査位置によらず異物からの信号強度を一定となる
ようにして正確に異物の有無を判別するようにしたもの
である。具体的な信号処理に手順について以下説明す
る。異物からの信号を強調するには、ガウス分布した信
号だけを通過させるフィルタリング処理を行なう。従っ
て、ノイズのようなランダムな情報は除去される。この
フィルタ処理を以下に示す。

【００７２】

【外９】

【００７３】上式(16)は、２ｎ＋１点のテンプレートと
の相関を示している。Ｆ(i)はフィルタ係数、Ｘ（ｔ）
はＡ／Ｄ変換された信号データ、Ｙ（ｔ）はフィルタリ
ング結果である。

【００７４】処理時間の短縮のために、フィルタ係数の
間隔を長くし、次式の演算を行う。

【００７５】

【外１０】

【００７６】フィルタ係数の間隔をＰとしたため、フィ
ルタサイズは式(１)に比較して、１／Ｐに減少してい
る。さらに走査する位置によってフィルタ係数を変え
る。

【００７７】

【外１１】

【００７８】Ｆt(i)は走査位置によって変えられるフィ
ルタ係数である。ｎ，Ｐも走査位置によって変える。

【００７９】図１０を用いて走査位置によって可変とし
たフィルタリングの効果を説明する。同一粒径の異物
を、図１１(f)なる強度分布を持つレーザ光で走査し光
電変換した場合、図１０(d)に示される時系列な信号Ｘ
（ｔ）が得られる。この信号に一定の閾値(Th)を設定し
ても、走査端では異物の検出はできない。

【００８０】走査開始点、走査中央、走査終了点での異
物信号の形状を拡大したのを図１１(e)に示す。レーザ
の強度分布に類似しているのは先に説明した理由によ
る。

【００８１】そこで、フィルタ係数として図１０(f)に
示される特性を適応する。

【００８２】走査開始点では、Ｆs（−９）＝−４，Ｆ
s（−６）＝−２，Ｆs（−３）＝１，Ｆs（０）＝３，
Ｆs（３）＝２，Ｆs（６）＝１，Ｆs（０）＝−１走査中央では、Ｆc（−６）＝−１．５，Ｆc（−４）＝
−１，Ｆc（−２）＝１，Ｆc（０）＝３，Ｆc（２）＝
１，Ｆc（４）＝−１，Ｆc（６）＝−１．５走査終了点では、Ｆe（−９）＝−１，Ｆe（−６）＝
１，Ｆe（−３）＝２，Ｆe（０）＝３，Ｆe（３）＝
１，Ｆe（６）＝−２，Ｆe（９）＝−４

【００８３】上記は以下の３つの特性を有している。

【００８４】第１に、信号強度分布がガウス分布でノイ
ズがランダムという特徴を利用し、異物からの信号のみ
を強調しノイズを除去するフィルタ係数となっている。

【００８５】第２に、走査端では信号強度分布がブロー
ドになっているため、フィルタの及ぶ範囲も対応してブ
ロードになっており、逆に走査中央では信号強度分布が
シャープになっているため、フィルタの及ぶ範囲もこれ
に対応してシャープになっている。

【００８６】第３に、走査端では信号分布が非対称であ
るため、フィルタ特性も非対称とする、走査中央は信号
強度分布が対称であるため、フィルタ特性も対称とす
る。走査中央に比べて強くなるようにする。

【００８７】図１０(d)の信号に適応したフィルタ設定
をした場合の処理結果を図１０(g)に示す。走査端と走
査中央の信号レベルが同一となり一定の閾値で異物判別
を行なっても問題ないレベルまで走査端の信号レベルが
復元されている。なお、信号幅の差は異物の判定には必
要ない。

【００８８】次に本実施例の信号処理部の構成の詳細を
説明する。図９において、ポリゴンミラー２で走査され
たレーザービームは、フォトセンサ５０に光が当たった
時点で同期信号SYNC (図１０(a))が発生し、信号処理開
始信号EN(図１０(b))を作り出す。EN信号の期間は、予
めモータの回転数とミラー面数によって定まる既知の値
である。EN信号が発生したところで、コントローラ１０
０は、Ａ／Ｄ変換を開始するタイミング信号を発生す
る。同時に、デジタルフィルタの係数を記憶している係
数メモリ３１１にバンクを設定する。係数メモリ３１１
の情報はデジタルフィルタ３１０に転送され、フィルタ
係数が設定される。係数メモリ３１１の初期バンクはF
０である。図１０(c)に示されるように、ポリゴンミラ
ーの回転に同期して、走査位置にしたがって係数メモリ
のバンクをF₀, F₁, F₂, ...と一定時間間隔で変更す
る。係数メモリバンクの変更に伴いデジタルフィルタの
係数は変化する。このようにデジタルフィルタのフィル
タ係数を可変とし、走査位置による信号レベルの変化が
無くなるようにする。先に示したフィルタ係数Ｆs, Ｆ
c,Ｆeは図１０の同一時間軸に対応させるとＦ₀＝Ｆs，
Ｆ₆＝Ｆc，Ｆ_n＝Ｆe となる。

【００８９】＜実施例６＞図１２はシリコンウエハ上に
レチクルやフォトマスク等の原版の回路パターンを焼付
けて半導体デバイスを製造する製造システムの実施例を
示す図である。システムは大まかに、露光装置、原版収
納装置、原版検査装置、コントローラを有し、これらは
クリーンルーム内に配置される。

【００９０】９０１はエキシマレーザのような遠紫外光
源であり、９０２は照明系ユニットであって、露光位置
Ｅ．Ｐ．にセットされた原版を上部から同時（一括）に
所定のＮＡ（開口数）で照明する働きを持つ。９０９は
原版上に形成された回路パターンをシリコンのウエハ９
１０上に転写するための超高解像度レンズ系（もしくは
ミラー系）であり、焼付時にはウエハは移動ステージ９
１１のステップ送りに従って１ショット毎ずらしながら
露光を繰り返す。９００は露光動作に先立って原版とウ
エハを位置合わせするためのアライメント光学系であ
り、少なくとも１つの原版観察用顕微鏡系を有してい
る。以上の部材によって露光装置が構成されている。

【００９１】一方、９１４は原版収納装置であり、内部
に複数の原版を収納する。９１３は原版検査装置であ
り、先の各実施例のいずれかの構成を含んでいる。この
原版検査装置９１３は、選択された原版が原版収納装置
９１４から引き出されて露光位置Ｅ．Ｐ．にセットされ
る前に原版上の異物検査を行なうもので、異物検査の原
理及び動作については前述のいずれかの実施例と同一で
ある。コントローラ９１８はシステム全体のシーケンス
を制御するためのもので、原版収納装置９１４、原版検
査装置９１３の動作指令、並びに露光装置の基本動作で
あるアライメント・露光・ウエハのステップ送り等のシ
ーケンス等を制御する。

【００９２】以下、本実施例のシステムを用いた半導体
デバイスの生産工程を示す。まず、原版収納装置９１４
から使用する原版を取り出し原版検査装置９１３にセッ
トする。次に、原版検査装置９１３で原版上の異物検査
を行なう。検査の結果、異物が無いことが確認されたら
この原版を露光装置の露光位置Ｅ．Ｐ．にセットする。
次に、移動ステージ９１１上に被露光体であるシリコン
ウエハ９１０をセットする。そしてステップ＆リピート
方式によって移動ステージ９１１のステップ送りに従っ
て１ショット毎ずらしながらシリコンウエハの各領域に
原版パターンを縮小投影して露光を繰り返す。１枚のシ
リコンウエハ上に露光が済んだら、これを収容して新た
なシリコンウエハを供給し、同様にステップ＆リピート
方式で原版パターンの露光を繰り返す。露光の済んだ露
光済シリコンウエハは本システムとは別に設けられた装
置で現像やエッチングなどの処理がなされる。この後
に、ダイシング、ワイヤボンディング、パッケージング
等のアッセンブリ工程を経て、半導体デバイスが製造さ
れる。本実施例によれば、従来は生産が難しかった非常
に微細な回路パターンを有する高集積度半導体デバイス
を生産することができる。

【００９３】＜実施例７＞図１３は半導体デバイスを製
造するための原版の洗浄検査システムの実施例を示す図
である。システムは大まかに、原版収納装置、洗浄装
置、乾燥装置、検査装置、コントローラを有し、これら
はクリーンチャンバ内に配置される。

【００９４】９２０は原版収納装置であり、内部に複数
の原版を収納し洗浄すべき原版を供給する。９２１は洗
浄装置であり、純水によって原版の洗浄を行なう。９２
２は乾燥装置であり、洗浄された原版を乾燥させる。９
２３は原版検査装置であり、先の各実施例のいずれかの
構成を含んでおり、前記実施例のいずれかの方法を用い
て洗浄された原版上の異物検査を行なう。９２４はコン
トローラでシステム全体のシーケンス制御を行なう。

【００９５】以下、動作について説明する。まず、原版
収納装置９２０から洗浄すべき原版を取り出し、これを
洗浄装置９２１に供給する。洗浄装置９２１で洗浄され
た原版は乾燥装置９２２に送られて乾燥させる。乾燥が
済んだら検査装置９２３に送られ、検査装置９２３にお
いては先の実施例のいずれかの方法を用いて原版上の異
物を検査する。検査の結果、異物が確認されなければ、
原版を原版収納装置９２０に戻す。又、異物が確認され
た場合は、この原版を洗浄装置９２１に戻して洗浄・乾
燥動作を行なった後に再度検査を行ない、異物が完全に
除去されるまでこれを繰り返す。そして完全に洗浄がな
された原版を原版収納装置９２０に戻す。

【００９６】この後に、この洗浄された原版を露光装置
にセットして、シリコンウエハ上に原版の回路パターン
を焼付けて半導体デバイスを製造する。これによって従
来は製造が難しかった非常に微細な回路パターンを有す
る高集積度半導体デバイスを製造することができる。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、回路パターンノイズに
埋もれてしまうような小さな粒径の異物でも確実に検出
し、実際の露光時に影響する異物の検査を可能とした高
精度な検査装置を提供することができる。そしてこの検
査装置を用いれば、高精度な露光やデバイス生産が可能
な露光装置や微小デバイスの生産方法などを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レチクル異物検査装置の第１実施例の構成図で
ある。

【図２】第１実施例の信号処理の結果を示す図である。

【図３】第１実施例の変形例の構成図である。

【図４】第２実施例の構成図である。

【図５】第３実施例の構成図である。

【図６】第４実施例の構成図である。

【図７】第４実施例の信号処理の結果を示す図である。

【図８】第４実施例の信号処理系の詳細図である。

【図９】第５実施例の構成図である。

【図１０】第５実施例の信号処理の結果を示す図であ
る。

【図１１】第５実施例で解決べき課題を説明するための
図である。

【図１２】検査装置を有する露光装置の実施例の構成図
である。

【図１３】検査装置を有する洗浄装置の実施例の構成図
である。

【図１４】レチクル異物検査装置の従来例を光学系を示
す図である。

【図１５】図１４の装置の詳細を説明する図である。

【図１６】レチクル異物検査装置の別の従来例の光学系
を示す図である。

【図１７】レチクル異物検査装置の別の従来例の光学系
を示す図である。

【図１８】異物の粒径および回路パターンのノイズの出
力信号を示す図である。

【符号の説明】

１，１０レーザ光源２ポリゴンミラー５，１５レチクル等の基板９，１６，１７，１８，２１，２３検出器１１走査用ミラー１００コントリローラ１０１Ａ／Ｄ変換器１０２メモリ１０３Ｃ計算機１０４Ｓ計算機１０５Ｎ計算機１０６判定基１０７閾値記憶装置１２０ステージ駆動手段１３０出力装置２０１ＣＰＵ２０２メモリ切り換えスイッチ２０３，２０４，２０５メモリ２０６，２０７，２０８ＣＰＵＣＳ回路パターンノイズ信号成分ＰＳ異物信号成分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンが形成された基板上に光
束を照射する照射手段、該基板から発する光を受光する受光手段、該受光素子で光電変換された電気信号をデジタル信号に
変換する変換手段、及び該デジタル信号に対して異物か
らの信号成分を強調するための演算処理を行う処理手
段、を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】基板にはパターンが形成されており、処
理手段ではパターンとは区別して異物検査を行うことを
特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】処理手段では、テンプレートマッチング
処理、シグナル抽出処理、ノイズ抽出処理の少なくとも
１つの処理を行うことを特徴とする請求項１または２記
載の検査装置。
【請求項４】処理手段では、実質的にガウス分布形状
のテンプレートを用いたテンプレートマッチング処理を
行うことを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項５】処理手段では、異物信号に合わせたトッ
プ位置とボトム位置のシグナルの差分を演算することを
特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項６】処理手段では、異物信号に合わせて信号
の中心に対して対称な位置における信号レベルの差分を
もってノイズ成分を検出し、前記信号にテンプレートマ
ッチング処理を行い、この処理結果に前記ノイズ成分を
作用させることを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項７】処理手段では、異物信号に合わせて信号
の中心に対して対称な位置における信号レベルの差分を
もってノイズ成分を検出し、異物信号に合わせた信号の
トップ位置とボトム位置のシグナルの差分をもってシグ
ナル成分を検出し、前記シグナル成分に前記ノイズ成分
を作用させることを特徴とする請求項３記載の検査装
置。
【請求項８】処理手段では、異物信号に合わせて信号
の中心に対して対称な位置における信号レベルの差分を
もってノイズ成分を検出し、異物信号に合わせた信号の
トップ位置とボトム位置のシグナルの差分をもってシグ
ナル成分を検出し、前記信号に合わせたテンプレートマ
ッチング処理を行い、この処理結果に前記シグナル成分
と前記ノイズ成分を作用させることを特徴とする請求項
３記載の検査装置。
【請求項９】処理手段では、低周波成分を除去するデ
ジタルフィルタ処理と、該低周波成分を除去した結果か
らノイズ成分を除去するデジタルフィルタ処理と、両者
の差を演算する処理を行うことを特徴とする請求項１記
載の検査装置。
【請求項１０】前記デジタル信号が所定値よりも小さ
い場合に、前記処理を行う請求項９記載の検査装置。
【請求項１１】処理手段では、フィルタ係数可変型の
デジタルフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１
の検査装置。
【請求項１２】走査位置に応じて係数と演算方法を可
変にする請求項１１記載の検査装置。
【請求項１３】処理手段はＣＰＵもしくはＤＳＰを有
することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載
の検査装置。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれか記載の検
査装置を用いて基板の検査を行う手段と、該検査された
基板を用いて露光転写処理を行う手段とを有することを
特徴とする露光装置。
【請求項１５】請求項１４記載の露光装置を用いてデ
バイスを生産することを特徴とするデバイス生産方法。