JPS63315936A - パタ−ンと異物弁別装置 - 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、ＬＳＩなど集積度の高い半導体装置を製造す
る時に使用するレチクルやマスク等のパターンを検査す
る装置に係り、特に、レチクルやマスクに付着した微細
な異物（パターン欠陥も含む。）をパターンエツジから
弁別して検出するパターンと異物弁別装置に関する。

〔従来の技術〕

レチクルやマスクに付着した異物を検出する装置として
種々のものが開発されている。特開昭５９−６５１１２
８号公報に記載されている従来技術では。

特定の入射角度で直接偏光レーザをレチクルに照射し、
レチクル基板やパターンと異物とはその反射光の偏光方
向が異なることを利用して異物を弁別している。特開昭
５ａ　−１０１３９０号公報記載の従来装置では、レチ
クル上のパターンエツジカ一般的に視野内で同一方向か
あるいは２〜３方向の組合せで構成されていることに着
目し、この方向のパターンエツジによる回折光をフーリ
エ変換面に設置した空間フィルタで除去し、異物からの
反射光のみ強調して検出している。特開昭５９−１８６
３２４号公報記載の従来装置では、パターンエツジ部で
生じた散乱光は指向性があるが、異物による散乱光は指
向性がないことに着目し、複数箇所に設置した受光素子
の夫々の受光量の論理積をとることで異物を弁別してい
る。また、特開昭６０−１５４６３４号や特開昭６０−
１５４６３５号公報記載の従来装置では。

パターンエツジからの回折光はある特定の方向にのみ集
中して回折していくのに対し、異物からの散乱光は全て
の方向に散乱していくという現象を利用し、複数の検出
器を配置することで異物を弁別している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ＬＳＩ等の半導体装置の製造では、露光工程でレチクル
と呼ばれる原版上のパターンを半導体ウェハに焼き付は
転写する。このとき、レチクル上に異物が存在すると、
パターンが正確に転写せず。

チップ全体が不良になってしまう。従って、レチクル管
理上焼き付は前に異物を検出する必要がある。

レチクルやマスク等を製造する場合、レジストの残留物
やパターン形成用のクロムあるいは酸化クロムのエツチ
ング残、レチクル洗浄液に溶けていた不純物のレチクル
洗浄乾燥時に凝集した異物等がレチクルに付着する。こ
のような異物は、微小であったり薄膜状であったりして
、従来は殆ど問題になっていなかった。しかし＋　ＬＳ
Ｉの高集積化の技術が進歩し、配線パターンが微細にな
るに従い、従来は問題とならなかったサブミクロンオー
ダの上述した°異物の存在も重要な問題となってきてい
る。

前述した特開昭５４−６５４２８号公報記載の従来装置
は、微小塊状異物および薄膜状異物からの反射光がパタ
ーンエツジからのそれに較べて微弱になり、微小塊状異
物および薄膜状異物とパターンエツジとを区別できない
。微小塊状異物の反射光については１％開昭５９−１０
１３９０号公報記載の従来技術で強調することは可能で
ある。しがし、消去可能なパターンエツジからの反射光
が限られ、同一の空間フィルタで全てのパターンエツジ
からの反射光を除去することは不可能である。

その他の前記従来技術でも、１μ風以下の微小塊状異物
や薄膜状異物をパターンエツジと区別して検出すること
ができない。これは、従来は広い領域に光を照射してい
るため、パターンエツジの荒れ等による散乱光の強度の
和が太きくなり、その影響を受けて微小異物からの散乱
光の信号がうずもれてし−１５からである。斯かる悪影
響を避けるため、レンズの開口数を太きくして光の照射
領域を微小領域に絞り込んでも、従来装置の構成ではパ
ターンエツジと異物を区別することはできない。

何故なら、レンズの開口数が太きいと多方向から光が照
射されることになり、パターンエツジからの散乱光の指
向性が失われ異物からの散乱光と区別できなくなるため
である。つまり、１点を照明する方法で照明領域を小さ
くするには限界がある。

本発明の目的は、サブミクロンオーダの微小異物や薄膜
状異物でも弁別できるパターンヒ異物弁別装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被検査試料上の一点を入射角ｉ（〈９０°
）の指向性の良い光線で互いに異なる方向から照射する
。（≧２の整数）個の照明源と、前記被検査試料からの
反射光を結像する開口数Ｎ。

Ａ、のレンズを前記ｍ個の照明源の配置位置に対して ＃、　ｊ４．　＜ｍｉ　−ｍ（π／　２ｍ　）　　−曲
−・−（１１の関係を満たすように配置した１つの光学
検出系と、前記レンズの結像位置に設置された光検出器
と、前記ｍ個の照明源から照射され前記被検査試料で反
射された光またはその前記光検出器による検出信号を前
記照明源対応に分離する分離手段と分離して得た前記各
検出信号の論理積をとる信号処理手段とを備えることで
、達成される。

〔作用〕

複数の照明源と反射光検出レンズとを前記（１）式を満
たすように配置することで形成された空間フィルタによ
り、パターンエツジからの指向性の高い反射光の大部分
は除去される。また、照明光として指向性の高い光線た
とえばレーザ光を使用するので照明領域が太きくなり、
開口数Ｎ、　Ａ、の大きいレンズが使用できる。このた
め、検出領域を微小領域１例えば、具体的にいうと、０
．１μｍの異物を検出するのに適当とされる０、５μｍ
四方〜３μｍ四方の領域に絞り込むことが可能となる。

更に、多方向照明１方向検出方式なので、いずれかの照
明源からの照射に対してパターンエツジからの反射光が
検出されないときがある。これに対して異物は全ての照
明源からの照明光を散乱する。従って、照明源対応に反
射光あるいはその検出信号を分離し論理積をとることで
、微小異物や薄膜状異物をパターンエツジから弁別可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は１本発明の第１実施例に係るパターン／異物弁
別装置の構成図である。本実施例に係るパターン／異物
弁別装置は、レチクル等の被検査試料１を載置するステ
ージ部５と、反射照明部１４と、透過照明部１９と、検
出部２２と、信号処理部４６と、制御部３６から成る。

ステージ部５は、被検査試料１を載置するステージ２と
、被検査試料１をステージ２に機械的に固定するクラン
プ３と、ステージ２を後述するマイクロコンピュータ３
４からの指示によりＸ方向およびＹ方向に駆動するステ
ージ駆動系４から成る。

ステージ２は、例えば、Ｘ方向への各０．１秒の等加速
運動１等速運動１等減速運動を２分の１周期とし、最高
速度約１ｒｌＬ／秒、振幅２００■の周期運動をする。

そして、Ｘ方向の等加速時間と等減速時間に同期してＹ
方向に０．１５■ずつステップ状に送る。１回の検査時
間に６７０回送ると、約１３０秒で１００ｍ送ることが
できる。これにより、　　１００■四方の領域を約１３
０秒で走査できる。

尚、ステージ２は、本実施例のＸＹステージに限定され
るものではない。例えば、第２図に示すＸθステージを
使用することもできる。第２図のＸθステージは、Ｘス
テージ４２と、Ｘステージ駆動系４と、θステージ３８
と、θステージ５８の底部外周に刻設された歯３９と噛
み合うギア４ｏを回転させるθステージ駆動系４１と、
被検査試料１を憶うマスク３７と、クランプ３から成る
。例えば、θステージ３９は４回／秒で等速回転し、Ｘ
ステージ４２は０．６■／ｓｅｅの等速で約７０■送ら
れる。従って、１００■四方の領域は約１２０秒で走査
される。このとき、θステージ３８に固定されたマスク
５７により検査領域以外は遮光される。

第１図の透過照明部１９は、被検査試料１の斜め下側に
配された４個の高速スイッチングが可能なレーザダイオ
ード１５．１６．１７．１８で構成される。

反射照明部１４は、被検査試料１の斜め上側に配された
４個の高速スイッチングが可能なレーザダイオード６．
７．Ｂ、９と、各レーザダイオード６．７，８゜９に夫
々駆動パルス電力を供給するレーザダイオード駆動源１
０．１　＋、　１２．１５から成る。各レーザダイオー
ド駆動源１０，１１，１２．１３は、前記透過照明部１
９の夫々のレーザダイオード１５．１６．１７．１８に
も接続され、一対のレーザダイオード６と１５．７と１
６゜８と１７，９と１８が同時にレーザビームを照射す
るようになっている。

反射照明部１４０４個のレーザダイオード６〜９と透過
照明部１９０４個のレーザダイオード１５〜１８は、夫
々被検査試料１に対して面対称な位置に配置され、これ
ら８個のレーザダイオードは、被検査試料１上の同一の
１点に向けて入射角ｉ　−６０’でレーザビームを照射
するようになっている。第３図は、第１図のＩ［［−１
線矢視図である。４個のレーザダイオード６〜９は、夫
々の入射面が隣り合うレーザダイオードの入射面に対し
て４５°の角度になるように固定されている。

検出部２２は、被検査試料１の真上に配された１つの対
物レンズ２０と、該対物レンズ２ｏによる結像を電気信
号に変換する例えば−次元ピンシリコンフォトダイオー
ドプレイで成る検出器２１で構成される。この対物レン
ズ２０の開口数Ｎ、　Ａ、は５次式（１）を満たすよう
に設定されている。

Ｎ、　Ａ、　＜幽ｉ・虐（π／２ｍ　）　　旧・・・叩
・・叩・山・・＋１）斯かる対物レンズ２ｏは、第（１
）式を満たすレンズをそのまま使用しても良いし、また
、絞りＫよってその開口数Ｎ、　Ａ、を第（１）式を満
たすようにしてもよい。ここで、ｉはレーザダイオード
６〜９の入射角であり、罵はレーザダイオード６〜９の
個数である。つまり、本実施例では、１＝６０°でｒｎ
ｍ　４であるので、レンズ開口舷Ｎ、　Ａ、は０．３３
となる。尚、第＋１）式中の（π／ｒｎ）は、隣り合う
レーザダイオードの入射面の角度４５°である。

制御部３６は、パルス（タイミング）発生器２４とマイ
クロコンピュータ６４と、出力装置３５からなる。

パルス発生器２４は、マイクロコンピュータ３４からの
指示によりレーザダイオード駆動源１０，１１，１２゜
１３に順次制御パルスを出力し、レーザダイオード（６
と１５）→（７と１６）→（８と１７）→（９と１８）
の順に発光させる。また、これに同期したパルスを信号
処理部４３の遅延回路（シフトレジスタ）２９〜５２に
送ってこれらを作動させる。

信号処理部４３は、検出器２１の１画素毎に設けられ（
第１図には１つの信号処理部のみ図示しである。）、検
出器２１の検出信号を２値化する２値化回路２５と、該
２値化回路２３の出力信号および前記レーザダイオード
駆動源１０〜１３に夫々供給されるパルス発生器２４の
出力パルス信号を入力とする４個の２人カアンド回路２
５．２６．２７．２８と、アンド回路２５の出力信号を
遅延させる４段シフトレジスタ２９と、アンド回路２６
の出力信号を遅延させる３段シフトレジスタ３０と、ア
ンド回路２７の出力信号を遅延させる２段シフトレジス
タ３１と、アンド回路２８の出力信号を遅延させる１段
シフトレジスタ３２と、これら４イ固のシフトレジスタ
２９〜３２の出力信号の論理積をとりその結果を前記マ
イクロコンピュータ３４に送る４人カアンド回路３３か
ら成る。

このように遅延段数が１つずつ異なるシフトレジスタ２
９〜３２を設けたので、４回に分けて被検査試料１をレ
ーザビームで照射した結果が同時にアンド回路３３に取
り込まれる。

マイクロコンピュータ３４は、各信号処理部４３のアン
ド回路３３から送られてくる信号を、ステージ駆動系４
への駆動制御信号と同期して取り込み。

異物が存在した場合、即ちアンド回路３３の出力がハイ
レベルになったとき、その時のステージ２の座標位置を
記憶すると共にプリンタやディスプレイ装置等の出力装
置に検査結果を出力する。

次に、上述した構成のパターン／異物弁別装置の動作に
ついて説明する。

被検査試料１がステージ２に載置され、マイクロコンピ
ュータ３４からの制御信号でパルス発生器２４が作動す
る。先ず、第１タイミングでレーザダイオード６および
１５が約１００ナノ秒間パルス発光する。このレーザビ
ームの照射時にレンズ２０で集光された光は検出器２１
で電気信号に変換される。

この信号は２値化回路２３で２値化され、アンド回路２
５を通して４段シフトレジスタ２９に取り込まれる。

前記第１パルス発光が終了して約１００ナノ秒後に、第
２タイミングでレーザダイオード７と１６が約１００ナ
ノ秒間パルス発光し、このときの検出信号が３段シフト
レジスタ３０に取り込まれる。またこの第２タイミング
で、４段シフトレジスタ２９に取り込まれていたデータ
が１段シフトする。

前記第２パルス発光が終了して約１００ナノ秒後に、第
３タイミングでレーザダイオード８と１７が約１００ナ
ノ秒間パルス発光し、このときの検出信号が２段シフト
レジスタ３１に取り込まれる。捷たこの第３タイミング
で、４段シフトレジスタ２９と３段シフトレジスタ３０
に取り込まれていたデータが１段シフトする。

前記第３パルス発光が終了して約１００ナノ秒後に、第
４タイミングでレーザダイオード９と１８が約１００ナ
ノ秒間パルス発光し、このときの検出信号が１段シフト
レジスタ３２に取り込まれる。またこの第４タイミング
で、４段シフトレジスタ２９と３段シフトレジスタ３０
と２段シフトレジスタ６１に取り込まれていたデータが
１段シフトする。

次のタイミングで、各シフトレジスタ２９〜６２内のデ
ータはアンド回路３３に同時に入力し、アンド回路３３
の出力信号がマイクロコンピュータ３４に送られる。そ
して、マイクロコンピュータ６４からの制御信号でステ
ージ２が移動され１次の検査領域で上記手順が繰り返さ
れる。

斯かる検出動作によりどのようにして微小異物が検出さ
れるかを、第４図〜第１０図を用いて説明する。

第４図および第５図は、被検査試料の部分平面図および
部分断面図である。両図において、５６はガラス基板、
１はレチクル等の被検査試料、４５はパターン、　５４
，５Ａｂは検査領域、５７はパターン上以外の微小異物
、５８はパターン上の異物、７１ハパターン欠陥、５１
はパターンエツジ％５５はパターンコーナ一部である。

第６図は、一般の回折現象を説明する図である。

パターン４５に入射角ｉで入射する光束４６は、パター
ンエツジで光束４７　、４８として回折する。第６図で
は、レンズ２０に接する球面４９を考え、光束４６〜４
８とこの球面４９との交点を見てみる。第７図および第
８図は第６図の平面図および側面図である。

回折光束４７．４８を結ぶ曲線は回折の理論より第８図
に示すように円５０となる。これを第７図に示すと直線
になる。つまり、パターン４５のパターンエツジによる
回折光は１円５０の方向に射出する。ここで、パターン
４５と円５０とは垂直になる。

従って、パターン４５のエツジ５１の方向が、第７図に
示す範囲５２内にある場合は１回折光はレンズ２０に取
り込まれる。しかし、範囲５３内にある場合は、取り込
まれない。これは、実験により確認されている。第９図
は、レンズ２０の開口数Ｎ、　Ａ。

−０，５，１＝６０°のときのエツジ５１方向と入射面
のなす角度θと、パターンエツジ５１からの検出器２１
の検出信号の強度との関係を示すグラフである。

このグラフから分かるように、・−３０°〈θり＋３０
゜の範囲における検出信号の強度に対し、それ以外の範
囲での検出信号の強度は１１５００になる。

つまり、次の第（２）式の条件が成立するときのみパタ
ーンエツジからの回折光が開口数Ｎ、　Ａ、のレンズ２
０に取り込まれることになる。

＃、Ａ、＞ｄｎｉ一部θ　・・−・・・・・・・・・・
・・・・・＋２１従って、第４図に示す場合、検出視野
５４内に第（２）式を満たすパターンエツジが存在しな
いので、異物５７からの散乱光のみがレンズ２０に取り
込まれ異物５７だけが検出される。一方、検出視野が５
４ｈのときは、パターンエツジが検出されてし１う。

しかし、本発明では、多方向照明１方向検出方式なので
、検出視野が５４ｂの場合であっても、パターンエツジ
を異物とし【誤検出することはない。

これを、第１０図を使用して説明する。

第１０図は、パターンエツジ角度θと１発光したときそ
のパターンエツジが検出されてしまうレーザダイオード
の関係を示したものである。レーザダイオード６が発光
するとエツジ角度θが範囲６０内にあるパターンエツジ
が検出されてしまい、レーザダイオード７が発光すると
エツジ角度θが範囲７０内にあるパターンエツジが検出
されてしまいレーザダイオード８が発光するとエツジ角
度θが範囲８０内にあるパターンエツジが検出されてし
まい、レーザダイオード９が発光するとエツジ角度θが
範囲９０内にあるパターンエツジが検出されてしまう。

しかし、第１０図から明らかなように、いかなる角度θ
のパターンエツジでも、レーザダイオード６〜９が発光
したときいつでも検出されてし捷うということはない。

従って、アンド回路３３で論理積をとれば、パターンエ
ツジを異物として誤検出することはない。また、２つの
パターンエツジが交わるコーナ一部５５を考える。コー
ナ一部５５は、エツジの方向が００〜９ｏ０に徐々に変
化する様々なエツジの集合と見ることができる。つまり
エツジの角度θは、００〜９０’であるため、４つのレ
ーザダイオードのうち必ず１つのレーザダイオードでは
輝くことはない。従って、上述と同様にこれを異物とし
て誤検出することはない。本実施例の場合、４個のレー
ザダイオード６〜９を用いているので　００〜１３５°
の広い範囲で変化するとみなせるパターンコーナ一部が
検出視野内にあると、全てのレーザダイオードの発光で
該コーナ一部が輝いてしまい、これを異物と同様に検出
してしまう。しかし、通常の半導体装置製造工程で使用
するパターンにはこのような特殊なパターンコーナ一部
は極めて少ないので、仮にこれを異物と誤検出してもさ
ほど問題とはならない。

以上の説明から明らかなように、検出視野が広いとパタ
ーンエツジの方向が００〜１８ｏ０で変わるため、パタ
ーンエツジと異物とを弁別できなくなる。しかし、本実
施例では、レーザビームの多方向照射１方向検出方式を
採用し対物レンズの開口数Ｎ、　Ａ、を第（１）式を満
たすように設定しているので、検出視野をパターン寸法
より狭くでき、パターンエツジを異物として誤検出する
ことはない。

しかも、狭い検出視野内に第４図に示すようなパターン
欠陥７１があると、パターン欠陥７１は０°〜１８０°
で変化するエツジの集合とみなせるので、これを異物と
同様に検出できる。また、異物での散乱光と異なりパタ
ーンエツジでの回折光が回折現象に従って対物レンズに
殆ど入射しないという現象を利用しているので、偏光を
用いる方法に較べ極めて高い弁別比で微小異物や薄膜状
異物を弁別できる。被検査試料１のパターン４５上にあ
る異物５８に対し、ガラス基板５６上にある異物５７は
、その検出信号が小さくなる。しかし１本実施例では透
過照明部１９を設けているので、異物５７からの検出信
号は異物５８からの検出信号と同程度になり、検出もれ
が起きることはない。尚１本実施例ではレーザダイオー
ドをスイッチング動作させたが。

連続発振レーザなシャッタでオンオフさせるようにして
もよいことはいうまでもない。

上述した第１実施例に係るパターン／異物弁別装置では
、各レーザダイオード対応に検出信号を分離させるため
、各レーザダイオードをスイッチング動作させているが
、他の方法で各レーザダイオード対応に検出信号を分離
する構成としても良い。例えば、第１１図は、本発明の
第２実施例に係るパターン／異物弁別装置の信号分離手
段の構成図である。本実施例では、第１実施例における
レーｖｐ−’ｒオード６（１５，７α１１９．８（［７
１，９αｌとして、その出力レーザ光の波長が夫々異な
るものを使用し、対物レンズ２０の後方に波長分離ミラ
ー６１，６２゜６３を設置し、各ミラー６１〜６３を透
過した検出光及び各ミラー６１〜６３で分離された検出
光を夫々検出器２１，２１α、２１Ａ、２１ｃで電気信
号に変換し、更に２値化回路２５．２５ａ、　２３ｂ、
　２３ｃで夫々２値化したあとアンド回路５３で論理積
をとる様にしている。斯かる構成でも、第１実施例と同
じ効果が得られる。

尚、本発明のパターン／異物弁別装置は、シェリーシン
法および位相差顕微鏡の原理を参考にしたものであるが
、これらに関する参考文献とじて例えば、久保田広著「
応用光学ＪＰ１２９〜Ｐ１３６（岩波全書）がある。ま
た、回折現象に関しては同書のＰ１０６〜Ｐ１４５に述
べられている。更に、散乱現象に関する参考文献として
、ポルン、ウルフ著「プリンスプルズ　オプ　オプテイ
クス」ｐ６２７〜ｐ　６６４　　（Ｂｏｒ＋％　＆Ｆ６
ん＋　　ＰｒｉｎｚｐＬｇｚ　　ｏｆＯｐｔｉｃｓ　）
がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微小異物や薄膜状異物でもパターンエ
ツジと区別して検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るパターンと図は被検
査試料表面の拡大図、第５図は第４図の■−Ｖ線断面図
、第６図は光の回折現象を説明する図、第７図および第
８図は夫々第６図の平面図および側面図、第９図はパタ
ーンエツジ角度とその検出信号の強度との関係を示すグ
ラフ、第１０図は第１実施例の４個のレーザダイオード
の位置とそれらの発光で検出されるパターンエツジ方向
との関係を説明する図、第１１図は本発明の第２実施例
に係るパターン６異物弁別装置の検出信号分離手段の構
成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被検査試料上の一点を入射角ｉ（＜９０°）の指向
   性の良い光線で互いに異なる方向から照射するｍ（≧２
   の整数）個の照明源と、前記被検査試料からの反射光を
   結像する開口数Ｎ．Ａ．のレンズを前記ｍ個の照明源の
   配置位置に対してＮ．Ａ．＜ｓｉｎ　ｉ・ｓｉｎ（π／
   ２ｍ）の関係を満たすように配置した１つの光学検出系
   と、前記レンズの結像位置に設置された光検出器と、前
   記ｍ個の照明源から照射され、前記被検査試料で反射さ
   れた光またはその前記光検出器による検出信号を前記照
   明源対応に分離する分離手段と、分離して得た前記各検
   出信号の論理積をとる信号処理手段とを備えてなること
   を特徴とするパターンと異物弁別装置。