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技術 異物等の欠陥検出方法および検査装置

出願人 株式会社日立製作所
発明者 宍戸弘明松本俊一
出願日 1994年6月22日 (26年6ヶ月経過) 出願番号 1994-139848
公開日 1995年3月17日 (25年9ヶ月経過) 公開番号 1995-072093
状態 拒絶査定
技術分野 光学的手段による材料の調査の特殊な応用 半導体等の試験・測定
主要キーワード 任意設定値 直線空間 各光源波長 一定区画 散乱光パターン 微小凹凸表面 欠陥検出データ 設定値分
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年3月17日)のものです。
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図面 (20)

目的

本発明は、ホトマスク等の回路パターン基板、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微細異物等の欠陥等の欠陥を安定して検出する装置を提供することにある。

構成

試料表面側(2、20、波長約780nm)および試料裏面側(3、30、波長約488nm)から斜方照明を行い、試料表面側のNA0.4以上の光学系(41)で、発生する散乱光集光照明方向別に波長分離して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタ(44、444)により回路パターンからの回折光遮光検出器(51)上に結像させる検出光学系(4)と、検出器の検出値照明むらに合わせて補正する回路(113、123)と2×2画素の検出値の加算値を求める回路および検出器がその周囲4方向へ1画素ずつシフトした4つの加算値の最大値を求める回路(114、124)と、最大値をの2値化結果の論理積を求める回路(57)等から構成される。

概要

背景

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、より微小サブミクロンオーダーあるいはそれ以下のディープサブミクロンオーダー異物の存在も許容されなくなってきている。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回折光が発生するため、この回折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。その1は、直線偏光レーザと、特定の入射角度で該レーザ光を斜めから照射する手段と、偏光板およびレンズを用いた斜方集光光学系を特徴とする異物検査装置(例えば、特開昭54−101390)で、直線偏光を照射した際、回路パターンからの回折光と異物からの散乱光では、光の偏光方向が異なることを利用し、異物だけを輝かせて検出するものである。その2として、レーザ光を斜方から被検査試料に照射し走査する手段と、該レーザ光の照射点集光点面がほぼ一致するように被検査試料の上方に設けられ、該レーザ光の散乱光を集光する第1のレンズと、該第1のレンズのフーリエ変換面に設けられ被検査試料の回路パターンからの規則的回折光を遮光する遮光板と、遮光板を通して得られる異物からの散乱光を逆フーリエ変換する第2のレンズと、該第2のレンズの結像点に設けられ被検査試料上のレーザ光照射点以外からの散乱光を遮光するスリットと、該スリットを通過した異物からの散乱光を受光する受光器とから構成された異物検査装置が開示されている(例えば、特開昭59−65428号公報および特開平1−117024号公報および特開平1−153943号公報)。この装置は、回路パターンが一般的に視界内で同一方向か或いは2〜3の方向の組合せで構成されていることに着目し、この方向の回路パターン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することにより、異物からの散乱光だけを強調して検出しようとするものである。

その3は、回路パターンエッジ部で生じた回折光には指向性があるが、異物による散乱光には指向性がないことに着目し、試料の表面側および裏面側の斜方に設置した検出器のそれぞれの検出出力を比較することで異物の付着面や形状等を判別する構成のものである(例えば、特開昭58−62543号公報、特開昭63−33648号公報)。その4は、回路パターンエッジからの回折光は或る特定の方向にのみ集中して行くのに対して、異物からはすべての方向に散乱していくという現象を利用し、複数の検出器を試料表面側の斜方に配置して異物を弁別するものである。(例えば、特開昭60−154634号公報および特開昭60−154635号公報)また、その5は、1次元固体撮像素子の様なアレイ状の検出器を使用した場合、アレイを構成する各画素と画素とにまたがって異物が検出された場合、異物からの出力が複数の画素に分散されて検出される。結果として、検出器からの出力は分散された分だけ小さなものとなり、異物を見逃す可能性がある。これを避ける発明として特開昭61−104242号公報にはアレイ状の検出器の配置を試料台の走査方向に対して傾斜させる方法が、また特開昭61−104244号公報、特開昭61−104659号公報には、特殊な形状・配列の、アレイ状検出器を使用する方法が記述されている。また、その6は、照明むらや、変動は、検出の再現性や精度に影響をおよぼすが、特開昭53−005525号公報にアレイ状の検出画素に対して照明のむらによる検出の誤差補正する基本的な考えが、また、特開昭60−038827号公報に散乱光の強度を予め測定した標準試料を用いて、自動校正する発明が記載されている。また、その7は、レチクル等に異物等の付着防止のために設けられたペリクル膜のために発生する光損失による検出出力の変化を補正するため、ペリクルに対して垂直にビーム入射し、入射前後の光量比からペリクルによる光損失(或いは透過率)を測定、検査時の検出値を補正する発明が特開平4−151663号公報に記載されている。

また、その8は、特開昭56−132549号公報には、大きな異物から発生する多量の散乱光を多数の小異物からの散乱光と誤認しないための発明が記載されている。また、目的、構成、効果が異なるが、被検査試料の表面、裏面からの照明を行う検査方式に関する発明が特開昭47−41784号公報および特開昭63−33649号公報などに、多種の波長の照明による検査方式に関する発明が特開昭52−88085号公報および特開平2−61540号公報に記載されている。なお、微小異物検査に関連する方法および装置として、シュリーレン法位相差顕微鏡有限の大きさの光源の回折像等に関する技術が、例えば、久保田 広著、応用光学(岩波全書)第129頁〜第145頁に記載されている。

概要

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等の欠陥等の欠陥を安定して検出する装置を提供することにある。

試料表面側(2、20、波長約780nm)および試料裏面側(3、30、波長約488nm)から斜方照明を行い、試料表面側のNA0.4以上の光学系(41)で、発生する散乱光を集光、照明方向別に波長分離して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタ(44、444)により回路パターンからの回折光を遮光、検出器(51)上に結像させる検出光学系(4)と、検出器の検出値を照明むらに合わせて補正する回路(113、123)と2×2画素の検出値の加算値を求める回路および検出器がその周囲4方向へ1画素ずつシフトした4つの加算値の最大値を求める回路(114、124)と、最大値をの2値化結果の論理積を求める回路(57)等から構成される。

目的

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等の欠陥等の欠陥を、簡単な構成で容易に回路パターンから分離し、安定して検出ことができる異物等の欠陥検出方法およびそれを実行する装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
9件

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請求項1

遮光膜光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造時、あるいは該試料保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、前記を載置して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、前記基板のパターン面に反射照明を行う第1の照明系と、透過照明を行う第2の照明系と、直接反射光および直接透過光集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集光して、照明方向別に光線分離し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタによりパターンからの回折光および散乱光を遮光して、各々第1、第2の検出器上に結像する検出光学系と、検出結果を前記基板試料上の異物等の欠陥データとして演算表示する信号処理系とを備えることを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置において、前記第1、第2の検出器の出力を比較手段により異物等の欠陥の検出を判定する手段を備えたことを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項2

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置において、前記を載置して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、前記基板のパターン面をその表面側から照明する第1の照明系と、前記パターン面の表面側に位置し、該第1の照明系の照射による直接反射光は集光せず、該第1の照明系の照射による基板から発生する散乱光および回折光を集光して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタによりパターンからの回折光を遮光して、第1の検出器上に結像する第1の検出光学系と、前記基板のパターン面を、その表面側から照明する第2の照明系と、前記パターン面の裏面側に位置し、該第2の照明系の照射による直接透過光は集光せず、該第2の照明系の照射による基板から発生する散乱光および回折光を集光して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタによりパターンからの回折光を遮光して、第2の検出器上に結像する第2の検出光学系と、第1、第2の検出器による検出結果を前記基板試料上の異物等の欠陥データとして演算表示する信号処理系とを備えることを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置において、前記第1、第2の検出器の出力の比較手段により異物等の欠陥の検出を判定する手段を備えたことを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項3

上記比較手段は、上記第1、第2の検出光学系の検出器の出力をしきい値を設定した2値化手段により2値化した第1、第2の2値化結果を、必要に応じて前記第1、第2の検出結果を論理積演算手段によって演算した論理積演算結果を検出結果とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項および第2項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項4

上記比較手段は、上記第1の検出光学系の検出器の出力を2個の異なる高いしきい値と低いしきい値を設定した2個の2値化手段により2値化した高いしきい値による第1の2値化結と低いしきい値による第3の2値化結果と、上記第2の検出光学系の検出器の出力をしきい値を設定した2値化手段により2値化した第2の検出結果から、必要に応じて前記第1、第2の2値化結果を論理積演算手段によって演算した論理積演算結果を、第3の2値化結果と論理和演算した論理和演算結果を検出結果とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項および第2項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項5

必要に応じ、上記第1、第2のそれぞれの検出器の検出画素による第1、第2の1画素検出結果と、該検出画素の周囲2画素以上の検出出力加算値または平均値である第1、第2の複数画素検出結果から、第1の1画素検出結果と第1の複数画素検出結果とを比較した結果を上記第1の検出出力とし、第2の1画素検出結果と第2の複数画素検出結果とを比較した結果を上記第2の検出出力とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項および第4項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項6

上記比較手段は、上記第1、第2のそれぞれの検出器の検出画素による検出出力をしきい値を設定した2値化手段により2値化した第1、第2の1画素2値化結果と、該検出画素の周囲2画素以上の検出出力の加算値または平均値をしきい値を設定した2値化手段により2値化した第1、第2の複数画素2値化結果とにより、第1の1画素2値化結果と第1の複数画素2値化結果との論理和を演算した論理和演算結果を上記第1の2値化結果とし、第2の1画素2値化結果と第2の複数画素2値化結果との論理和を演算した論理和演算結果を上記第2の2値化結果とすることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項7

上記第1の照明系の光源波長を概ね波長780nmとし、上記第2の照明系の光源の波長を概ね波長488nmあるいは概ね波長488nmおよび概ね波長515nmとしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、、第5項および第6項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項8

上記検出を望む異物等の欠陥の最小寸法をdとしたとき、上記第1の照明系の光源の波長を概ね波長1.6dとし、上記第2の照明系の光源の波長を概ね波長1.0dあるいは概ね波長1.0d近傍の複数の波長としたことを特徴とする、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、、第5項および第6項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項9

上記第1の照明系の光源の波長を概ね波長600nm以上800nm以下の波長範囲のうち、単一または複数の波長とし、上記第2の照明系の光源の波長を波長450nm以上550nm以下の波長範囲のうち、単一または複数の波長としたことを特徴とする、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、第5項および第6項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項10

上記第1、第2の検出器の検出出力を、あらかじめ採取した第1、第2の照明系による照明光の試料上での照度分布によって補正を行う手段を設けたことを特徴とする、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、第5項、第6項、第7項、第8項、および第9項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項11

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造時、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、前記を載置して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、前記基板のパターン面に照明を行う照明系と、該照明系による直接反射光および直接透過光は集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集光して、検出器上に結像する検出光学系と、該検出器の検出出力をあらかじめ設定されたしきい値によって、2値化して異物等の欠陥検出を判定し、該判定結果を前記基板試料上の異物等の欠陥データとして演算表示する信号処理系とを備えることを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置において、該ステージ上の透明あるいは半透明基板上に形成された標準試料によって、あらかじめ採取した該照明系による照明光の試料上での照度分布にから、該検出器の検出出力の補正を行う手段を設けたことを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項12

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造時、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、前記を載置して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、前記基板のパターン面に照明を行う高輝度な第1の照明系と、該第1の照明系による直接反射光および直接透過光は集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集光して、第1の検出器上に高分解能で結像する第1の検出光学系と、前記第1の照明系、第1の検出光学系とは別に、第1の照明系と比較して広い視野を照明する第2の照明系と、該第2の照明系による直接反射光および直接透過光は集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集光して、第1の検出光学系と比較して広い視野で第2の検出器上に結像する第2の検出光学系と、該検出器の検出出力をあらかじめ設定されたしきい値によって、2値化して異物等の欠陥検出を判定し、該判定結果を前記基板試料上の異物等の欠陥データとして演算表示する信号処理系とを備えることを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項13

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造時、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、前記を載置して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、前記基板のパターン面に透過照明を行う照明系と、該照明系による直接反射光および直接透過光は集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集光して、検出器上に結像する検出光学系と、該検出器の検出出力をあらかじめ設定されたしきい値によって、2値化して異物等の欠陥検出を判定し、該判定結果を前記基板試料上の異物等の欠陥データとして演算表示する信号処理系とを備えることを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置において、被検査試料屈折率、厚みに応じて、前記照明系の照明位置を補正する手段を設けたことを特徴とする異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項14

上記照明系の照明位置補正手段は、照明系の光路を、被検査試料平面に対して平行に移動する機構であることを特徴とする、特許請求の範囲第13項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項15

上記照明系の照明位置補正手段は、照明系の入射角度を変化させる機構であることを特徴とする、特許請求の範囲第13項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項16

上記照明系の照明位置補正手段は、照明系と被検査試料の間に、挿入される透明あるいは半透明基板であることを特徴とする、特許請求の範囲第13項記載の異物等の欠陥の検出方法および検査装置。

請求項17

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造工程中、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、製造工程中のパターン形成状況、および異物等の欠陥の付着位置によって、異物等の欠陥の最小検出可能感度を異なるものとする異物等の欠陥検出方法および検査装置。

請求項18

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造工程中、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、製造工程中のパターン形成前の検査時には最小検出可能感度をd0とし、パターンの形成後の検査時には最小検出可能感度をd1(d0≦d1)とする異物等の欠陥検出方法および検査装置。

請求項19

遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造工程中、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、製造工程中のパターン形成前の検査時には最小検出可能感度をd0とし、パターンの形成後の検査時には、遮光膜上に付着したの異物等の欠陥に対しては最小検出可能感度をd2とし、光半透過膜、あるいは光透過膜、あるいは膜の形成されない部位等の光透過、光半透過部分上に付着した異物等の欠陥に対しては最小検出可能感度をd3(d0≦d2≦d3)とした検出方法および検査装置。

請求項20

多層の、遮光膜、光半透過膜、あるいは光透過膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板試料の製造工程中、あるいは該試料の保管時、運搬時、使用時に用いられる該試料上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検出方法および検査装置において、製造工程中のパターン形成前の検査時には最小検出可能感度をd0とし、中間層のパターンの形成後の検査時には最小検出可能感度をd1(d0≦d1)とし、中間層のパターンの上に成膜がなされ、パターン形成前の検査時には最小検出可能感度をd2(d2≦d1)とし、最終層のパターンの形成後の検査時には、遮光膜上に付着したの異物等の欠陥に対しては最小検出可能感度をd3とし、光半透過膜、あるいは光透過膜、あるいは膜の形成されない部位等の光透過、光半透過部分上に付着した異物等の欠陥に対しては最小検出可能感度をd4(d2≦d4≦d3)とした検出方法および検査装置。

技術分野

0001

本発明は、レチクルホトマスク等(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等の欠陥を検出する欠陥検査装置係り、特に、ディープサブミクロンオーダー微細な異物等の欠陥を、簡単な構成で、レチクル等の製造工程およびレチクル等の回路パターンをウェハ上に転写する前に行なわれる前記レチクル等の異物等の欠陥を検出する検査方法およびその装置に関する。

背景技術

0002

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あるいはそれ以下のディープサブミクロンオーダー異物の存在も許容されなくなってきている。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回折光が発生するため、この回折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。その1は、直線偏光レーザと、特定の入射角度で該レーザ光を斜めから照射する手段と、偏光板およびレンズを用いた斜方集光光学系を特徴とする異物検査装置(例えば、特開昭54−101390)で、直線偏光を照射した際、回路パターンからの回折光と異物からの散乱光では、光の偏光方向が異なることを利用し、異物だけを輝かせて検出するものである。その2として、レーザ光を斜方から被検査試料に照射し走査する手段と、該レーザ光の照射点集光点面がほぼ一致するように被検査試料の上方に設けられ、該レーザ光の散乱光を集光する第1のレンズと、該第1のレンズのフーリエ変換面に設けられ被検査試料の回路パターンからの規則的回折光を遮光する遮光板と、遮光板を通して得られる異物からの散乱光を逆フーリエ変換する第2のレンズと、該第2のレンズの結像点に設けられ被検査試料上のレーザ光照射点以外からの散乱光を遮光するスリットと、該スリットを通過した異物からの散乱光を受光する受光器とから構成された異物検査装置が開示されている(例えば、特開昭59−65428号公報および特開平1−117024号公報および特開平1−153943号公報)。この装置は、回路パターンが一般的に視界内で同一方向か或いは2〜3の方向の組合せで構成されていることに着目し、この方向の回路パターン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することにより、異物からの散乱光だけを強調して検出しようとするものである。

0003

その3は、回路パターンエッジ部で生じた回折光には指向性があるが、異物による散乱光には指向性がないことに着目し、試料の表面側および裏面側の斜方に設置した検出器のそれぞれの検出出力を比較することで異物の付着面や形状等を判別する構成のものである(例えば、特開昭58−62543号公報、特開昭63−33648号公報)。その4は、回路パターンエッジからの回折光は或る特定の方向にのみ集中して行くのに対して、異物からはすべての方向に散乱していくという現象を利用し、複数の検出器を試料表面側の斜方に配置して異物を弁別するものである。(例えば、特開昭60−154634号公報および特開昭60−154635号公報)また、その5は、1次元固体撮像素子の様なアレイ状の検出器を使用した場合、アレイを構成する各画素と画素とにまたがって異物が検出された場合、異物からの出力が複数の画素に分散されて検出される。結果として、検出器からの出力は分散された分だけ小さなものとなり、異物を見逃す可能性がある。これを避ける発明として特開昭61−104242号公報にはアレイ状の検出器の配置を試料台の走査方向に対して傾斜させる方法が、また特開昭61−104244号公報、特開昭61−104659号公報には、特殊な形状・配列の、アレイ状検出器を使用する方法が記述されている。また、その6は、照明むらや、変動は、検出の再現性や精度に影響をおよぼすが、特開昭53−005525号公報にアレイ状の検出画素に対して照明のむらによる検出の誤差補正する基本的な考えが、また、特開昭60−038827号公報に散乱光の強度を予め測定した標準試料を用いて、自動校正する発明が記載されている。また、その7は、レチクル等に異物等の付着防止のために設けられたペリクル膜のために発生する光損失による検出出力の変化を補正するため、ペリクルに対して垂直にビーム入射し、入射前後の光量比からペリクルによる光損失(或いは透過率)を測定、検査時の検出値を補正する発明が特開平4−151663号公報に記載されている。

0004

また、その8は、特開昭56−132549号公報には、大きな異物から発生する多量の散乱光を多数の小異物からの散乱光と誤認しないための発明が記載されている。また、目的、構成、効果が異なるが、被検査試料の表面、裏面からの照明を行う検査方式に関する発明が特開昭47−41784号公報および特開昭63−33649号公報などに、多種の波長の照明による検査方式に関する発明が特開昭52−88085号公報および特開平2−61540号公報に記載されている。なお、微小異物検査に関連する方法および装置として、シュリーレン法位相差顕微鏡有限の大きさの光源の回折像等に関する技術が、例えば、久保田 広著、応用光学(岩波全書)第129頁〜第145頁に記載されている。

発明が解決しようとする課題

0005

前述したように、集積度の増大にともなって、検出すべき異物等の欠陥が小さくなるに従い、LSIの製造に影響をおよぼす異物等の欠陥の見逃しの増加が問題となり、それに対処することが課題となってきた。前記従来技術その1(例えば、特開昭54−101390)においては、微小異物等の欠陥からの散乱光の偏光方向と、回路パターンエッジからの回折光の偏光方向との差異が小さくなることから微小な異物等の欠陥の弁別検出に対しては新たな考案が求められていた。

0006

つぎに前記従来技術その2(例えば、特開昭59−65428号公報および特開平1−117024号公報および特開平1−153943号公報)は、異物等の欠陥からの散乱光を遮光板によって回路パターンからの回折光と分離し、かつスリツトにより異物等の欠陥からの散乱光のみを検出するもので、異物等の欠陥を簡単な2値化法により検出するため検出機構が簡単になる特徴を有するが、前記回路パターンの交差部分からの回折光には、直線部分からの回折光のように特定位置に偏る傾向は小さく、前記空間フィルタにより回路パターンの交差部分からの回折光を完全に遮光することはできず、また、近年のLSI高集積化に伴うミクロンオーダーの微細構造パターンを有する回路パターンから発生する回折光は、異物等の欠陥からの散乱光と挙動が類似してきているため一層前記傾向が強く、簡単な2値化法により微小な異物等の欠陥を回路パターンから分離して検出することが事実上困難であり、新たな考案が求められていた。

0007

また、前記従来技術その3(例えば、特開昭58−62543号公報、特開昭63−33648号公報)および前記従来技術その4(例えば、特開昭60−154634号公報および特開昭60−154635号公報)における各装置においては、その装置構成上、微小な異物等の欠陥に対しては、十分な集光能力を持つ光学系の採用が困難であり。微小な異物等の欠陥から発生する微弱な散乱光を検出するのは実際上困難なため、新たな考案が求められていた。また、前記従来技術その5(例えば特開昭61−104244や特開昭−104242)における各装置においては、その構成上特殊な検出器を特別に製作する必要や、特殊な光学系を構成する必要が有り、実用上コストがかさむ問題を有していた。また、前記従来技術その6(例えば、特開昭60−038827)における装置では、高速検出に適したアレイ状検出器への対応や、微小異物等の欠陥検出に対応する構成精度の点で、難点を有していた。また、前記従来技術その7は、近年使用されているペリクル膜上の反射防止膜の影響で、垂直に入射し測定ビームでは、検出時の照明ビーム損失推定することが困難であるため、新たな考案が求められていた。

0008

また、前記従来技術その8(例えば、特開昭56−132544)における装置では、大異物等の欠陥の1点だけを代表とするため、特に長細い異物等の欠陥の形状を正確に認識できない問題点があった。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位相シフト膜、あるいは位相シフタと呼ばれる透明または半透明薄膜(概ね露光光源の波長の1/2の奇数倍の膜厚を有する)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、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回折光は、従来の回路パターン、エッジ部からの回折光と比べ、数倍から数十倍のもの大きな光量となり、相対的に異物等の欠陥からの微小な散乱光を検出することを困難にし、異物等の欠陥の検出感度を著しく低下させるという問題がある。

0009

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等の欠陥等の欠陥を、簡単な構成で容易に回路パターンから分離し、安定して検出ことができる異物等の欠陥検出方法およびそれを実行する装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するため、本発明は、ホトマスクやレチクル等の回路パターンを有する基板上に付着した異物等の欠陥等の欠陥を検出する欠陥検査装置において、前記基板を載置してX、Y、Zの各方向へ任意に移動可能なステージ部と、前記回路パターン面を前記回路パターン面の表面側斜方から対向し、かつペリクル保持枠とのけられを避けた側の照明系が点灯する概ね780nmの波長を有する第1および第2の独立した光源を有する照明系と、前記回路パターン面を前記回路パターン面の裏面側斜方から、基板を透過して、対向し、かつ前記第1および第2の照明系のうち点灯している照明系に対抗する側の照明系が点灯する概ね488nmの波長を有する第3および第4の独立した光源を有する照明系と、前記回路パターン面の表面側に位置し、該各照明系の照射による直接反射光および直接透過光は集光せず、前記回路パターン上の同一位置に発生する散乱光および回折光を集光して照射方向別波長分離し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタにより回路パターンの直線部分からの回折光を遮光し、照明された検査領域を検出器上に結像するN.A.が0.4以上の高開口数結像光学系と、前記各検出器の出力をしきい値を設定した2値化回路の2値化結果と、各2値化結果の論理積により出力される信号により前記回路パターン上の異物等の欠陥データ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。

0011

表/裏面論理積検出、処理回路、照明の切換
これまで述べたように、位相シフトレチクルをはじめとする、例えば64MDRAM以降の製造に用いられるレチクルの回路パターンと異物を区別して異物だけを検出することは、従来技術では困難である。

0012

本発明では、これ等のレチクルの回路パターンからの散乱光量が照明の方向によって変化すると言う本発明者によって発見された実験的事実によって上記問題点を解決している。

0013

図69図70はその説明のための断面図で、図中、6901はレチクル等のホトマスクのガラス基板、6904は回路パターン面を表面側から照明する波長λ1の斜方照明光、6905は回路パターン面を裏面側から斜方照明6904と180°相対して照明する波長λ2の斜方照明光、6902、7002は回路パターンのエッジ部分、6942は表面側の斜方照明6904によって回路パターンのエッジ部分6902から発生する散乱光、6952は裏面側からの斜方照明6905によって回路パターンのエッジ部分6902から発生する散乱光、7042は表面側の斜方照明6904によって回路パターンのエッジ部分7002から発生する散乱光、7052は裏面側からの斜方照明6905によって回路パターンのエッジ部分7002から発生する散乱光、6903、7003は0.3μm程度の大きさの異物のモデルである標準粒子、6943は表面側の斜方照明6904によって標準粒子6903から発生する散乱光、6953は裏面側からの斜方照明6905によって標準粒子6903から発生する散乱光、7043は表面側の斜方照明6904によって標準粒子7003から発生する散乱光、7053は裏面側からの斜方照明6905によって標準粒子7003から発生する散乱光を示している。

0014

レチクル等のホトマスクの回路パターンのように微小ながらも断面構造を有する(厚さのある)回路パターンでは、斜方照明の方向によって、発生する散乱光の強度が大きく変化する。例えば、図69では、回路パターンのエッジ部分からの散乱光は、斜方照明6905による照明で発生する散乱光が大きく、一方、斜方照明6904による照明で発生する散乱光は小さい。また、異物のごとく、微小な物体で明確な異方性を示さない物体からの散乱光は、大きな変化を示さない。

0015

その様子は、図69中の散乱光の検出出力(V)を示したグラフのようになり、斜方照明6905による散乱光では、標準粒子からの散乱光6953よりも回路パターンからの散乱光6952の方が大きく、単純な2値化しきい値Th2では異物だけを検出することはできない。しかし、斜方照明6904による散乱光では、標準粒子からの散乱光6943の方が回路パターンからの散乱光6942よりも大きく、単純な2値化しきい値Th1で、異物だけを検出することができる。

0016

図69の場合の方向の回路パターン6902では、斜方照明6904による散乱光を検出すればよいが、回路パターンのエッジの方向はもう一つあり、その場合の様子を図70に示す。

0017

図70では、回路パターンのエッジ部分からの散乱光は、斜方照明6904による照明で発生する散乱光が大きく、一方、斜方照明6905による照明で発生する散乱光は小さい。また、異物のごとく、微小な物体で明確な異方性を示さない物体からの散乱光は、大きな変化を示さない。

0018

その様子は、図70中の散乱光の検出出力(V)を示したグラフのようになり、斜方照明6904による散乱光では、標準粒子からの散乱光7043よりも回路パターンからの散乱光7042の方が大きく、単純な2値化しきい値Th1では異物だけを検出することはできない。しかし、斜方照明6905による散乱光では、標準粒子からの散乱光7053の方が回路パターンからの散乱光7052よりも大きく、単純な2値化しきい値Th2で、異物だけを検出することができる。

0019

図70の場合の方向の回路パターン7002では、斜方照明6905による散乱光を検出すればよいが、図69の場合、図70の場合は、検査中に任意に現れるため、どちらか一方を選択的に検出する構成にはできない。そこで、本発明で考案された検出方式では、図69図70のどちらの場合でも、異物に関しては2つの斜方照明6904、6905の両方の検出結果において、2値化しきい値Th1、Th2の両方よりも散乱光が大きくなっており、また、回路パターンに関しては、2値化しきい値Th1、Th2の両方よりも散乱光が大きくなることはない。このため、斜方照明6904、6905による散乱光をそれぞれ検出し、それぞれを2値化しきい値Th1、Th2により2値化してその論理積を求めれば、異物からの散乱光だけを検出できる。

0020

また、この動作は、2つの斜方照明6904、6905の光源の波長を異なるものとしておけば、その散乱光を色分離フィルタ等により簡単に分離することが出来るため、2つの斜方照明6904、6905による検出を同時に行え、検出判定も実時間で行うことができる特長を有する。

0021

面照明系、コヒーレント長光量バランス光路長補正照明位置補正これまでに述べたように、位相シフトレチクルをはじめとする、例えば64MDRAM以降の製造に用いられるレチクルの回路パターンと異物を区別して異物だけを検出することは、従来技術では困難である。

0022

本発明では、位相シフタのエッジの影響を受けずに異物の検出が可能な裏面照明検出方式に関し、裏面から斜方照明を行った場合に、ガラス基板の厚の種類によって照明の集光状態や、照明位置が変化するのを防ぐため、異なるガラス基板を検査する場合にはその厚みの差の分だけの光路長を与えるためのガラス板をレチクルの裏面側に裏面と光学系の間に挿入し、レチクル等のホトマスクの表面(回路パターン面)までの光路長をレチクル等のホトマスクの厚みにかかわらず一定にすることにより、照明の集光状態や、照明位置が変化を防ぐ。

0023

また上記目的は、照明系を低NAの集光(S/Nでは不利だが)にして、光路長の変化が照明の集光状態に影響を及ぼしにくくすれば、照明位置の補正をミラーの角度や位置の変化で補正することによっても達成される。

0024

観察用の空間フィルタ、観察用のレーザ斜方照明
検出されるた異物の寸法が微小な場合(例えば0.3μm程度)、確認のため、観察光学系に呼び出しても、通常の落射または透過照明だけでは観察が困難なことがある。また、このような対象物では通常の暗視野照明を行っても観察に十分な光量(明るさ)を得るのが難しい。

0025

このような対象物に対しては、レーザによる斜方照明を行って、散乱光を観察するのが実用的である。この場合、検出用のレーザを兼用できればいいが、検出用のレーザが可視光ではなかった場合には、そのレーザの波長に感度を有するTVカメラ等を介さなければならず、不便である。そこで、検出用とは別に、可視光色のレーザ照明系を設け、観察時に使用する。このためには、近年開発された可視光域発振波長を有するレーザダイオードによる照明を用いると、小型で簡便なシステム構築出来て良い。

0026

また、レーザによる斜方照明では、検出系と同様に、空間フィルタによる回路パターン散乱光の除去が可能となる特長を有する。このため、観察系にも必要に応じて空間フィルタを挿入できる機構にしておけば、異物等の欠陥からの散乱光が強調され、より異物等の欠陥の確認が容易になる。

0027

ペリクル用透過率測定
レチクルの回路パターン面を保護する目的で設けられたペリクル膜(以下、ペリクル)は、露光光(大抵の場合近紫外光紫外光)に対しては、反射防止膜などの、透過する光量が減少しないための工夫がなされている。しかし、これ等の工夫は、露光光に対して最適化されているため、異物等の欠陥検査に用いられる光源に対しては、一般的に最適化されておらず、検査のための照明光の減少をもたらす。しかも、その減少の割合は、個々のペリクルにより微妙に変化する。そのため、個々のペリクルの変化分が、検査の際の判定基準余裕を小さくしてしまう問題点を有する。

0028

垂直にペリクルを透過する光の場合(本発明においては、試料からの散乱光がこれにあたる)は、個々の変化量は小さく、問題とはならない。しかし、斜めに透過する光(本発明においては、試料を照明する斜方照明光がこれにあたる)では、その影響は大きな問題となる場合もある。以下に、この問題となる斜めに光が透過する場合の透過率の測定方式について述べる。

0029

検査の毎に個々のレチクルのペリクルの透過率を測定し、検出出力を補正する方式としては、特開平4−151663号公報に考案の一例がある。それによると、垂直に、ペリクルを介してレーザビームを入射させ、レチクル基板上のクロム膜からの正反射光量を測定し、入射前の光量との比からペリクル膜の透過率を求めている。この従来技術では、その測定値が、ペリクル自身だけでなく、レチクル基板の反射率も含むため、基板反射率の変化が測定精度に影響を及ぼすことになる。また、検出用の照明として、本発明のごとく斜方照明を行う場合には、測定のためのレーザビームも、検査時と同じ角度で斜方から入射させる必要があり、この従来例を適用することはできない。

0030

そこで、本発明では、検出用の波長と同じ波長で、同じ照明角度で斜方からペリクルに入射させペリクル膜からの反射光量を測定、これと照明光源出力光量から、ペリクル膜の反射率を測定する。ペリクル膜の内部損失がないと仮定すれば、 (透過光量)=(入射光量)−(反射光量)
また、 (透過率)=(透過光量)/(入射光量)
なので、
(透過率)=((入射光量)−(反射光量))/(入射光量)
で透過率を求め、検出結果を補正できる。

0031

空間フィルタ幅切換、偏光板
異物等の欠陥などの不規則な形状の物体の付着した試料に対して、レーザー光等のコヒーレント光で斜方から照明を行うと、発生する散乱光は、一般的にあらゆる方向へ発散するか、またはそれに近い状態になる。一方、半導体の回路パターンなどの規則的な形状のパターンが形成された試料に対して、レーザー光等のコヒーレント光で斜方から照明を行うと、発生する散乱光は、回折により特定の方向へ集光する。図71中の写真は、発生する散乱光パターンを試料の上方から観察した様子を示す。それぞれの写真は、散乱光の発生点から30°の立体角の範囲を写したものであり、写真中白い部分が散乱光である。

0032

図71(A)は、試料上の回路パターンが直線状の回路パターンだけの場合の散乱光パターン7101である。この場合、散乱光パターンは、直線状に集光する。このため、この直線状部分を遮光する幅WAの直線状空間フィルタ7111により回路パターンからの散乱光は遮光でき、遮光部分以外の部分から異物等の欠陥からの発散した散乱光を集光でき、結果として回路パターンと異物等の欠陥を区別して検出することができる。

0033

図71(B)は、試料上の回路パターンがコーナー部を有し、かつ規則的な回路パターンが一定のピッチ整列している回路パターンからの散乱光パターン7102である。この場合、散乱光パターンは、直線状には集光せず、分布する。しかし、その散乱光の大部分は、中心付近に直線状に集光している。このため、この直線状部分を遮光する、先の幅WAの直線状空間フィルタ7111よりも広い幅WBの直線状空間フィルタ7112によりの回路パターンからの大部分の散乱光は遮光でき、遮光部分以外の部分から異物等の欠陥からの発散した散乱光を集光でき、結果として回路パターンと異物等の欠陥を区別して検出することができる。

0034

図71(C)は、図71(B)とは別の試料上の回路パターンがコーナー部を有し、かつ規則的な回路パターンが一定のピッチで整列している回路パターンからの散乱光パターン7103である。この場合、中心付近の直線状の集光は、図71(B)の場合より幅が広いため、この直線状部分を遮光する、先の幅WBの直線状空間フィルタ7112よりも広い幅WCの直線状空間フィルタ7113によりの回路パターンからの大部分の散乱光は遮光でき、遮光部分以外の部分から異物等の欠陥からの発散した散乱光を集光でき、結果として回路パターンと異物等の欠陥を区別して検出することができる。

0035

以上のように、直線状空間フィルタの幅を広くすれば、対応できる回路パターンの種類は増える。しかし、直線状空間フィルタの幅は、狭いほど異物等の欠陥からの散乱光が通過する部分が広くなり検出が安定になるため、直線状空間フィルタの幅は、必要最低限の幅に抑えることが望ましい。このため、本発明では、複数の幅の直線状空間フィルタを切り変える機構を設けることを考案した。切り変える直線状空間フィルタの幅は連続的に変化する必要はなく、離散的数種類、最低2〜3種類でも効果のあることが発明者らによる実験で確認されている。

0036

また、図71(D)は、図71(B)あるいは図71(C)とは別の試料上の回路パターンがコーナー部を有し、かつ規則的な回路パターンが一定のピッチで整列している回路パターンからの散乱光パターン7104である。回路パターンからの散乱光が離散的に集光してしまい、直線状空間フィルタでは遮光が不十分となる。この場合は、偏光フィルタの利用が効果的であることが特開昭54−101390号公報などに記載されている。これは、直線状に偏光したレーザによる照明で発生する、回路パターンからの回折光と異物からの散乱光では、光の偏光方向が異なることを利用し、異物からの散乱光のうち、回路パターンと同じ成分を偏光フィルタにより遮光して、異物だけを輝かせて検出するものである。この検出方法では、検出光の波長以下に微小な異物では、偏光方向の違いが微小なため、偏光フィルタにより大部分の散乱光が遮光されてしまい、非常にS/Nを悪化させるため、主たる検出方式として使用するのは不適当であるが、前述のごとく直線空間フィルタで遮光することが困難な回路パターンを有する試料に対して補助的に、前述の直線状空間フィルタと切りかえて用いることは効果的である。

0037

また、図71(B)あるいは図71(C)のように回路パターンからの回折光が、中心付近の直線状の集光と、それ以外の場所への離散的な分布になっている場合には、図71(B)あるいは図71(C)のごとき直線状空間フィルタとその光透過部分には偏光フィルタを配置したハイブリット型のフィルタでも良い。以上のように、本発明中の検出技術では、試料上の回路パターンのごとき構造物から発生する回折光の状況に合わせて、数種類の直線状空間フィルタと、偏光フィルタまたは直線状空間フィルタ付の偏光フィルタを切りかえて最適なフィルタにより効率良く異物等の欠陥を検出するものである。

0038

4画素最大値検出および論理和検出
CCDなどのアレイ型の検出器において、異物等の欠陥の検出・判定を画素単位で行った場合に、異物等の欠陥が複数(2から4個)の画素間にまたがって検出される条件では、異物等の欠陥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が複数の画素間にまたがらない場合に比較して1/2〜1/4に低下し、検出の再現性が悪化する問題に対して、特開平5−2262号公報では、検出画素寸法を一辺の長さを1/2(面積で1/4)に縮小して行い、各画素の隣接する4つの画素の検出出力を電気的に加算、目的の画素による検出出力をシミュレートする4画素加算処理方式を考案している。

0039

さて、上記方式では、検出判定を行う画素寸法(例えば2μm×2μm)に比較して検出すべき異物等の欠陥の寸法は小さい(例えば0.5μm)場合では、4画素加算処理前の検出器の1画素(例えば1μm×1μm)中に異物等の欠陥が捕らえられさえすれば、異物等の欠陥からの検出出力は4画素加算処理の前後で同一である。(なぜなら、4画素加算方式は、前述のごとく、1画素で捕らえられずに、複数の画素にまたがってしまった場合の補償のための方式であるからである。)この場合、回路パターンからの散乱光は、検出器の画素の面積(画素寸法)が小さいほど1画素中に入ってしまう回路パターンコーナー部分個数(あるいは面積)が減少するために、回路パターンからの散乱光は減少することを考えると、画素寸法自体は、小さいほど好ましく、より高感度な異物等の欠陥の検出が可能となる。従って、4画素加算処理方式は、検出の安定性引き換えに、検出感度に対して犠牲を払っているとも言える。犠牲を払った上で、検出感度が十分ならばこの問題に対して新たな考案を行う必要はないが、プロセス条件の変化や、露光方式の変化に追従してより柔軟な検出感度を有した検査技術とするためには、この問題にも配慮を行うことが必要である。

0040

この問題に対しては、4画素加算処理を行った高安定検出モードと、4画素加算処理を行わない高感度検出モードとを選択可能にすることにより必要とされる性能に応じて検出方式を切りかえれば良い。

0041

また、上記2つのモードは、4画素加算処理の前後で異物等の欠陥の検出判定を行えば、同時に動作可能であることに着目し、本発明では、同時に動作を行わせ、2つのモードの検出結果の論理和を求めることで、高安定検出と高感度検出を同時に行う構成を考案した。

0042

また、上記2つのモードを同期して動作させる際に、4画素加算処理の前後でデータ量が4倍異なる(処理後は、4画素につき一回データが得られるので、データ量が1/4になる)問題を有するが、処理前のデータのうち隣接する4つの画素のうちの最大値の画素のデータだけを出力する(4画素につき一回データが得られるので、データ量が1/4になる)ようにすれば、処理の前後でデータ量が同一となり、論理和を求めることが容易となる。

0043

2画素加算処理
CCDなどのアレイ型の検出器において、異物等の欠陥の検出・判定を画素単位で行った場合に、異物等の欠陥が複数(2から4個)の画素間にまたがって検出される条件では、異物等の欠陥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が1/2〜1/4に低下し、検出の再現性が悪化する問題に対して、特開平5−2262号公報では、検出画素寸法を一辺の長さを1/2(面積で1/4)に縮小して行い、各画素の隣接する4つの画素の検出出力を電気的に加算、目的の画素による検出出力をシミュレートする4画素加算処理方式を考案している。

0044

上記の従来例では、4画素加算処理は、検出画素間にまたがる検出結果の出力低下の防止策であるから、処理画素は4画素より多い画素で処理しても構わないし、効果が所望の目的を達せられるのであれば2画素、あるいは3画素の処理でも構わない。

0045

本考案では、ステージの送り速度を検出器の蓄積時間に比べて早くすることにより、実現できる長方形画素に着目した。例えば、試料上で1μm×2μmの画素を形成しようとするのなら、試料上の大きさ1μm×1μmの検出器で、蓄積時間Tの間に、2μmステージを送れば、試料上で1μm×2μmの画素を実現できる。

0046

この場合、2画素を加算する処理を行えば目的の画素の出力を得られる。2画素加算処理は、4つの画素にまたがる異物の出力低下を防止する効果が小さくなるが、4画素加算に比べてステージの送り速度が早いため、検査速度が向上する特長を有する。

0047

ペリクル/ガラス面検出
本発明で用いられている技術は、高分解能な検出器を用いるため、高速化が難しく、低感度な従来の方法に比べて検査時間の点で不利になる。一方、レチクル等のホトマスクの異物検査には、高感度な検出の必要な回路パターン面部分のほかに、回路パターンの形成された面とは逆の裏面(回路パターンがないのでガラス面とも言う)やペリクル膜面上の検出を行うことも求められる。これ等の面では回路パターン面と比べてはるかに低感度な検出で十分なため、高分解能で高感度な検出方式を適用することは、無用に検出時間を費やすことになる。

0048

特開平4−273008号公報では、低感度で良いことから生じる余裕を、高速化ではなく焦点深度に着目し、回路パターン面検出用の照明系に工夫をすることにより低集光度のかわりに焦点深度の深い照明を行う考案をしている。

0049

本発明のように高NA検出の場合には、対物レンズ倍率を変化させて分解能を変化させるのが通例であるが、レチクル等のホトマスクでは、回路パターン面、裏面、ペリクル膜面がそれぞれ異なる平面に存在するため、焦点(検出)位置を数mmの範囲を移動しなくてはならず、回路パターン面検出時には焦点合わせのために高精度と高分解能を要求されるZステージ(レチクル等のホトマスクの厚み方向への移動ステージ)への負担が大きくなる。

0050

本発明では、裏面、ペリクル膜面用低分解能、高速の検出ユニットを回路パターン面用とは独立させて、設けることを考案した。

0051

シェーディング補正方式
本発明者は、散乱光検出方式の異物等の欠陥検査装置において、照明による被検査面照度分布による検出信号の出力の変化を補正する手段として、特開平5−2262号公報に、標準試料からの散乱光分布を複数回測定し、その平均値により照度分布を決定し、検出信号を補正する方式を提案した。

0052

しかし、散乱光検出用の標準試料を、検査視野全域に渡って均質に作成することはは難しいため、(特に、検出器をCCDセンサのような並列型の検出器を用いた場合に)測定回数を多くしても、なかなか良好な照度分布の決定が不可能な場合がある。その場合は、連続する2画素以上(例えば3画素とか5画素)の画素間で平均化(スムージング)処理を施して照度分布を決定したほうが、良い結果を得られる場合もあるので、これ等のアルゴリズムを選択可能にしておくと大きな効果が得られ、より高精度な検出が可能となる。

0053

検出波長決定方式
本発明のごとく、試料の表面側あるいは裏面側の斜方からの照明による散乱光を検出する検査技術においては、検出すべき異物等の欠陥から検出される散乱光量は、異物等の欠陥の大きさと照明光源の波長と照明/検出方向により大きく変化する。

0054

光の散乱理論によれば、粒子からの散乱光は、波長と粒子径の相対的な関係について相似となる。また、照明する光の入射方向と同じ方向に散乱する光の成分を前方散乱光、逆に散乱する光の成分は後方散乱光と呼ぶ。

0055

ある大きさの粒子を考えたとき、照明光源の波長が短いほど、前方散乱光成分が増え、照明光源の波長が長いほど、散乱光の分布は均一化し、後方散乱光成分の割合が大きくなる。

0056

表面側から照明を行う検出方式では、照明光の入射方向と検出光学系の位置関係から粒子からの後方散乱光が検出される。また、裏面側から照明を行う検出方式では、照明光の入射方向と検出光学系の位置関係から粒子からの前方散乱光が検出される。また、異物等の欠陥から発生する前方散乱光が、後方散乱光より小さくなることはない。

0057

異物等の欠陥の検出出力を大きくするためには、この前方散乱光を検出することが有効である。(これはホトマスクやレチクル等に対してだけでなく、シリコンウェハ等の異物等の欠陥の検出に対しても適用でき、シリコンウェハ等を透過する波長、例えば近赤外から赤外にかけての波長の光源を用いれば、前方散乱光検出を実現することができる)すなわち、レチクル等のホトマスクの光透過部分上の異物等の欠陥検出は、裏面側からの照明によって前方散乱光を検出する構成が有利である。また、裏面側からの照明が行えない、遮光部分上の異物等の欠陥の検出のためには、表面側からの照明を行う。

0058

すなわち、ホトマスクやレチクル等の遮光膜で形成された回路パターンを有する透明(半透明)基板上に付着した異物等の欠陥を検出する異物等の欠陥検査装置では、遮光部分の異物等の欠陥を表面照明方式で、透過部分の異物等の欠陥を裏面照明方式で検出する構成をとることによって異物等の欠陥の検出出力を大きくすることが可能になる。

0059

また、それぞれの照明方式において、光源波長の最適化を行うことにより、異物等の欠陥からの散乱光分布を、検出光学系の方向へ偏らせることによって、異物等の欠陥からの検出出力を最大にすることが可能になる。そこで、本発明者らは、上記理論的考察と実験的検証により、それぞれの照明方式において、異物等の欠陥からの検出出力を最大にする光源波長を求めた。

0060

表面照明方式では、照明光の波長を長くすることで、粒子からの後方散乱光成分を増やし、異物等の欠陥からの検出出力を大きくすることができ、波長780nmにピークが存在する。

0061

これに対して、裏面照明方式では、照明光源の波長を短くするほど、前方散乱光成分が増え、これにより粒子からの検出出力を上げることが可能になる。

0062

回路パターン付の試料上の異物等の欠陥検査では、異物等の欠陥からの散乱光の検出出力と、パターンからの散乱光との両方に着目し、
ID=000003HE=015 WI=098 LX=0560 LY=0300
で定義される弁別比に基づいた検討を行う必要がある。

0063

弁別比が1より大きければ散乱光検出出力の大小比較(2値化)だけの簡単な装置構成により異物等の欠陥の検出が可能である。実際の装置では、電気的・光学的なノイズの影響や、機構部の振動、更には検出系の感度ばらつきなど様々な要因によって検出出力のバラツキが生じる、このため異物等の欠陥からの散乱光とクロムパターン部分からの散乱光のレベルの間に余裕が必要である。すなわち弁別比が大きいほど異物等の欠陥の検出性能が高いことになる。

0064

この弁別比により、最適な照明波長を検討すると、表面側からの照明方式で異物等の欠陥検出性能の最も良い光源は、波長780nm付近であると判断される。

0065

この近傍の光源としては、半導体レーザを利用することが考えられる。この波長では、従来から一般に用いられている赤色ヘリウムネオンレーザ光(波長632.8nm)より高い弁別比が得られ、安定な検出が可能である。

0066

裏面側からの照明方式の場合、弁別比が最良となるのは波長488nm付近であることが判明した。

0067

この近傍の光源としては、アルゴンイオンレーザを利用することが考えられる。アルゴンイオンレーザは大きな出力の光源を得ることが容易であり、その出力は空冷で数百mW(水冷では数W)にもなり、赤色ヘリウム−ネオンレーザ光と比べ、大きな検出出力を得ることができる。

0068

以上を総合して、本発明では回路パターン面表面からの、光源波長約780nmの斜方照明と、回路パターン面裏面からの、光源波長約488nmの斜方照明との両者を組み合わせることにより、位相シフト膜を持つ試料上の異物等の欠陥を、回路パターンから分離して、試料全面にわたって検出することができる。

0069

上に示した波長は、検出したい異物等の欠陥の最小寸法を例えば0.5μmとして考えた場合である。異物等の欠陥の大きさが大きいほど検出出力(発生する散乱光量)は大きいので検出したい最小の大きさの異物等の欠陥の検出出力を最大にする波長が最適波長である。また、散乱現象は粒子の大きさdと、照明光源波長λの相対的な関係d/λに関して相似であるから、上の結果より、検出したい異物等の欠陥の最小寸法をdとした場合の最適波長は、表面側からの照明で1.6d程度、裏面側からの照明で1.0d程度となる。

0070

表面側からの照明方式で、これより波長を長くすると、粒子からの後方散乱成分は増えるものの、全体の散乱光量が波長の4乗に反比例して低下(レーリー散乱領域)するため、粒子の検出出力は低下する。また、裏面側からの照明方式において、斜方照明で異物等の欠陥の検出をおこなう場合には、これより波長を短くすると、前方への散乱成分が大きくなりすぎ、検出光学系へ入射できる光量は減少してしまい、粒子の検出出力は低下する。検出したい異物等の欠陥の最小寸法が0.5μmの場合、表面照明の波長は600〜800nm、裏面照明の波長は450〜550nmの程度であることが必要である。

0071

検出感度の決定法
レチクルのクロム部分(遮光膜)上にある異物等の欠陥は、そのままでは露光時の転写不良の原因とはならないが、これがガラス部分上に移動した場合には転写不良の原因となってしまう。このためクロム部分上から他の部位へ移動する可能性のある異物等の欠陥(移動性異物等の欠陥)の検出が必要である。

0072

この場合、1μmより小さな異物等の欠陥では、付着力である分子間力が支配的になり、移動ししなくなるため、クロム部分(遮光膜)上にある異物等の欠陥に関しては、ガラス部分上より検出感度は緩やかにできる。

0073

ただし、位相シフタのような層構造をもつレチクルでは、その製造工程において、クロム部分上の異物等の欠陥が問題となる場合がある。位相シフト膜付きのレチクルは、一般に、クロムによる回路パターンの形成を行い(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)、その後に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りシフタ膜によるパターン(シフタパターン)が形成される。ここで、成膜前にクロム部分上に異物等の欠陥が存在すると、シフタ膜に気泡欠け等の欠陥を発生させ、これが転写不良の原因となる場合がある。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等の欠陥検査の他に、成膜の前後にクロム部分上を含む全面の検査(本発明の方式では気泡や欠け等の欠陥も異物等の欠陥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の形成前であり、シフタパターンからの散乱光は存在しないため、表面側・裏面側の2系統の照明系で照明を行なうことにより全面で高感度の検出が可能となる。

0074

以上とは別に、遮光膜のパターニングがされる以前の透明(半透明)基板の検査を行う場合は、回路パターンからの回折光は存在しないので、空間フィルタは無くても良い。このような構成で前方散乱光を検出するようにすれば、反射照明方式に比べて異物等の欠陥の検出出力を大きくすることができる。

0075

以上のように、レチクルのごとく工程毎に、回路パターンの形成状況と要求される検出感度が変化する検査対象では、その要求検出感度を工程毎に変化させた装置仕様が考えられ、本発明は、その仕様を巧みに利用した装置構成を提案するものである。

0076

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を有するレチクルを6を固定手段18により上面に固定してZ方向に移動可能なZステージ10と、Zステージ10を介してレチクル6をX方向へ移動させるXステージ11と、同じくレチクルをY方向へ移動させるYステージ12と、Zステージ10、Xステージ11、Yステージ12の各ステージを駆動するステージ駆動系13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14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。

0077

Xステージ11およびYステージ12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11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12を、Xステージ11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。

0078

また、焦点位置検出用の制御系13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。

0079

2は第1の表面照明系、20は第2の表面照明系である。また3は第1の裏面照明系、30は第2の裏面照明系である。これらは独立しており、かつ同一の構成要素からなっている。21、201は表面照明系のレーザ光源で、両者の波長は、例えば780nm、またレーザ光源31、301は裏面照明系のレーザ光源で、両者の波長は、例えば488nmである。22、202、32、302は集光レンズで、レーザ光源21、201、31、301より射出された光束をそれぞれ集光してレチクル6の回路パターン面を照明する。この場合、回路パターンに対する入射角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。それぞれの光学系は、シャッタ23、203、33、303を備え、各照明系の光ビームを透過/遮光する。また、それぞれのシャッタは、必要に応じて独立して動作できる。

0080

上記第1の表面照明系2及び第2の表面照明系20、および第1の裏面照明系3及び第2の裏面照明系30の詳細な構成例を、図3を参照して説明する。図3図1の照明系2の構成例を示す図(他の照明系20、3、30も同一構成のため省略)である。図中、図1同符号のものは同じものを示す。20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を形成する。

0081

表面照明系2、20の光源21、201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60°の場合、ガラス基板上における反射率が、P偏光(Y’方向に電界ベクトルを持つ直線偏光)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。

0082

また、裏面照明系3または30の光源31、301もS偏光を有するように配置する。その理由としては、本発明者による実験結果によれば、P偏光照明よりもS偏光照明の場合、異物と回路パターンの弁別比を大きくできるためである。ただし、基板の透過率等を考慮した場合には、前述のごとくP偏光の方が反射率が低く(従って透過率が高い)、裏面照明をP偏光で行う方がS/Nを高くでき、結果として検出性能が安定する場合もある。

0083

本発明では、異物をパターンと区別して検出するため、検出光学系のフーリエ変換面に設置した空間フィルタを用いる、この場合、平行光で照明を行なえば、パターンから発生する回折光の広がりを小さくすることができ、弁別比を大きくすることが可能になる。しかし、照明を集光光で行ない、照明光の照度を高めれば、検出器で受光される光の出力レベルを大きくすることができ、S/Nを良くすることができる。

0084

各照明系2、20、3、30の照度を高めるため、たとえば集光系開口数(NA)を約0.1にし、レーザビームを約10μmまで絞り込んだ場合、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の全域S(例えば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3に示すX’軸回り傾動させ(図3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。

0085

さらに、シリンドリカルレンズ224を図3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。

0086

シャッタ23、203は、光源21からの光を必要に応じて遮光するためにある。シャッタによる光の制御は、以下の場合に必要となる。図38は、図1中のレチクル6、ペリクル7、照明系2による斜方照明光3802、照明系20による斜方照明光3820、照明系3による斜方照明光3803、照明系30による斜方照明光3830と検査視野(=照明位置)15との関係を示している。図38(B)の状態から、検査の進行と共に、ステージがY軸正方向へ送られて行くと、やがて図38(A)の状態となり、照明系20からの斜方照明光3820は、レチクル6に設けられたペリクル7の保持枠3807によってけられるようになる。また、図38(B)の状態よりステージがY軸負方向へ送られて入る場合には、図38(C)の状態となる。これ等の状態では、検査視野15を照明する光量はけられによって減少し、しかもその減少量は、けられ量の変化によって刻々と変化し、安定な照明が行われなくなる。しかも、けられた光の一部は、迷光となり、検出に悪影響を及ぼす。このため、けられが起こる以前に、シャッタ203(或いはシャッタ23)によって、けられる側の照明系を遮光する必要がある。従って、照明系2または照明系20によって照明される領域は、斜方照明の角度と、ペリクル保持枠との関係で定まる。図37に照明領域の例を示す。図37の例は、ペリクル保持枠が大きさ102mm×102mm、高さ6.3mm、照明光の光軸とレチクル回路パターン面とのなす角度が30度の場合であり、領域3704では図38(B)の照明が、領域3724では図38(C)の照明が、領域3704では図38(A)の照明が行われる。また、、すべての照明が行えて最も検出が安定している領域3704が64MDRAMチップの概略のエリア3701をすべてカバーしていることが分かる。

0087

以上は、表面側の照明系2、20に関することであったが、裏面側の照明系に関しても、レチクル裏面にペリクルが取り付けられているタイプのレチクルについては同様のことがいえる。

0088

図1では、小型の小出力レーザ2台を以て裏面照明系3、および裏面照明系30を構成していた。しかし、より大型で高出力のレーザ1台から射出されるレーザ光を2つに分岐する構成も可能である。図54にその例を示す。図54では、図1の裏面側の照明系に相当する部分を示している。高出力のレーザ1台から出るレーザ光を分岐するため、光路が長くなり、光源5401から射出されただけの光では、光路中じょう乱の影響を受け易くなるため、また、光が広がり易くなるため、一旦、ビームエクスパンダ5402によりビーム径を大きくする。その後に分岐手段5403にて2つの光路に分ける。一方の光路は、図1の照明系3に相当し、シャッタ機構33により制御され、、光路ミラー5406、5407、5408等により導かれ、集光レンズ32により試料上へ集光される。また、一方の光路は、図1の照明系30に相当し、シャッタ機構303により制御され、、光路ミラー5404、5405等により導かれ、集光レンズ302により試料上へ集光される。これ等は、1台のレーザ光源から2方向の照明を行うための一例を示したに過ぎないので、同じ目的を達成できるのであれば、他の構成でも構わない。直線偏光による光源を用いる場合には、光路中のミラーは、照明光の偏光面に悪影響を与えないように、十分配慮する必要がある。また、分岐手段5403は、透過率によって光量を2分するものや、偏光面によって分離するものや、或いは、アルゴンレーザの様に複数の波長を発振できるレーザ光源の場合には、波長によって分離するものでも構わない。二つの光路の光量は、等しく分配されるのが望ましく、もし、等しく分配されるのが困難な場合には、図55に示すごとく、分岐後の光路に、可変調節式のNDフィルタ5409、5410を用い、光量を等しくすれば良い。また、偏光で分離した場合には、照明系3と照明系30とで、試料上に照明された照明光の偏光面が異なってしまうのを防ぐため、図55に示すごとく、偏光分離後の光路に、1/2波長板5414、5412を設置して偏光面を揃えることも出来、更に偏光素子5415、5413によって偏光の純度を高めることもできる。

0089

また、1台のレーザ光源の光路を分岐して、再びそれぞれ試料上の同一視野を同時に照明する場合には、試料上で干渉が起きてしまい、干渉縞の発生により照明に極端な不均一を生じる。この場合、分岐された2つの光路を、レーザ発振器可干渉距離(例えば、数mmから数m)以上に光路差を設ければ良い。また、前記波長分岐手段に波長分離を用いた構成では、干渉が起こらないため、2光路の干渉の影響は考慮する必要がないメリットを有する。また、アルゴンレーザの発振波長のうち488nmと515nmを用るならば、互いの波長の差が小さいので、検出感度が大きく異なることはないだけではなく、微妙な波長の差が、異物等の欠陥の形状から生ずるために、解析が困難な干渉の効果によって引き起こされる検出感度のむらをキャンセルできる特徴を有する。

0090

また、裏面から照明を行う場合、レチクル基板のガラスの厚さはの変化は、照明光の光路差に影響を及ぼし、図56に示すごとく、同じ照明を行っているつもりでも、図56(1)の厚さが概略0(以下、厚さ0と表現)のレチクル5601で照明が視野15を照らすように構成されている場合、同図(2)の厚さ小のレチクル5602では照明は光路5612のごとく進み、視野15を照明するはずの光路5622は通らず、結果として照明位置がE2だけずれることになる。同様に、同図(3)の厚さ中のレチクル5603では照明は光路5613のごとく進み、視野15を照明するはずの光路5623は通らず、結果として照明位置がE3だけずれることになる。また、同図(4)の厚さ大のレチクル5604では照明は光路5614のごとく進み、視野15を照明するはずの光路5624は通らず、結果として照明位置がE4だけずれることになる。現在でも使用されているレチクル等のホトマスクは各種厚さの基板(例えば、2.3mm,4.6mm,6.3mmなど)からなるため、対策が必要となる。

0091

前記誤差E2からE4まですべてを含むような広い範囲を照明すればレチクル等の基板の厚さの差に対応できるが、視野の照度が低下し、S/Nが低下する問題が生じる。そこで、照明位置を選択できるようにするのも一つの対策である。図57にその一例の原理を示す。図57では、厚さ0のレチクル5601で照明する視野15の位置が照明されるように、レチクルの厚さに合わせ、同図(2)の厚さ小のレチクル5602のための照明光路5712、同図(3)の厚さ中のレチクル5603のための照明光路5713、同図(4)の厚さ大のレチクル5604のための照明光路5714と光路位置を変えている様子を示す。図58にはこの原理を実現するための、構成の一例を示す。図58には図55の光路中に、光路移動手段5811、5801と光路移動手段の駆動機構5802、5812を設け、光路位置を可変にした構成を示した。また、図59では、裏面照明系の最後の照明角度設定ミラー5408、5405の角度を照明角度可変手段5901、5911と照明角度可変手段の駆動機構5902、5912によって照明角度を可変し、照明光路を変化させる構成を示した。

0092

上記レチクル厚さの差による光路への影響は、レチクル基板と照明光路の屈折率の差によって生じる。(屈折率差をなくせれば、影響もなくせる。)また、屈折率差があると言うことは、照明系の集光部分に、光路差を生ずることを意味する。つまり、照明を集光する場合、レチクルの厚さの差は、集光にも影響を与え、十分な焦点深度を持たない集光系の場合には、焦点を調節して集光位置も調節する必要があり装置の複雑化を招く。しかし、何らかの手段によってレチクルの厚さの差による光路長の変化を補正すれば、前記図58図59のような移動手段や焦点調節手段は不要となる。その一例の原理を図60に示す。図60(1)では厚さ0のレチクルの下に、厚さ大のレチクルの厚さt4に相当する光路長の板(光路長補正板)が配置されている。図60(2)では厚さt2のレチクルの下に、厚さt4−t2に相当する光路長補正板が配置されている。図60(3)では厚さt3のレチクルの下に、厚さt4−t3に相当する光路長補正板が配置されている。このようにすると、厚さ0、t2、t3、t4のすべての場合で光路長は同一となり、照明位置も焦点位置も同一となる。図61では、これ等の光路長補正板を一体にした光路長補正ユニット6101、6111を駆動手段6102、6112で切り変え、各種厚さのレチクルに対応させている様子を示す。また、上記光路長補正ユニットは、光路長を補正できれば良いので、板状の物だけでなく、液体を変形や、電気光学的な手段により、連続的な光路長を得られるものでも良い。

0093

また、図1にはペリクル膜の透過率を測定する目的で検出器49が設けられている。ペリクル膜は、その膜厚や反射防止膜等の微妙な差によりその透過率が変化する。垂直に透過する光の場合(本発明においては、試料からの散乱光がこれにあたる)は、その変化量は小さく、問題とはならない。しかし、斜めに透過する光(本発明においては、試料を照明する斜方照明光がこれにあたる)では、その影響は大きな問題となる場合もある。この問題は、ペリクル膜の透過率を被検査試料毎に測定し、検出結果を補正すれば良いのだが、ペリクル膜は、レチクルに装着されてしまっているために、透過率を直接測定することはできない。そこで、検出器49により、照明系からのペリクル膜による反射光量を測定、これと照明光源の出力光量から、ペリクル膜の反射率を測定、ペリクル膜の内部損失がないと仮定し、(透過率)=1−(反射率)で透過率を求め、検出結果を補正する構成としてある。

0094

図1中の4は検出光学系で、レチクル6のパターン面に相対する対物レンズ41、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、フィールドレンズ43により集光された光束の波長分離用のミラー42を持つ。検出光学系に入射した光は、波長分離用ミラー42により、表面照明系2、20によって発生した散乱、回折光と、裏面照明系3、30によって発生した散乱、回折光とに分離される。

0095

分離された光は、それぞれレチクル6の検査視野15に対するフーリエ変換面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を経て、レチクル6上の検査視野15が後述する信号処理系5の検出器51、551上に結像される。フィールドレンズ43は、対物レンズ41上の上方の焦点位置46の像を空間フィルタ44、444上に結像する。

0096

裏面照明方式(図17)はレチクル6の光透過部分上(ガラス部分上)の異物等の欠陥からの散乱光を検出する。図17中で、裏面からの斜方照明系3により発生した散乱光は、検出光学系4で、対物レンズ41、フィールドレンズ43、空間フィルタ44、結像レンズ45を介して検出器51で検出される。

0097

図17では、レチクル、照明系3、検出光学系4を同図中に示した配置にしているが、照明系3と、検出光学系4がレチクル6に対して、それぞれ反対側にあれば良いため図34のような構成でも良い。図34中で、表面からの斜方照明系2により発生した散乱光は、検出光学系40で、対物レンズ401、フィールドレンズ403、空間フィルタ404、結像レンズ405を介して検出器551で検出される。

0098

ただし、図34のように、レチクル基板を通して、検出光学系で回路パターン面を結像する構成では、レチクル基板による収差の影響で、解像が不十分になり、安定な検出が困難となる。安定な検出を行うには、結像光学系にレチクル基板の収差を補正する機能を持つレンズを使用するなどの対策が必要となる。

0099

また、レチクルの遮光部分上を含め全面の検査を行いたい場合に、図34の構成を利用するには、図35のように、レチクルの表面に照明系を、表面、裏面の両方に検出系を設け、表面検出光学系4で遮光部分上を、裏面検出光学系40で透過部分を検査する方式でも、図1の構成と同様の目的を達成できる。なお、この形式の場合、表面検出系4ではレチクル6の遮光部分上(クロム等の金属薄膜回路パターン上)のみを、裏面検出光学系40では、レチクル6の光透過部分上(ガラス部分上)のみを検出する様にしたい場合には、それぞれの照明系2と照明系20の波長を異なる波長として、それぞれの検出光学系に波長フィルタを設ければ良い。

0100

レチクルのクロム部分(遮光膜)上にある異物等の欠陥は、そのままでは露光時の転写不良の原因とはならないが、これがガラス部分上に移動した場合には転写不良の原因となってしまう。このためクロム部分上から他の部位へ移動する可能性のある異物等の欠陥(移動性異物等の欠陥)の検出が必要である。ここで異物等の欠陥の移動性について説明する。Mittal編、”Particleson Surface”pp.129−141などの文献によれば、基板に付着した異物等の欠陥に働く力は(1)van der Waals力、(2)静電気力、(3)慣性力の3つである。(1)は異物等の欠陥が基板に付着する力としてのみ働き、(2)は基板と異物等の欠陥の間に引力、または斥力として働く。(3)は異物等の欠陥に加えられる加速度の方向によって任意の方向に働く。ここで、(2)に関しては、異物等の欠陥および基板が通常可能な程度に帯電している場合(空気の絶縁耐力の1/10程度)、(3)に関しては異物等の欠陥に重力加速度が加わっている場合を想定すると、異物等の欠陥に働く力は、異物等の欠陥が小さいほど(1)が支配的となる。異物等の欠陥は、レチクル搬送時にレチクルに加えられる加速度(衝撃)によって移動すると推定されている。すなわち異物等の欠陥が小さいほど、移動する可能性は小さくなる。

0101

例えば10μm程度の大きさの異物等の欠陥を考えると、前述の条件において(2)は(1)の1/10、(3)は の1/10 である。すなわち大きさ10μmの異物等の欠陥を移動させるには重力加速度の10 倍以上の加速度が必要である。現実にこれほどの加速度が加えられることは有りえず、10μmより小さい異物等の欠陥は移動しないと考えられる。以上の検討より、クロム上の移動性異物等の欠陥に関しては、例えば10μmまでの検出能力でも実用上、対応が可能であるという考えも成り立つ。あるいは、レチクル等のホトマスクに形成される回路パターンの大きさを考慮すると、1μm程度の検出を考えれば良い。いずれにせよ、クロム部分上の検出感度よりは緩くできる。

0102

移動性異物等の欠陥の検出の他に、以下のような場合にクロム部分上の異物等の欠陥検出のニーズがあると考えられる。

0103

位相シフタをもつレチクルでは、その製造工程において、クロム部分上の異物等の欠陥が問題となる場合がある。位相シフト膜付きのレチクルは、一般に、クロムによる回路パターンの形成を行い(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)、その後に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りシフタ膜によるパターン(シフタパターン)が形成される。ここで、成膜前にクロム部分上に異物等の欠陥が存在すると、シフタ膜に気泡や欠け等の欠陥を発生させ、これが転写不良の原因となる場合がある。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等の欠陥検査の他に、成膜の前後にクロム部分上を含む全面の検査(本発明の方式では気泡や欠け等の欠陥も異物等の欠陥と同様に検出できる)を行なう必要がある。

0104

ただし、この場合はシフタパターンの形成前であり、シフタパターンからの散乱光は存在しないため、図1の様な構成で表面・裏面の2系統の照明系で照明を行なうことにより全面で高感度の検出が可能となる。

0105

以上とは別に、遮光膜のパターニングがされていない透明(半透明)基板の検査を行う場合は、図17、あるいは図34の構成で全面の検査が可能である。また、この場合回路パターンからの回折光は存在しないので、空間フィルタ44は無くても良い。このような構成で前方散乱光を検出するようにすれば、反射照明方式に比べて異物等の欠陥の検出出力を大きくすることができる。なお、空間フィルタ44の無い場合、検査時のステージ走査はX−Y走査方式だけでなく、回転走査方式を用いても良い。(検査時のステージ走査が回転式であっても、空間フィルタ44に回転機構を設け、検査時のステージ回転と同期して回転させるようにすれば、空間フィルタ44を用いながら、回転走査することもできる。)従って、空間フィルタは、必要に応じて切り替えられるように構成するのが望ましい。また、単に空間フィルタ44の抜き差しだけでなく、直線状空間フィルタの幅を変化させた物など、複数の空間フィルタを切り替えられるように構成すると良い。図63中では通常の直線状空間フィルタ6401と、直線状空間フィルタと偏光板を組み合わせて空間フィルタ検出と偏光検出を同時に行い回路パターン散乱光の除去能力を高めたフィルタ6402と、フィルタ無しと、予備空きスロットが並んでいる状況を示している。また図64では、図63中の空間フィルタ群6401、6411を駆動手段6402、6412によって切り替えられる構成にしたものを示した。(図64では処理系は略されている。)以上のように、レチクルのごとく工程毎に、回路パターンの形成状況と要求される検出感度が変化する検査対象では、その要求検出感度を工程毎に変化させた装置仕様が考えられ、またその仕様を巧みに利用した装置構成が考えられる。

0106

5は信号処理系で、信号処理系5は、前記検出器51、551と、該検出器51、551の出力を補正するシェーディング補正回路113、123と、4画素加算回路114、124と、2値化判定回路52、53、552、553と、論理和回路56、556と、論理積回路57と、ブロック処理回路58、558とマイクロコンピュータ54と、表示手段55とからなる。

0107

検出器51、551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上の異物等の欠陥が検出視野に存在するとき、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、551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、551に一次元固体撮像素子を用いれば、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。

0108

シェーデイング補正回路113、123および4画素加算処理回路114、124および論理和回路56、556および論理積回路57に関しては後述する。

0109

2値化判定回路52、53、552、553は、2値化のしきい値が予め設定されており、検出器51、551からの出力が、検出したい大きさの異物等の欠陥に相当する散乱光強度以上の値となった場合に、論理レベル”1”または論理レベル”1”および検出値を出力するように形成される、論理レベル(判定結果)とともに検出値も出力するのは、最終的な異物等の欠陥の検出結果に、その検出値も残されていたほうが、大きさ等の推定または検出判定しきい値の設定に便利なためである。ブロック処理回路58、558は、検出結果信号をとりこみ、複数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。

0110

また、マイクロコンピュータ54は、ブロック処理回路58、558によって処理された結果を格納するメモリを有し、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、551の場合にその素子中の画素位置から計算される欠陥の位置情報および検出器51、551の検出出力値を欠陥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る。また装置各部の機構の制御および作業者とのインターフェイスも行う。

0111

また、検査結果は、表示されるだけでなく、結果に基づき、検出位置を観察手段に呼び出して作業者が確認出来るように形成される。レチクルやホトマスク等の試料では、LSI製造の原盤となるため、LSI製造の露光の際に露光転写に影響を及ぼす異物等の欠陥は一個たりとも存在は許されない。このため、検出された異物等の欠陥が転写に影響を及ぼすかどうかを作業者が厳重に確認を行う機能は、重要な構成要素である。このため、検出結果を観察用の別ステーション転送し、観察するなどの機能が必要となる。図62では、観察機能の一例として、検出光学系の光路を切りかえて、検査と同一の装置で観察を可能にする構成について示す。これにより別装置は不要となり、観察精度の向上、作業の効率化と、別装置へ移動する間の汚染を防止できる。図62では検査の処理系、照明系は省略してある。観察系用の照明系は、シャッタ機構6222を持った透過照明系6221、ハーフミラー6212とその駆動手段6213を持った落射照明系6211と、レーザ照明手段による斜方照明系6231が示されている。斜方照明系6231は、表面からの検査用の斜方照明系(図1の2と20)が可視光の波長域にない場合には設けるべきであるが、表面からの検査用の斜方照明系が可視光の波長域にある場合には、それを持って代用できる。上記観察用照明は必要に応じて切り変え、組合わされて用いられる。照明された異物等の欠陥の検出位置の像は、対物レンズ41で集光され、駆動手段6203によって切り変えられるミラー6202を経て、TVカメラや目視等の観察手段6201によって観察される。また、観察系中には検査時と同様に空間フィルタ6232が必要に応じて駆動手段6233によって挿入される。

0112

図62中には、ペリクル膜用の検査ユニット6251も合わせて示した、ペリクルやレチクル等の裏面(非回路パターン面)の検査には、回路パターン面のような高感度は求められないため、別途低感度ながら簡易で高速な検査ユニットを設ける構成にすれば検査時間短縮、装置構成の簡易化になる。また、回路パターンの形成される以前の、鏡面上レチクルの基板(例えばガラス基板やその上に金属薄膜を成膜しただけの状態の基板)の検査では、異物等の欠陥の検出の障害となる回路パターンが存在しないため、簡易な構成で、高速でも高感度な検出ユニットを構成できるため、別途装置内に鏡面上レチクル検査ユニットを設けるのも良い。

0113

つぎに検査装置の作用について、図4図10を参照して説明する。図中、図1と同符号のものは同じものを示す。図4は回路パターンと異物等の欠陥との弁別の光処理による部分を説明する斜視図、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および回折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、図8は異物からの散乱光検出出力値と回路パターンからの検出出力値との関係を説明する図、図9は微細構造パターンを有する回路パターンを示す図、図10は異物および回路パターンコーナー部から検出される検出信号の出力値レベルを示す図である。

0114

さて、Wolf著、“PRINCIPLESOF OPTICS(光学の原理)“pp647−664などの文献によれば、微小な粒子が照明光の波長と同程度の大きさになった場合、異物等の欠陥からの散乱光は均一ではなく、鋭い分布を持つ。

0115

本発明では、前述の異物等の欠陥の見逃しが増加してきたのは、この微小な粒子からの散乱光が分布を持つためであることに着目した。

0116

従来は、検出光学系の開口数に関して言及されていなかっただけでなく、異物等の欠陥を検出する場合、検出光学系が異物等の欠陥を解像できない場合であっても検出は可能であると考えられていた。ところが、上記の文献に示されたように微小異物等の欠陥からの散乱光は不規則な指向性をもつため、開口数(NA)の小さな検出光学系では検出できない可能性があり、この結果、異物等の欠陥の検出見逃しが起こる。

0117

すなわち、本発明の思想により、従来技術の有する分解能の検出光学系では、「微小異物等の欠陥を検出できることもある。」のであって、「安定して検出できる。」のではないことが明らかになった。「異物等の欠陥の検出」と言う目標を達成するためにも、検出すべき異物等の欠陥の大きさを解像する程度の分解能が必要であることが判明した。以下にその検討の過程を述べる。

0118

光散乱物理学歴史は古く、空間に浮遊した単一の球に平面波が照射された場合といったもっとも簡単な問題が、1908年にGustav Mieによって初めて解析された。

0119

ラテックス球などのパーティクルは、反射屈折、吸収そして回折といったプロセスの組合せで、照明光を散乱する。球状異物等の欠陥(粒子)からの散乱光強度を図11に示す。図11は、Mie散乱の理論値を、本発明の適用先のごとく基板上に付着した粒子の場合に変形したものである。

0120

横軸は、異物等の欠陥の大きさ:d、および照明光の光源波長:λを用いた無次元数πd/λである。ここでπd/λがおおむね4より小さな領域(λ=550nmの時d=0.7μmより小さな異物等の欠陥)は、特にレーリー散乱領域と呼ばれ、異物等の欠陥からの散乱光は、直径の6乗に比例(照明光源波長の4乗に反比例)して、急激に減少する。

0121

πd/λがおおむね4より大きな領域では、その散乱光は、回折の理論に従って方向性を持って散乱する。

0122

その様子は、図12に示すとおりである。この領域の異物等の欠陥を検出するためには、異物等の欠陥からの散乱光が分布を持つため、検出器のNAを分布に注意して決定する必要がある。

0123

図13にレチクル6上の異物等の欠陥70に対し、レーザ照明2221を行った場合の回折光の方向を示す。回折光は、0次回折光2222、1次元回折光2223、さらに角度θだけ離れて2次元回折光……と続く。

0124

0次回折光2222は、レーザ照明2221の正反射光であり、異物等の欠陥の散乱光を検出するということは、1次以上の回折光を検出することになる。

0125

ここでθは、回折光の式からd0・sinθ=λで求められている。(d0は、不定形な異物等の欠陥に対しては、直径、幅、長さあるいは直径の平均値など様々な定義が考えられる。しかし、以下の議論はd0の値によらず成り立つので、上記のいずれの定義でも、結果に影響をおよぼさない。そこで、ここではd0=d、すなわちd0を異物等の欠陥径と仮定した。

0126

検出光学系の必要なNAを、最も条件の厳しいπd/λ=4の場合について求める。

0127

π・d/λ=4
d/λ=1.27
λ/d=0.79
sinθ=λ/dより
θ=sin~1(0.79)
=52°となる。

0128

これは、回折光の間隙が最大で52°になることを意味し、従って、52°以上の開口を有する検出光学系を用いれば、最低でも1次の回折光だけは検出できることになり、異物等の欠陥は見逃しとはならない。

0129

図14において、NA=sin(θ/2)
(n:光路の屈折率、空気ではn≒1)で検出系対物レンズ41のNAは求められ、NA=1・sin(52°/2)=0.44となる。

0130

よって、概ね0.44より大きなNAをもつ検出系により異物等の欠陥からの散乱光を見逃しなく検出できる。

0131

この場合、NAが大きい程検出に余裕ができ、またレーリー領域の異物等の欠陥の検出にも都合が良くなる。逆にNA≧0.44を満たさない場合でもNA=0.4程度ならば、回折光にある程度の幅があるため、実用上は異物等の欠陥の検出は可能である。

0132

逆に、NAを0.5より大きくすると後で述べる理由によって回路パターンからの散乱光が検出系に入射してしまい、異物等の欠陥からの散乱光だけを検出する要求に障害をおよぼし、NAをわざわざ大きくするメリットが減少する。このため、おおよそ0.4から0.6位までのNAが実用上適切なNAとなる。

0133

次にレーリー領域の異物等の欠陥の検出について述べる。

0134

先に述べたごとく、従来技術の有する分解能の検出光学系では、「微小異物等の欠陥を検出できることもある。」のであって、「安定して検出できる。」のではない。

0135

「異物等の欠陥の検出」と言う目標を達成するためには、検出すべき異物等の欠陥の大きさを解像する程度の分解能が必要である。

0136

本発明は、この検出すべき異物等の欠陥を解像する程度の開口数(NA)を有する検出光学系を有する。

0137

具体的には以下の式(1)により、算出される。

0138

d=0.6(λ/NA) ……(1)
このNAに概ね近い値を有する光学系が望ましい。ここで、dは検出すべき異物等の欠陥の寸法、λは照明光の波長、NAは開口数である。また検出系のNAを式(1)を満たすように設定できない場合、照明系のλを短くして式(1)を満たす必要がある。

0139

すなわち、異物等の欠陥検査のための検出光学系では、従来は異物等の欠陥を解像する解像力が必要と考えられていなかったが、本発明では式(1)に示すような異物等の欠陥を解像する検出光学系が必要であるという新規考え方に立っている。

0140

ただし、式(1)の係数は、0.6という一般の解像度を算出する際の値ほど大きい必要はなく、本発明に際して発明者により実施された実験によると、0.24〜0.6の範囲であれば必要とされる異物等の欠陥検出性能は発揮される。(但し、大きいほど検出性能が高いことはもちろんである。)その理由について、以下に説明する。図15には、横軸に異物等の欠陥径を縦軸散乱断面積をとってある。この散乱断面積は、異物等の欠陥から発生する散乱光に比例し、Mieの散乱の理論から求められる。その解釈は、発生する散乱光を観察した場合、あたかも図中の実線で示される異物等の欠陥から発生する散乱光であるかのように観察されることを意味する。図中には、点線で、幾何学的に断面積も合わせて示した。

0141

これにより、散乱光で観察した場合には、実際の異物等の欠陥寸法よりも大きく観察されることがわかる。(これは、まさしく異物等の欠陥検査が散乱光で行われている理由である。)そして、その比率は、図15より面積比で約3倍〜6倍、従って直径では√3〜√6倍となる。

0142

この場合、式(1)は、
d=(0.6/(√3〜√6))・(λ/NA)
=(0.24〜0.35)・(λ/NA) …(1)’
となり、先の実験結果を説明できる。

0143

また、レチクル上の異物等の欠陥検査では、検出すべき異物等の欠陥サイズdはレチクル最小寸法の1/4程度とされているため、レチクル上最小寸法2.5μm(5:1縮小転写の場合、ウェハ上0.5μm、これは、16MDRAM相等)の場合、0.6μm、レチクル上最小寸法1.5μm(64MDRAM相等)の場合0.4μmである。

0144

従って、0.4μmの異物等の欠陥を、先の検討から求められたNA=0.5の検出光学系で検出するためには、(1)’式を変形した
λ=d・NA/(0.35〜0.24) …(2)
より、λ=825nm〜575nmよりも波長の短い光源が必要となる。

0145

図4(A)において、70は固定手段18によりZステージ10上に固定されたレチクル6上の異物等の欠陥、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を照明系2(または照明系20、3、30のいずれか)で斜方より照明し、直接反射光および直接透過光は集光せず、発生する散乱光および回折光のみを対物レンズ41で集光すれば、図5に示すレチクル6上の回路パターン80と照明系2(または照明系22、3、33のいずれか)のレチクル6の面上への投影像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)の回折光のみが、対物レンズ41のフーリエ変換面上で図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゜のパターンからの回折光(b)、(c)は、対物レンズ41の瞳に入射しないため、検出に影響を及ぼさない。一方、異物等の欠陥70からの散乱光は、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44、444を配置し、図4(A)に示す0゜パターンからの回折光(a)を遮光することにより,異物等の欠陥70を回路パターン80と弁別して検出できる。また、フーリエ変換面は、ここで示すように、対物レンズの後方に出来るだけでなく、対物レンズの入射瞳面にも出来るので、対物レンズの直前に空間フィルタを配置することもできる。この場合、レンズ系を経ていないので検出光の波長による収差が無く、すべての波長のフーリエ変換面が同一平面となる利点もある。

0146

また、ここでフーリエ変換面上で直接検出しないのは、後で述べるように、フーリエ変換像をさらに逆フーリエ変換した像面上で検出視野を小さくして検出した方が高感度な検出が可能となるためである。しかし、逆フーリエ変換は数学的な演算であるため、フーリエ変換面上でフーリエ変換像の振幅と位相差量を直接検出し、計算機で逆フーリエ演算を行って検出しても良い。またこの場合、計算機処理によるため、空間フィルタリングの自由度が増すメリットもある。

0147

以上のような構成により高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、従来の低NA検出光学系(NA=0.1)の約20倍になる。

0148

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10×20μm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、異物等の欠陥だけを検出することができない。そこで本発明では、検出器の画素を例えば2μm×2μm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の異物等の欠陥検出を可能とした。またここで、検出器の画素を2μm×2μmと設定したが、この理由は以下に述べるものであり、必ずしもも2μm×2μmである必要はない。この場合画素寸法は、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。すなわち、0.8μm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、0.8μm×5=4μm、0.5μmプロセスLSIではおおむね0.5μm×5=2.5μmよりも小さい画素で検出すれば良い。

0149

また、実際には、画素寸法が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。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り図10に示した実験によってもこの値で十分である。すなわち、最小寸法が1.5μm程度の64MDRAM〜256MDRAM用レチクルでは、1〜2μm程度の画素寸法が望ましい。

0150

上記内容を図7を用いて再度説明する。図7(A)に示す回路パターン80の交差部分にできるコーナー部82は、該部を微視的に見た図7(B)に示すように連続的な角度のコーナー820で構成されているため、コーナー部82からの回折光(d)もフーリエ変換面上で広がる傾向があり、空間フィルタ44、444により完全に遮光することができず図6(d)に示すようになる。このため、一つの検出器51または551に複数のコーナー部82からの回折光が入射すると、検出器51または551の出力Vが増大して、異物等の欠陥70と弁別して検出ができなくなる。図8はこの状態を示したもので、複数のコーナー部82からの検出出力値822が単一のコーナー部82からの検出出力値821に比べて高い値になり、図に示す点線90のレベルで2値化したのでは、異物等の欠陥70からの検出出力値701を分離して検出することができないことを示している。

0151

上記図8にて説明した不具合点の対策として本発明では、レチクル6上の検査視野15を対物レンズ41、結像レンズ45、445等を介して検出器51、551に結像するように構成し、検出器51、551の寸法と結像倍率を選択することにより、レチクル6面上における検出視野15を任意の寸法(例えば2μmμm×2μm )に設定し、簡易な検出光学系4でありながら複数のコーナー部82からの回折光が検出器51、551に同時に入射しないようにしている。しかし、前記従来の寸法の異物等の欠陥では検出ができても、ディープサブミクロンオーダーの異物等の欠陥の検出においては、回路パターン80の形状によっては一部のコーナー部82との分離検出が不十分であり、また、LSIの高集積化により、回路パターン80の通常の構造部分の寸法83よりも微細な図7に示すようなサブミクロンオーダーの寸法84を有する回路パターンから発生するような回折光は、異物等の欠陥70からの散乱光と挙動が更に類似して来ているため、異物等の欠陥70を回路パターンから分離して検出することが一層難しくなってきている。

0152

本発明は、上記図9に示すようなサブミクロンオーダーの寸法84を有する回路パターンに対しても、以下に説明する対策を有し、異物等の欠陥を検出することができるようにしている。図10はその説明図で、図中、701、702はディープサブミクロンオーダーの微小な異物等の欠陥70からの散乱光検出出力値、864、874、865、875、866、876、867、877は、0゜、45゜、90゜の各回路パターンで形成されるすべてのコーナー部82からの散乱光の検出出力値、861、871、862、872、863、873は、サブミクロンオーダーの寸法84を有する微細構造回路パターンからの散乱光の検出出力値をそれぞれ示す。このうち、701、861、862、863、864、865、866、867は、第1の照明系2(または3)による検出出力値を、また、702、871、872、873、874、875、876、877は、第2の照明系20(または30)による検出出力値を示し、例えば861←→871は、回路パターンの同一位置における照明系別の検出出力値で、861が第1の照明系2(または3)による値、871が第2の照明系20(または30)による値を示す。また、異物等の欠陥70は、図からもわかるように、回路パターンに比べて照射方向による散乱光の検出出力値の変動は小さい。なお、図中の破線91は、検出出力値のしきい値を示す。

0153

上記図8から、同一の回路パターンでも照射される方向により散乱光の出力が大きく異なることが判明し、しかも、レチクル6の面上で180°方向をずらし、対向する2方向の斜方から照明した場合、いずれか一方の側の散乱光の出力値は、図中●印で示すように、ディープサブミクロンオーダーの異物等の欠陥からの出力値よりも必ず小さいことが分かる。

0154

このため、図1のように、レチクル6の面上で180°方向をずらし、対向する2方向の斜方から同時に照明した場合、粒子、および回路パターンの検出出力は、それぞれの照明による検出出力の和にしかならず、やはり、しきい値で2値化することは困難であるが、対向する照明による散乱光をそれぞれ別々の2つの検出器で検出し、それぞれを別々の2値化判定回路により、しきい値91で2値化すると、異物等の欠陥の欠陥の場合には2つの判定結果は両方共”1”となり、回路パターンの場合には、2つの判定結果のうちどちらか1方だけが”1”となるかまたは両方共”0”であるかのいずれかとなる。これにより、2値化判定回路の判定結果の論理積をとれば、ディープサブミクロンオーダーの異物等の欠陥を含む異物等の欠陥70を回路パターンから分離して検出できる。

0155

上記論理積回路による検出を実現するためには、対向する照明による散乱光を分離して検出する構成を持つ必要がある。表面側に配置された照明系2および照明系20で光源の波長を変えて波長分離(色分離)を行う、または光源の偏光特性を変えて偏光分離を行う等の構成が考えられる。しかし、前述のペリクル保持枠によるけられの問題から、表面側に配置された照明系2および照明系20でレチクルの全面に対して対向する照明を行えない問題を有する。(図37の領域3724および領域3704ではペリクル保持枠の影響で対向する照明を行えない)そこで本発明では、以下の点に着目した。(1)検出感度が求められるのは、異物等の欠陥からの散乱光の出力が小さいレチクルの光透過部分上(ガラス部分上)であり、レチクルの遮光部分(クロム等の金属薄膜部分上)の異物等の欠陥は、散乱光の出力が大きく、前記論理積による検出は不要である。(2)表面側の照明系の光源と、裏面側の照明系の光源では波長が異なる。(3)表面と裏面で対向する照明を行うとペリクル保持枠の影響を避けて全面を照明できる(後述)。

0156

即ち、レチクルの光透過部分上の異物等の欠陥に対し、表面側と裏面側とで対向する照明系、具体的には、照明系2と照明系30、あるいは照明系20と照明系3により照明を行い、波長分離により対向するそれぞれ照明系による散乱光検出値の2値化判定を行う構成とした。

0157

図69図70はその効果を説明するための断面図で、図中、6901はレチクル等のホトマスクのガラス基板、6904は回路パターン面を表面側から照明する波長λ1の斜方照明光、6905は回路パターン面を裏面側から斜方照明6904と180°相対して照明する波長λ2の斜方照明光、6902、7002は回路パターンのエッジ部分、6942は表面側の斜方照明6904によって回路パターンのエッジ部分6902から発生する散乱光、6952は裏面側からの斜方照明6905によって回路パターンのエッジ部分6902から発生する散乱光、7042は表面側の斜方照明6904によって回路パターンのエッジ部分7002から発生する散乱光、7052は裏面側からの斜方照明6905によって回路パターンのエッジ部分7002から発生する散乱光、6903、7003は0.3μm程度の大きさの異物のモデルである標準粒子、6943は表面側の斜方照明6904によって標準粒子6903から発生する散乱光、6953は裏面側からの斜方照明6905によって標準粒子6903から発生する散乱光、7043は表面側の斜方照明6904によって標準粒子7003から発生する散乱光、7053は裏面側からの斜方照明6905によって標準粒子7003から発生する散乱光を示している。

0158

レチクル等のホトマスクの回路パターンのように微小ながらも断面構造を有する(厚さのある)回路パターンでは、斜方照明の方向によって、発生する散乱光の強度が大きく変化する。例えば、図69では、回路パターンのエッジ部分からの散乱光は、斜方照明6905による照明で発生する散乱光が大きく、一方、斜方照明6904による照明で発生する散乱光は小さい。また、異物のごとく、微小な物体で明確な異方性を示さない物体からの散乱光は、大きな変化を示さない。

0159

その様子は、図69中の散乱光の検出出力(V)を示したグラフのようになり、斜方照明6905による散乱光では、標準粒子からの散乱光6953よりも回路パターンからの散乱光6952の方が大きく、単純な2値化しきい値Th2では異物だけを検出することはできない。しかし、斜方照明6904による散乱光では、標準粒子からの散乱光6943の方が回路パターンからの散乱光6942よりも大きく、単純な2値化しきい値Th1で、異物だけを検出することができる。

0160

図69の場合の方向の回路パターン6902では、斜方照明6904による散乱光を検出すればよいが、回路パターンのエッジの方向はもう一つあり、その場合の様子を図70に示す。

0161

図70では、回路パターンのエッジ部分からの散乱光は、斜方照明6904による照明で発生する散乱光が大きく、一方、斜方照明6905による照明で発生する散乱光は小さい。また、異物のごとく、微小な物体で明確な異方性を示さない物体からの散乱光は、大きな変化を示さない。

0162

その様子は、図70中の散乱光の検出出力(V)を示したグラフのようになり、斜方照明6904による散乱光では、標準粒子からの散乱光7043よりも回路パターンからの散乱光7042の方が大きく、単純な2値化しきい値Th1では異物だけを検出することはできない。しかし、斜方照明6905による散乱光では、標準粒子からの散乱光7053の方が回路パターンからの散乱光7052よりも大きく、単純な2値化しきい値Th2で、異物だけを検出することができる。

0163

図70の場合の方向の回路パターン7002では、斜方照明6905による散乱光を検出すればよいが、図69の場合、図70の場合は、検査中に任意に現れるため、どちらか一方を選択的に検出する構成にはできない。そこで、本発明で考案された検出方式では、図69図70のどちらの場合でも、異物に関しては2つの斜方照明6904、6905の両方の検出結果において、2値化しきい値Th1、Th2の両方よりも散乱光が大きくなっており、また、回路パターンに関しては、2値化しきい値Th1、Th2の両方よりも散乱光が大きくなることはない。このため、斜方照明6904、6905による散乱光をそれぞれ検出し、それぞれを2値化しきい値Th1、Th2により2値化してその論理積を求めれば、異物からの散乱光だけを検出できる。

0164

また、この動作は、2つの斜方照明6904、6905の光源の波長を異なるものとしておけば、その散乱光を色分離フィルタ等により簡単に分離することが出来るため、2つの斜方照明6904、6905による検出を同時に行え、検出判定も実時間で行うことができる特長を有する。

0165

図39図38と同様に、図1中のレチクル6、ペリクル7、照明系2による斜方照明光3802、照明系20による斜方照明光3820、照明系3による斜方照明光3803、照明系30による斜方照明光3830と検査視野(=照明位置)15との関係を示している。図39(A)は、図40に示すペリクル保持枠の中心線4001を境に分けられた領域4024を検査する場合の、照明状況を示し、表面側、裏面側で対向する1対の照明系による斜方照明光3820および斜方照明光3803による照明が行われている状況を表している。検査の進行と共に、ステージがY軸正方向へ送られて行くと、図40中の領域4004では、やがて図39(B)の状態となり、表面側、裏面側で対向する1対の照明系による斜方照明光3820および斜方照明光3830により照明が行われる。領域を2つに分けて照明の組を切り換えるのは、ペリクル保持枠3807によるけられを避けるためであり、従って、切り換えのタイミングは必ずしもペリクル保持枠の中心線4001を境に行われる必要はない。

0166

以上の照明方式に対する検出結果の信号処理のブロック図を図41に示す。図41は、図1中の信号処理系5の部分を表し、図1と同じ番号のものは、同じものを表す。

0167

裏面側の斜方照明系3(図41では省略)または斜方照明系30(図41では省略)による散乱光は、波長分離ミラー42(図41では省略)を透過して検出器51により検出される。表面側の斜方照明系2(図41では省略)または斜方照明系20(図41では省略)による散乱光は、波長分離ミラー42(図41では省略)で反射され、検出器551により検出される。

0168

検出器51の検出出力4101の2値化判定結果である2値化判定回路52の論理出力4103と、検出器551の検出出力4111の2値化判定結果である2値化判定回路552の論理出力4113との論理積出力、すなわち論理積回路57の出力4102が異物等の欠陥の検出判定結果となる。また、出力4102には論理レベルの判定結果だけでなく検出値も出力したほうがいいことは、さきにも述べた。そして、最終的な判定結果に、論理レベルの判定結果だけでなく検出値も出力したほうがいいことは以下に述べることにも共通である。

0169

この場合、図67に示されるような構成になる。2値化回路6701には、裏面側照明によって発生した散乱光の検出(これを「裏面側照明による検出」と呼ぶ、表面側照明の場合も同様)用のしきい値6702があらかじめ設定される。また、2値化回路6711には、表面側照明による検出用のしきい値6712があらかじめ設定される。そして2値化回路6701には裏面側照明による検出値6703が、また、2値化回路6711には表面側照明による検出値6713が入力され、2値化判定される。それぞれの判定結果は、論理積手段6721で演算され、結果が論理レベル”1”の場合にデータセレクタ6731で表面側照明による検出値6732が検出結果として出力される。この場合、検出結果の出力は、裏面側照明による検出値でも良い。

0170

ただし、これまでに述べた構成だと、レチクル等のホトマスクの光透過部分上の異物等の欠陥に対しては有効だが、遮光部分上の異物等の欠陥の検出では以下のような問題を生じる。つまり、遮光部分上の異物等の欠陥は、裏面側からの照明があたらないために、裏面側からの照明により散乱光が発生しない。従って、大きな寸法の(すなわち検出する必要のある)異物等の欠陥が表面側からの照明により大きな散乱光を発生し、図67における2値化回路6711の出力が論理レベル”1”となったところで、2値化回路6701の出力は論理レベル”1”にはならず、従って異物等の欠陥と判定されることはない。

0171

そこで、これを防ぐために、表面側の照明により発生した散乱光が大きい場合には、裏面側からの照明により発生する散乱光がない場合でも異物等の欠陥と判定するようにする必要がある。これだと、遮光部分上の異物等の欠陥は、発生する散乱光が小さい微小な異物等の欠陥は検出されないが、作用の欄で述べた理由(遮光部分上の異物等の欠陥は露光の際に転写されず、光透過部分へ移動する可能性のある大きな異物等の欠陥だけを検出すれば良い)から実用上は支障ない。

0172

この場合の、処理回路のブロックを図72に示す。図67のブロック図との違いは表面側照明による検出結果の2値化回路として、2値化回路7201と、判定結果の論理和演算回路7221が加わったことである。2値化回路7201には、表面側照明による検出用のしきい値7212があらかじめ設定される。このしきい値7212は、もう一方のしきい値6712よりも大きな値、具体的には、回路パターンからの散乱光の検出値よりも大きくしておく。このしきい値を越えるような大きな検出値が検出された場合に、2値化回路7201は論理レベル”1”を出力する。2値化回路7201の出力と論理積回路6721の出力は、論理和演算回路7221により論理和が演算され、結果が論理レベル”1”の場合にデータセレクタ6731で表面側照明による検出値6732が検出結果として出力される。この場合、検出結果として出力されるのは、表面側照明による検出値に限られる。なぜならば、遮光部分上の異物等の欠陥では裏面側照明による検出結果は得られないからである。

0173

また、例えば図46に示すごとく論理積処理回路57、あるいは論理積処理回路57の周辺を構成すれば、論理積演算器4157の入力の一方を切りかえ手段4133によって検出結果4103に切りかえれば、出力4102には論理積方式による検出判定結果が得られ、また、論理積演算器4157の入力の一方を切りかえ手段4133によって論理レベル”1”入力4123に切りかえれば、出力4102および4112には、論理積方式を用いない検出方式の検出結果が得られ、必要に応じて検査装置の検出方式を選択することができる。その場合、図41に示す構成は図47のごとくなる。また、図46の目的は、同一装置でも、切りかえにより検出方式を選択可能とすることにあるので、目的が達成されるのであるならば、勿論、ソフトウェア処理によるものなど他の構成でも構わない。

0174

以上の構成より、異物等の欠陥からの散乱光が検出されたと判定された場合、検出時のXステージ10およびYステージ11の位置情報のほか、検出器51、651が単素子でない場合には、その素子中の画素位置から計算される異物等の欠陥70の位置情報および検出器51、551の検出出力値4101、4111が、異物等の欠陥データとしてマイクロコンピュータ54が管理するメモリに記憶されるとともに、該記憶内容演算処理されてCRT等の表示手段55に表示される。

0175

また、(特にアレイ型の検出器において)異物等の欠陥の検出・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。2μm×2μm検出器の画素寸法で異物等の欠陥の検出・判定を行った場合を例にすると、第26図に示すごとく、異物等の欠陥が複数(2から4個)の画素間にまたがって検出される条件では、異物等の欠陥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複数の画素間にまたがらない場合と比較して、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、異物等の欠陥の検出率が低下する。また、検出器の画素と微小な異物等の欠陥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。

0176

そこで今回は、図27に示すごとく、検出画素を1μm×1μmに縮小して行い、各画素の隣接する4つの1μm×1μm画素の検出出力を電気的に加算、2μm×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2μm×2μm画素による代表出力として異物等の欠陥の検出判定を行うようにした(4画素加算処理、あるいは4画素加算方式)。これにより、同一異物等の欠陥からの検出出力の変動は実績で±10%におさまり、全ての異物等の欠陥に対して検出再現性80%以上を確保できる。

0177

図28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(1μm)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により各々の加算値の平均値を求める。(ここで平均値を取るのは、加算の結果、桁数が増加し、後の処理回路の規模が大きくなるのを防ぐためである)そして最大値判定回路2513によりそ4方向の内の最大値を求め、異物等の欠陥からの検出値2514として出力する。

0178

このように構成すると、判定に必要な2μm単位に判定結果が出力され、データ量が1/4になっているため、これ以降の処理回路で必要な信号処理の速度が、1/4に減少し、回路設計上、回路動作上有利となる。このような構成により安定な異物等の欠陥の検出が可能となる。

0179

以上の例では、4画素の加算あるいは平均処理は、検出画素間にまたがる検出結果の出力低下の防止策であるから、処理画素は4画素より多い画素で処理しても構わないし、効果が所望の目的を達せられるのであれば2画素、あるいは3画素の処理でも構わない。図65に2画素加算の場合に関してその一例を示す。同図では、画素の形状が正方形ではなく、長方形になっている。これは、長方形形状をした検出器あるいは、ステージの送り速度を検出器の蓄積時間に比べて早くすることにより実現できる(例えば、試料上で1μm×2μmの画素を形成しようとするのなら、試料上の大きさ1μm×1μmの検出器で、蓄積時間Tの間に、2μmステージを送れば、実現できる)。そして、図65に示すごとく、2画素を加算すれ処理を行えば良い。

0180

同図の実施例では、図中b2のタイミングで、
(a1+a2)/2
(a2+a3)/2
(b1+b2)/2
(b2+b3)/2
(a1+b1)/2
(b1+c1)/2
(a2+b2)/2
(b2+c2)/2
を演算し、そのうちの最大値を検出結果として出力する。即ち、4画素の場合と同様に加算値の平均値の最大値を求めている。2画素加算は、4つの画素にまたがる異物の出力低下を防止する効果が小さくなるが、4画素加算に比べてステージの送り速度が早いため、検査速度が向上する。

0181

さて、上記例では、検出判定を行う画素寸法(2μm×2μm)に比較して検出すべき異物等の欠陥の寸法は小さい(例えば0.5μm)。このような場合では、4画素加算処理前の検出器の1画素(上記例では1μm×1μm)中に異物等の欠陥が捕らえられさえすれば、異物等の欠陥からの検出出力は4画素加算処理の前後で同一である。(なぜなら、4画素加算方式は、前述のごとく、1画素で捕らえられずに、複数の画素にまたがってしまった場合の補償のための方式であるからである。)この場合、回路パターンからの散乱光は、検出器の画素の面積(画素寸法)が小さいほど1画素中に入ってしまう回路パターンコーナー部分個数(あるいは面積)が減少するために、回路パターンからの散乱光は減少することを考えると、画素寸法自体は、小さいほど好ましく、より高感度な異物等の欠陥の検出が可能となる。従って、4画素加算処理方式は、検出の安定性と引き換えに、検出感度に対して犠牲を払っているとも言える。犠牲を払った上で、検出感度が十分ならばこの問題に対して新たな考案を行う必要はないが、プロセス条件の変化や、露光方式の変化に追従してより柔軟な検出感度を有した検査技術とするためには、この問題にも配慮を行うことが必要である。

0182

この問題に対しては、4画素加算処理を行った高安定検出モードと、4画素加算処理を行わない高感度検出モードとを選択可能にすることにより必要とされる性能に応じて検出方式を切りかえれば良い。

0183

また、上記2つのモードは、4画素加算処理の前後で異物等の欠陥の検出判定を行えば、同時に動作可能であることに着目し、本発明では、図42に示すような構成で、高安定検出と高感度検出を同時に行う構成を考案した。

0184

図42では、検出器51あるいは検出器551で検出された信号は、4画素加算処理回路114あるいは4画素加算処理回路124にて処理を行われた結果の検出判定(2値化)回路52あるいは検出判定(2値化)回路552で検出判定されると同時に、4画素加算処理を行わない結果の検出判定(2値化)回路53あるいは検出判定(2値化)回路553にて検出判定される。この結果をコンピュータ54に入力、格納し、表示手段55に表示する。

0185

また、異物等の欠陥の検出を達成するためには、検出判定(2値化)回路52あるいは検出判定(2値化)回路552で検出されるか、または、4画素加算処理を行わない結果の検出判定(2値化)回路53あるいは検出判定(2値化)回路553にて検出されればいいのであるから、図43のごとく、それぞれの検出結果を論理和回路56あるいは論理和回路556で演算し、この結果をコンピュータ54に入力、格納するようにすれば、回路上で、異物等の欠陥検出のデータ量小さくすることができる。この場合、4画素加算結果が、本実施例の4画素加算処理ごとく最大値で得られデータ量が減っている場合には、単純に4画素加算を行っていない結果と論理和を演算することが困難となる。この場合には、図66に示すごとく加算処理を行わない状態での4画素の最大値を求める処理を行い、データ量を1/4に減らしておけば、論理和が演算しやすくなる。ここでは、図中b2のタイミングで、
a1
a2
a3
a4
のうちの最大のものを検出結果として出力する。

0186

また、検出結果の出力には論理レベルの判定結果だけでなく検出値も出力したほうがいいことは、論理積演算と同様、論理和演算にもあてはまる

0187

この場合、図68に示されるような構成になる。2値化判定回路6801には、4画素加算処理を行わない検出用のしきい値6802があらかじめ設定される。また、2値化判定回路6811には、4画素加算処理を行った検出用のしきい値6812があらかじめ設定される。そして2値化判定回路6801には4画素加算処理を行わない検出値6803が、また、2値化判定回路6811には4画素加算処理を行った検出値6813が入力され、2値化判定される。それぞれの判定結果は、論理和手段6821で演算され、結果が論理レベル”1”の場合にデータセレクタ6831で4画素加算処理を行った検出値6832が検出結果として出力される。この場合、検出結果として出力されるのは、4画素加算処理を行わない検出値6803でも良い。

0188

図42のごとく、論理和回路56あるいは論理和回路556を設けない場合には、表示手段55に表示する前に、ソフトウェア的に異物等の欠陥検出データの論理和を演算することが望ましい。

0189

また、前述の論理積を用いた検出を行わない場合には、図44のごとく、検出判定(2値化)回路52および検出判定(2値化)回路552および検出判定(2値化)回路53および検出判定(2値化)回路553の結果を論理和回路5556で演算するかあるいはソフトウェア的に演算する構成も可能である。

0190

また、論理積を用いた検出を行う場合には、図45のごとく、論理和回路56および論理和回路556の出力を、論理積回路57で演算すれば良い。この場合の、論理積演算は異物等の欠陥の検出の最終結果であるから、検査の進行と同時に行われることが望ましく、ソフトウェアによる演算よりは、回路による演算のほうが実際的である。

0191

本発明では、光学的な処理により異物等の欠陥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「異物等の欠陥有り」と判定(2値化)して異物等の欠陥の検出が可能である。しかし、検出結果には、(1)一次元撮像素子検出器の各画素ごとの感度特性の差(ばらつき、±15%程度)による検出信号の不均一、(2)照明光源の被検査面上での照度分布に起因する、被検査試料から発生する散乱光量(強度)の不均一(シェーディング)により、感度の分布が存在する。これにより図29に示す様に、同一の異物等の欠陥でも検出する画素(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値化で異物等の欠陥を安定に検出することは不可能である。

0192

本発明では、図30に示すように、予め図1の標準試料111にて、上記(1)と(2)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)異物等の欠陥を検出している。また、本発明のごとく、照明を複数の方向から複数の組み合わせで行う方式の場合には、それぞれの照明の組み合わせに対応し、検出器毎に、個別に補正データ採取する必要がある。

0193

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。

0194

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、ガラス基板に特定の大きさの標準粒子を一様に付着させたもの、アルミニウムスパッタ処理して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、本発明においては、裏面側からの照明の補正も行う必要があるため、レチクル等のホトマスクを検査時に照明するのと同じ状況を再現できる補正試料である必要がある。即ち、ガラス基板を通して裏面側から照明を行い、表面側に発生する散乱光を補正データとして採取できる構造の補正試料であるべきである。

0195

また、標準試料111上の微小凹凸を画素1μm×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。

0196

また、標準試料111上で散乱光を発生するのは、標準試料111上で照明された部分のうち、上記の形成された微小凹凸からの部分であり、標準試料111上で照明された全体から散乱光が発生するわけではない。

0197

従って、前述のごとく1000回測定を繰り返してそれらの検出値を加算しても、標準試料111上で照明された部分全体の照度分布を1000回加算したことにはならず、はるかに小さな加算値にしかならない。従って、単純な平均値(たとえば1000回測定を繰り返した場合、その1000回の測定結果を加算した値を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。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。

0198

また、標準試料111上の微小凹凸が適切に形成することが不可能で、1000回加算平均値でも、凹凸の不均一さの影響を受ける場合には、さらに、加算回数を増加させるか、あるいは、連続する2画素以上(例えば3画素とか5画素)の画素間で平均化(スムージング)処理を施して補正データを求めた方が良い結果を得られる場合もあるので、これ等のアルゴリズムを選択可能にしておくと大きな効果が得られ、より高精度な検出が可能となる。

0199

図30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。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。図31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3212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。

0200

異物等の欠陥判定を例えば2μm×2μmの画素単位で行っている場合、2μm以上の大きさの異物等の欠陥が存在した場合、異物等の欠陥を検出した画素の数は、実際の異物等の欠陥の個数と異なることになる。仮に10μmの大きさの異物等の欠陥が1個存在した場合、(10μm/2μm)×(10μm/2μm)=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、検出した異物等の欠陥を観察しようとした場合、25個の検出結果全てを確認する必要が有り、不都合が生じる。

0201

従来は、ソフトウェア的に、異物等の欠陥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個の異物等の欠陥を検出した」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。

0202

そこで本発明では、全検査領域を、1度に観察系視野に呼び出せる視野範囲(例えば32μm×32μm)を単位とするブロックに分割し、同一のブロックの範囲内の検出信号を、すべて同一の異物等の欠陥からの検出信号として判定(ブロック処理)する様にした。これにより、大きな異物等の欠陥でもその大きさに関係無く、1度で視野範囲内に収めて、観察・確認が可能となる。

0203

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、装置のスループット(被検査試料を装置に投入してから、異物の自動検出、検出結果の観察/確認、被検査試料の排出までの時間)を大幅(検出信号1000個の場合、従来比で2/3以下の時間)に向上出来る。図32にブロック処理回路の具体例のブロック図を示す。

0204

図32には、検出器信号を、その検出値(大きい異物ほど大きな(強い)散乱光が発生し、検出値は大きくなる)によって検出値の大きなほうの信号から、大きい寸法の異物に相当する検出信号(以下、大異物)、中位の寸法の異物に相当する検出信号(以下、中異物)、小さい寸法の異物に相当する検出信号(以下、小異物)の3種類のランクを持った異物等の欠陥のグループ分類し、検出器画素の16画素×16画素=256画素を1ブロックとして、ブロック毎に大、中、小異物等の欠陥の個数をカウントし、1ブロック内の異物等の欠陥の検出信号の個数が1以上の場合にのみ、1ブロック内の、グループ毎の異物等の欠陥個数と、1ブロック内での検出信号の最大値と、ブロックの座標を異物検出結果格納用メモリ(以下、異物等の欠陥メモリ)4271に書き込むための、ブロック処理回路を示す。検出された異物等の欠陥に相当する検出信号と、検出された異物等の欠陥とは、情報と物質であるから本来同一の物ではないものの1対1に対応するものであるので、ここでは、便宜上同一の物とし、『検出された異物等の欠陥に相当する検出信号』を『検出された異物等の欠陥』と表記する。

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