JP3280401B2

JP3280401B2 - 欠陥検査装置および欠陥検査方法

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Publication number: JP3280401B2
Application number: JP23175491A
Authority: JP
Inventors: 弘明宍戸; 稔野口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 2002-05-13
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JPH0643109A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレチクル、ホトマスク
等（以下、レチクル等という）の回路パターンを有する
被検査試料上に付着した異物を検出する欠陥検査装置お
よび欠陥検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩある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をウェハ等の上に焼付転写する
前に、レチクル等を検査するが、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
も、異物により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】このような転写不良を防止するため、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
光を検出する装置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、このような異
物検査装置においては、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。

【０００４】その１は、特定の入射角度で直線偏光レー
ザ光を斜めから照射する手段と、偏光板およびレンズを
用いた斜方結像光学系とを有する異物検査装置（たとえ
ば、特開昭５４−１０１３９０号公報）である。この装
置は、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とでは、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。

【０００５】その２は、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、レーザ光の照射点と集光点面
とがほぼ一致するように被検査試料の上方に設けられ、
レーザ光の散乱光を集光する第１のレンズと、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、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、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（たとえ
ば、特開昭５９−６５４２８号公報、特開平１−１１７
０２４号公報、特開平１−１５３９４３号公報）であ
る。この装置は、回路パターンが一般的に視界内で同一
方向かあるいは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のエッジ部によ
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。

【０００６】その３は、回路パターンのエッジ部で生じ
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、斜方に設置した複数の検出器
のそれぞれの検出出力の論理積を取ることで異物を弁別
する構成のもの（たとえば、特開昭５９−１８６３２４
号公報）である。

【０００７】その４は、回路パターンのエッジ部からの
回折光はある特定の方向にのみ集中して行くのに対し
て、異物からの回折光はすべての方向に散乱していくと
いう現象を利用し、複数の検出器を配置して異物を弁別
するもの（たとえば、特開昭６０−１５４６３４号公
報、特開昭６０−１５４６３５号公報）である。。

【０００８】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、たとえば久保田
広著、応用光学（岩波全書）１２９〜１３６頁に記載
されている。

【０００９】また、１次元固体撮像素子のようなアレイ
状の検出器を使用した場合、アレイを構成する各画素間
にまたがって異物が検出されたとき、異物からの出力が
複数の画素に分散されて検出され、その結果として検出
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が、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。

【００１０】また、照明の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６０−３８８２７号公
報には、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。

【００１１】また、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。

【００１２】

【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。

【００１３】特開昭５４−１０１３９０号公報等の発明
においては、微小異物からの散乱光の偏光方向と回路パ
ターンのエッジ部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、異物の弁別検出ができない。

【００１４】つぎに、特開昭５９−６５４２８号公報等
の発明においては、異物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
り異物からの散乱光のみを検出するもので、異物を簡単
な２値化法により検出するため検出機構が簡単になる
が、回路パターンのコーナ部からの回折光には、回路パ
ターンのエッジ部からの回折光のように特定位置に偏る
傾向は小さく、空間フィルタにより回路パターンのコー
ナ部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、異物からの散乱光と挙動が類似してきているため、
一層前記の傾向が強く、簡単な２値化法により異物を回
路パターンから分離して検出することは事実上困難であ
る。

【００１５】また、特開昭５９−１８６３２４号公報等
の発明、特開昭６０−１５４６３４号公報等の発明にお
いては、その装置の構成上十分な集光能力を持つ光学系
の採用が困難であり、微小な異物から発生する微弱な散
乱光を検出するのは実際上困難である。

【００１６】また、特開昭６１−１０４２４２号公報等
の発明においては、その構成上特殊な検出器を特別に製
作する必要があるとともに、特殊な光学系を構成する必
要があり、実用上製造コストが高価となる。

【００１７】また、特開昭６０−３８８２７号公報等の
発明においては、高速検出に適したアレイ状検出器への
対応や、微小異物検出に対応する構成精度の点で難点を
有している。

【００１８】また、特開昭５６−１３２５４９号公報等
の発明においては、大異物の１点だけを代表とするた
め、とくに長細い異物の形状を正確に認識できない問題
点があった。

【００１９】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、容易に微小な異物を回路パターンから分
離して検出することができる欠陥検査装置、欠陥検査方
法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、光学的に透明な基板上に回路
パターンを形成した試料を検査する装置であって、前記
光学的に透明な基板を保持する保持手段と、該保持手段
に保持された前記基板の前記回路パターンを形成した面
の側を照明する照明手段と、該照明手段により照明され
て前記基板の前記回路パターンを形成した面の側から発
生した散乱光のうち前記光学的に透明な基板を透過した
散乱光を集光する集光光学系手段と、該集光光学系手段
で集光した前記散乱光を前記基板を挟んで前記照明手段
と反対側で検出する検出手段と、該検出手段で検出した
前記基板からの前記散乱光の検出信号を用いて前記試料
の欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検
出した欠陥を大きさにより分類して数をカウントする欠
陥分類手段と、該欠陥分類手段でカウントした欠陥の大
きさに関する情報を含む前記欠陥検出手段で検出した前
記基板の欠陥に関する情報を表示する表示手段とを設け
る。

【００２１】この場合、前記照明手段は、前記基板の前
記回路パターンを形成した面の側を、斜方からレーザ光
で照射するようにしてもよい。また、前記集光光学系手
段は、結像レンズ部を有し、前記照明手段により照明さ
れて前記基板表面で散乱または回折して前記基板を透過
した光を前記結像レンズ部で結像させることにより前記
基板表面で散乱または回折した光の像を形成するように
してもよい。

【００２２】また、前記欠陥検出手段は、前記照明手段
の照度分布に起因するシェーディングを補正するシェー
ディング補正部を有するようにしてもよい。

【００２３】また、光学的に透明な基板上に回路パター
ンを形成した試料を検査する方法であって、前記光学的
に透明な基板の前記回路パターンを形成した面の側を照
明し、該照明により前記基板の前記回路パターンを形成
した面の側から発生した散乱光のうち該基板を透過した
散乱光を集光して検出し、該検出した前記基板を透過し
た前記散乱光の検出信号を用いて前記試料の欠陥を検出
し、該検出した欠陥を大きさにより分類して数をカウン
トし、該カウントした前記試料の欠陥の大きさに関する
情報を含む該欠陥に関する情報を表示する。

【００２４】この場合、前記光学的に透明な基板の前記
回路パターンを形成した面の側を斜方からレーザ光で照
明し、該照明により前記基板表面で散乱または回折して
前記基板を透過した光を結像させ、該結像した光像を検
出するようにしてもよい。この場合、前記基板表面で散
乱または回折した光の一部を遮光して結像させて、該結
像した光像を検出するようにしてもよい。また、前記基
板の前記回路パターンを形成した面の側を二つ以上の異
なる方向から照明し、それぞれの方向からの照明による
前記基板表面での散乱光または回折光の像を用いて前記
基板の前記照明光が透過した部分に存在する欠陥を検出
するようにしてもよい。

【００２５】

【作用】この欠陥検査装置、欠陥検査方法においては、
微小の異物からの散乱光と回路パターンのコーナ部から
の回折光を区別することができる。

【００２６】

【実施例】ウォルフ（Wolf）著，「光学原理（Principl
es of Optics）」６４７〜６６４頁などの文献によれ
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、異物からの散乱光は均一にはならずに鋭い分布
を持つ。

【００２７】この発明では、前述の異物の見逃しが増加
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。

【００２８】これは、従来検出光学系の開口数ＮＡに関
しては言及されていなかっただけでなく、異物を検出す
る場合、検出光学系が異物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ためである。と
ころが、上記の文献に示されるように、微小異物からの
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
異物の検出見逃しが起こる。

【００２９】すなわち、この発明の思想により、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。「異物の検
出」と言う目標を達成するためにも、検出すべき異物の
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。

【００３０】光散乱の物理学は、実際はきわめて複雑で
ある。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年にガスタ
ブミー（Gustav Mie）によって初めて解析された。ミー
の理論として知られている解法は、球状ハーモニスクと
呼ばれる数学関数の求和級数であるが、この発明の主題
から外れるのでは言及しない。しかしながら、結果の解
釈は比較的容易である。

【００３１】ラテックス球などの粒子は、反射、屈折、
吸収そして回折といったプロセスの組合せで、入射ビー
ム中の光を散乱する。球状異物（粒子）からの散乱光強
度を図２に示す。図２はミーの散乱の論理値をこの発明
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。横軸は検出異物の直径ｄとπとの積を検
出光の波長λ（たとえば５５０ｎｍ）で除した無次元数
である。

【００３２】ここで、πｄ／λがおおむね４より小さな
領域（λ＝５５０ｎｍのとき、ｄ＝０．７μｍより小さ
な異物）は、とくにレーリー散乱領域と呼ばれ、異物か
らの散乱光は直径ｄの６乗に逆比例して急激に減少す
る。したがって、この領域の異物の検出には、検出器の
感度には十分な注意を払う必要がある。

【００３３】一方、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したがって方向性を
持って散乱する。

【００３４】その様子は、図３に示すとおりである。こ
の領域の異物を検出するためには、異物からの散乱光が
分布を持つため、検出器の開口数ＮＡを分布に注意して
決定する必要がある。

【００３５】図４にレチクル６上の異物７０に対し、レ
ーザ光２２２１を照射し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。

【００３６】０次回折光２２２２はレーザ照明２２２１
の正反射光であり、異物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。

【００３７】そして、角度θは回折光の次式から求めら
れる。

【００３８】ｄ₀・sinθ＝λ ……(１）ここで、ｄ_０は不定形な異物に対しては、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を異物の直径ｄ
と仮定する。

【００３９】検出光学系の必要な開口数ＮＡを、最も条
件の厳しいπｄ／λ＝４の場合について求める。まず、
式(１)から角度θは５２°となる。これは、回折光の間
隙が最大で５２°になることを意味し、したがって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、異物を見逃
すことはない。

【００４０】図５においては、次式で検出系対物レンズ
４１の開口数ＮＡは求められる。

【００４１】ＮＡ＝ｎ・sin（θ／２） ……(２) ここで、ｎは光路の屈折率で、空気ではｎ≒１であり、
ＮＡ＝０.４４となる。よって、概ね０.４４より大きな
開口数ＮＡをもつ検出系により異物からの散乱光を見逃
しなく検出できる。

【００４２】この場合、開口数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、実用上は異物の検出は可能である。

【００４３】逆に、開口数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、異物からの散乱光だけを検
出する要求に障害をおよぼし、開口数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位までの開口数ＮＡが実用上適切な開口数
ＮＡとなる。

【００４４】つぎに、レーリー領域の異物の検出につい
て述べる。

【００４５】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。「異物の検出」と言う目標を達成するためには、検
出すべき異物の大きさを解像する程度の分解能が必要で
ある。

【００４６】この発明に係る異物検査装置においては、
検出すべき異物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。具体的には、次式により算出され
る。

【００４７】ｄ＝０.６（λ／ＮＡ） ……(３) この開口数ＮＡに概ね近い値を有する光学系が望まし
い。また、検出系の開口数ＮＡを式(３)を満たすように
設定できない場合、照明系の波長λを短くして式(３)を
満たす必要がある。

【００４８】すなわち、異物検査のための検出光学系で
は、従来は異物を解像する解像力が必要と考えられてい
なかったが、この発明では式(３)に示すような異物を解
像する検出光学系が必要であるという新規な考え方に立
っている。

【００４９】ただし、式(３)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、こ
の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検出性
能は発揮される。その理由について、以下に説明する。

【００５０】図６は異物径ｄと散乱断面積との関係を示
すグラフである。この散乱断面積は異物から発生する散
乱光に比例し、ミー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。これにより、散乱光で
観察した場合には、実際の異物寸法よりも大きく観察さ
れることがわかる。（これは、まさしく異物検査が散乱
光で行なわれている理由である。）そして、その比率は
図６より面積比で約３倍〜６倍、したがって直径では√
３〜√６倍となる。

【００５１】この場合、式(３)は次式のようになり、先
の実験結果を説明できる。

【００５２】ｄ＝(０.６／(√３〜√６))・(λ／ＮＡ) ＝(０.２４〜０.３５)・(λ／ＮＡ) ……(４) また、レチクル上の異物検査では、検出すべき異物径ｄ
はレチクル最小寸法の１／４程度とされているため、レ
チクル上の最小寸法２.５μｍ（５：１縮小転写の場合
にはウェハ上０.５μｍで、これは１６ＭＤＲＡＭ相
等）の場合には０.６μｍ、レチクル上の最小寸法１.５
μｍ（６４ＭＤＲＡＭ相等）の場合には０.４μｍであ
る。

【００５３】したがって、０.４μｍの異物を先の検討
から求められたＮＡ＝０.４の検出光学系で検出するた
めには、式(４)を変形した次式より、λ＝６６０〜４６
０ｎｍよりも波長の短い光源が必要となることがわか
る。

【００５４】 λ＝ｄ・ＮＡ／(０.３５〜０.２４) ……(５) つぎに、この波長範囲で、回路パターンの形成されたレ
チクルのような被検査試料上の異物検査に適した波長を
選択する検討を行なうが、その前提となる異物を回路パ
ターンから光学的に分離して検出する原理について説明
する。

【００５５】この発明は、レチクル等の回路パターンが
縦・横・斜めの３方向の直線およびその直線の交差部す
なわち回路パターンのコーナ部で構成されていることに
着目してなされている。回路パターンが指向性のよいレ
ーザ光等で斜方から入射角ｉ（ｉ＜９０°）で照射され
た場合、回路パターンの直線部分からの散乱光のフーリ
エ変換像は、照明視野内の回路パターンの位置によら
ず、フーリエ変換像面上の特定の位置へ細い直線状に集
光され、一方異物からの散乱光はフーリエ変換像面上の
特定の位置へ偏らないことが知られている。そこで、上
述したごとく、フーリエ変換像面上の特定位置へ直線状
の遮光板すなわち空間フィルタを配置し、回路パターン
の直線部分からの散乱光を遮光し、異物からの散乱光だ
けを検出する。ところが、回路パターンのコーナ部およ
びコーナ部が連続する微細構造部からの散乱光は遮光し
きれないため、これらの散乱光の検出出力に着目した検
討を行なう必要があり、この検討を検出光の波長と関連
させて以下に行なう。

【００５６】図７は粒子径ｄが０．５μｍの場合の光源
波長と散乱光強度との関係を示すグラフである。このグ
ラフから、異物の検出を容易にするために、異物からの
検出光を大きくしようとすれば、短い波長の光源により
検出を行なえばよいことがわかる。

【００５７】この場合に注意しなければならないのは、
短波長化により回路パターンからの散乱光もまた増加し
てしまうことである。異物からの散乱光が増加しても、
回路パターンからの散乱光の方がより増加してしまって
は、異物の検出性能の向上は望めない。そこで、回路パ
ターン付の試料上の異物検査を短波長化するには、回路
パターンからの散乱光にも着目し、（弁別比）＝（異物
からの散乱光を検出した検出器の出力／回路パターンか
らの散乱光を検出した検出器の出力）で定義される弁別
比に基づいた検討を行なう必要がある。

【００５８】そこで、回路パターンの各種コーナ部から
の散乱光とモデル異物であるポリスチレン標準粒子から
の散乱光を種々の波長に関して測定した発明者による実
験結果を示す。図８は波長が８３０ｎｍ、図９は波長が
６３３ｎｍ、図１０は波長が５４４ｎｍ、図１１は波長
が５１５ｎｍ、図１２は波長が４８８ｎｍの場合の測定
結果である。図中の曲線は標準粒子径に対する検出出力
の変化を示し、また回路パターンの各コーナ部からの散
乱光検出出力は〇でプロットし、そのコーナ部の形状を
〇の近傍に図（平面図）で示した。また、コーナ部が連
続した図は前述の微細構造部分を示す。

【００５９】各波長により回路パターンのコーナ部から
の散乱光検出出力は様々に変化するが、その波長におけ
る検出性能を限定するのは、その波長において最も大き
な散乱光を発生する形状の回路パターンのコーナであ
る。そこで各図には、種々の形状の回路パターンのコー
ナ部分からの散乱光の内、もっとも大きな散乱光よりも
更に大きな散乱光を発生する標準粒子すなわち弁別比が
１より大きい標準粒子を検出可能領域として示してあ
る。

【００６０】このままでは波長による検出性能の変化の
把握が困難なので、各波長において最も大きな散乱光を
発した回路パターンのコーナ部の値と今回の測定で最も
径の小さな０．５μｍ標準粒子からの散乱光と検出光源
の波長との関係を図１３に示す。０．５μｍ粒子からの
散乱光出力が回路パターンからの散乱光より大きい波長
領域すなわち弁別比が１より大きい波長領域では、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０．５μｍ粒子の検出が可能となる。第１３図か
ら明らかなように、波長６００ｎｍ付近から波長５００
ｎｍ付近にかけて０．５μｍ粒子の検出可能領域が存在
する。

【００６１】理論上は、弁別比が１より大きければ異物
が検出は可能であるが、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、さらには検出系の感
度ばらつきなど様々な要因によって、異物からの散乱光
と回路パターン部分からの散乱光のレベルの間に余裕が
必要となる。そして、この余裕が大きいほどつまり弁別
比が大きいほど安定な検出が可能となる。そこで、検出
光の波長によって弁別比がどのように変化するかを示し
たのが図１である。図１から明らかなように、５５０ｎ
ｍ近傍に最適な波長が存在する。

【００６２】この近傍の光源としては、ヘリウム−ネオ
ンガスの５ｓ₂−２ｐ₁₀遷移による緑色ヘリウム−ネオ
ンレーザ（波長５４３．５ｎｍ）がある。ただし、緑色
ヘリウム−ネオンレーザは、現在のところ小出力（１ｍ
Ｗ程度）の製品だけが市販されているため、十分な光量
を確保する事は困難である。そこで、アルゴンイオンレ
ーザの緑色光（波長５１４．５ｎｍ）を利用することが
考えられる。この波長では、緑色ヘリウム−ネオンレー
ザ光ほどの効果は期待できないが、従来から一般に用い
られてる赤色ヘリウム−ネオンレーザ光（波長６３２．
８ｎｍ）よりは高い弁別比が得られ、安定な検出が可能
であることが図１から判明する。また、アルゴンイオン
レーザの緑色光では、大きな出力の光源を得ることが容
易である。その出力は空冷でも数十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て
も大きな検出出力を得られる。

【００６３】また、最近では、非線形光学素子を利用し
た高調波レーザにより、ヤグレーザ（波長１０６４ｎ
ｍ）の２倍高調波として大きな出力（数ｍＷ〜数十ｍ
Ｗ）の緑色光（波長５３２ｎｍ）を得られるようになっ
てきた。ヤグレーザの２倍高調波は、前述の最適波長
（約５５０ｎｍ）に近いため、異物の検出に最も適して
いると考えられる。

【００６４】以上のように、この発明では概ね波長５５
０ｎｍの光源による斜方照明によって、回路パターンが
形成された被検査試料上の異物だけを、回路パターンか
ら分離して検出することが可能となる。

【００６５】図１４は参考例の異物検査装置の構成を示
す図である。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６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９〜１１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。

【００６６】Ｘステージ１０およびＹステージ１１が駆
動されて、レーザ光は図１５に示すごとくレチクル６上
に走査される。レーザ光の走査速度は任意に設定するこ
とができるが、たとえば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。

【００６７】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、あるいはレーザ干
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。

【００６８】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、レーザ光源２１の波長
λ₁はたとえば５１４．５ｎｍ、レーザ光源３１の波長
λ₂はたとえば５３２ｎｍであり、波長λ₁と波長λ₂と
は異なっている。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。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。

【００６９】照明系２、３の光源はおおよそ５５０ｎｍ
の波長を有するものが望ましい。この近傍の光源として
は、ヘリウム−ネオンガスの５ｓ₂−２ｐ₁₀遷移による
緑色ヘリウム−ネオンレーザ（波長５４３．５ｎｍ）が
ある。ただし緑色ヘリウム−ネオンレーザは、現在のと
ころ小出力（１ｍＷ程度）の製品だけが市販されている
ため、十分な光量を確保する事は困難である。そこで、
アルゴンイオンレーザの緑色光（波長５１４．５ｎｍ）
を利用することが考えられる。この波長では、緑色ヘリ
ウム−ネオンレーザ光ほどの効果は、期待出来ないが、
従来から一般に用いられてる赤色ヘリウム−ネオンレー
ザ光（波長６３２．８ｎｍ）よりは高い弁別比が得ら
れ、安定な検出が可能であることが図１から明らかであ
る。また、アルゴンイオンレーザの緑色光では大きな出
力の光源を得ることが容易である。その出力は空冷でも
数十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ても大きな検出出力を得られる。

【００７０】また、最近では、非線形光学素子を利用し
た高調波レーザにより、ヤグレーザ（波長１０６４ｎ
ｍ）の２倍高調波として大きな出力（数ｍＷ〜数十ｍ
Ｗ）の緑色光（波長５３２ｎｍ）を得られるようになっ
てきた。ヤグレーザの２倍高調波は、前述の最適波長
（約５５０ｎｍ）に近いため、異物の検出に最も適して
いると考えられる。輝度の高い光源であればいいことか
ら、水銀ランプまたは水銀キセノンランプといったレー
ザ以外の光源に５５０ｎｍ近傍または５００〜６００ｎ
ｍ波長範囲を選択するフィルタを組み合わせたものでも
構わない。

【００７１】図１６は照明系２の構成例を示す図であ
る。図において、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、レンズ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、Ｙ’方向に磁界ベクトルを持つ直線偏光（こ
の状態をＳ偏光と呼ぶ）を有するように配置する。Ｓ偏
光にするのは、たとえば入射角ｉが約６０°の場合、ガ
ラス基板上における反射率がＰ偏光の場合より約５倍程
度高く（たとえば、久保田広著、応用光学（岩波全
書）１４４頁）、より小さい異物まで検出することが可
能になるからである。なお、照明系３は照明系２と同一
構成である。

【００７２】そして、照明系２の照度を高めるため、集
光系の開口数ＮＡを約０.１にし、レーザ光を約１０μ
ｍ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３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、この実施例においては、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’軸回りに
傾動させ（図３はすでに傾動した状態を示す）、たとえ
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、５５
１と同様に直線状になっても、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。

【００７３】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、たとえば入射角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。

【００７４】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、対物レンズ４１の結
像位置付近に設けられる視域レンズすなわちフィールド
レンズ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、レチクル６の検査視野１
５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、４４
４、結像レンズ４５、４４５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、５５１に結像するように構成されている。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
を空間フィルタ４４、４４４上に結像するものである。

【００７５】５は信号処理系で、信号処理系５は検出器
５１、５５１、検出器５１、５５１の出力を２値化処理
する第１、第２の２値化回路５２、５５２、論理積回路
５３、マイクロコンピュータ５４、表示手段５５からな
っている。

【００７６】検出器５１、５５１はたとえば電荷移動形
の一次元固体撮像素子などにて形成され、Ｘステージ１
０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、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１５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次元のものあるいは単
素子のものでも使用可能である。

【００７７】２値化回路５２、５５２は２値化のしきい
値が予め設定されており、検出器５１、５５１から出力
された出力値が検出したい大きさの異物に相当する反射
光強度以上の場合に、論理レベル「１」を出力するよう
に形成されている。

【００７８】論理積回路５３は２値化回路５２、５５２
からの信号を取り込み、２つの信号の論理積を出力す
る。また、マイクロコンピュータ５４は論理積回路５３
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、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異物の位置情報および検出器５
１、５５１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。

【００７９】つぎに、図１４に示した異物検査装置の作
用について、図１７〜図２３を参照して説明する。

【００８０】図１７はレチクル６の検査状況を示す図で
ある。図において、７０はレチクル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
のコーナ部である。

【００８１】レチクル６上を照明系２によって斜方より
照射し、発生する散乱光を対物レンズ４１で集光する
と、図１８に示すレチクル６上の回路パターン８０と照
明系２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）の回折光(ａ)は対物レンズ４１の
フーリエ変換面上では図１９(ａ)に示すように帯状に表
れる。ここで、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
１７に示すように、角度θが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１９
（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
て、図１７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。

【００８２】この構成により、開口数ＮＡが高い検出光
学系が初めて実現でき、開口数ＮＡを０.５に選んだ場
合、その開口面積は、開口数ＮＡが低い検出光学系の約
２０倍にもできる。

【００８３】ただし、図２０(ａ)に示す回路パターン８
０のコーナ部８２からの散乱光は直線状の空間フィルタ
４４、４４４では十分に遮光しきれない。このため、図
２０(ｂ)に示す従来法のように、１０×２０μｍ²の検
出画素で検出を行なった場合、画素中に複数のコーナ部
８２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。そこで、この実施例では、図２０
(ｃ)に示すように、検出器の画素を２×２μｍ²にまで
高分解能化し、回路パターンからの影響を極力排除し、
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２×２μｍ²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２×２μｍ²である必要
はない。

【００８４】この場合の画素寸法は、レチクル６上の最
もパターン寸法Ｌよりも小さければよい。したがって、
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０.８×５＝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よい。

【００８５】また、実際にはコーナ部８２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
さくてもよい。

【００８６】具体的には、検査対象となるレチクル６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５１、５５１の１画
素に２個未満のコーナ部８２のみが入ることになり、図
２４に示した実験（説明後述）よってもこの値で十分で
ある。

【００８７】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。

【００８８】上記内容を図２１を用いて再度説明する。
図２１(ａ)に示す回路パターン８０の交差部分にできる
コーナ部８２を微視的に見た場合、図２０(ｂ)に示すよ
うに連続的な角度のコーナ８２０で構成されているた
め、図１９（ｄ）に示すように、コーナ部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
きない。このため、検出器５１、５５１の一方たとえば
検出器５１に複数のコーナ部８２からの回折光が入射す
ると、検出器５１の出力Ｖが増大して、異物７０との弁
別検出ができなくなる。図２２はこの状態を示したもの
で、複数のコーナ部８２からの検出出力値８２２が単一
のコーナ部８２からの検出出力値８２１に比べて高い値
になり、図２２に示す点線９０のレベルで２値化したの
では、異物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。

【００８９】図２２にて説明した不具合点の対策とし
て、この実施例では、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（たとえば
２μｍ×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、従
来の寸法の異物では検出ができても、サブミクロンオー
ダーの異物の検出においては、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、図２３に示すよ
うに、回路パターン８０の通常の構造部分の寸法８３よ
りも微細なミクロンオーダーの寸法を有するパターン８
４から発生するような回折光は、異物７０からの散乱光
と挙動がさらに類似してくるため、異物７０を回路パタ
ーン８０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。

【００９０】この実施例は、図２３に示すようなミクロ
ンオーダーの寸法を有するパターン８４に対しても、以
下に説明する対策を施せば、異物を検出することができ
るようにしている。図２４はその説明図である。図にお
いて、７０１、７０２はサブミクロンオーダーの微小の
異物７０からの散乱光検出出力値、８６４、８７４、８
６５、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
てのコーナ部８２からの回折光の検出出力値、８６１、
８７１、８６２、８７２、８６３、８７３はミクロンオ
ーダーの寸法を有するパターン８４からの回折光の検出
出力値をそれぞれ示す。このうち、検出出力値７０１、
８６１、８６２、８６３、８６４、８６５、８６６、８
６７は照明系２による検出出力値を示し、また検出出力
値７０２、８７１、８７２、８７３、８７４、８７５、
８７６、８７７は照明系３による検出出力値を示し、た
とえば検出出力値８６１、８７１は回路パターン８０の
同一位置における検出出力値で、検出出力値８６１が照
明系２による値であり、検出出力値８７１が照明系３に
よる値である。また、図からもわかるように、異物７０
は回路パターン８０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、点線９１は検出出力値
のしきい値を示す。

【００９１】図２４から明らかなように、同一の回路パ
ターンでも照射される方向により回折光の出力が大きく
異なり、しかもレチクル６の面上を１８０°方向をずら
した対向する２方向の斜方から照明した場合、いずれか
一方の側の回折光の出力値は、図中●印で示すように、
サブミクロンオーダーの異物からの出力値よりも必ず小
さいことが分かる。このため、この実施例ではレチクル
６の面上の同一位置からの各検出出力値８６１、８７１
等を検出器５１と検出器５５１とにより別個に検出し、
●印で示した値の小さい方の検出出力値を採用し、２値
化回路５２と２値化回路５５２とにより２値化した後、
論理積回路５３で論理積をとり、サブミクロンオーダー
の異物７０のみを回路パターン８０から分離して検出す
ることを可能にしたのである。

【００９２】図２４に示すように、２値化回路５２、５
５２にしきい値９１を設定すると、しきい値９１以上の
値は異物７０の検出出力値７０１、７０２、回路パター
ンの検出出力値８６１、８６３、８７４、８７５である
が、これら回路パターンからの２値化出力は２値化回路
５２、２値化回路５５２のいずれか一方からのみの出力
となるため、論理積回路５３からは出力されず、したが
って異物７０のみを回路パターンから分離して検出する
ことができる。そして、検出時のＸステージ１０、Ｙス
テージ１１の位置情報のほか、検出器５１、５５１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７０の位置情報および検出器５１、５５１の検
出出力値が、異物データとしてマイクロコンピュータ５
４が管理するメモリに記憶されるとともに、その記憶内
容が演算処理されてＣＲＴ等の表示手段５５に表示され
る。

【００９３】つぎに、従来技術での見逃し異物の例を図
２５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。この実施例では、これら従来
技術による見逃しのメカニズムについて検討を加え、新
規な構成による異物検査装置を提案する。

【００９４】図２６により従来装置の問題点について説
明する。レチクル上の異物を検出する異物検査装置にお
いては、レチクル上に形成された回路パターンからの回
折光を除去し、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。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、開口数ＮＡが０.１程度の開口の小さな検出光
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。このような構成では、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。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。しかし、以下に述べるよ
うに、この実施例はこれらの２つの問題点を解決してい
る。

【００９５】図２７は異物へレーザ光を照射したときに
発生する散乱光を上方より観察した状態を示す図で、図
２７(ａ)は直径ｄが１μｍの異物からの散乱光の場合を
示し、図２７(ｂ)は直径ｄが２μｍの異物からの散乱光
の場合を示す。この図から明らかなように、異物からの
散乱光は方向性をもって分布している。このため、従来
型の開口数ＮＡが低いの異物検査装置では、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がう
まい具合に開口数ＮＡが低いの検出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、開口数ＮＡが低い検出光学系を適
正に配置することは事実上不可能である。

【００９６】このことを実験的に測定した結果を図２８
に示す。異物７０を入射角６０°のレーザ光で照明した
場合の散乱光分布を開口数ＮＡが低い（ＮＡ≒０.１）
検出光学系１００１、１００２で検出角を変えながら、
異物７０からの散乱光レベルを測定して実線で示した。
この図から明らかなように、点Ａ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Ｂ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。異物７０の散
乱光分布は一定していないため、検出光学系１００１、
１００２のような開口数ＮＡが低い検出光学系を用いた
検出方式では検出性能が安定しない。

【００９７】そこで、この実施例では、開口の大きな開
口数ＮＡが高い検出光学系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。

【００９８】図２９に示すように、レーザ光源２１、集
光レンズ２２、対物レンズ４１、フィールドレンズ４
３、空間フィルタ４４、結像レンズ４５、検出器５１で
構成された装置により、レチクル６上の異物７０の個数
を検出した結果を図３０に示す。図３０では５枚のレチ
クルで検出された異物の合計を縦軸に示し、検出された
異物の寸法を横軸に示している。また、異物のうち従来
技術でも検出された異物についても示している。

【００９９】従来技術の検出能力は０．８μｍとされて
いたから、異物の直径ｄが１μｍより小さい領域でのこ
の実施例の検出能力が従来の検出能力より優れているの
は理解できる。しかし、異物の直径ｄが１μｍより大き
な領域においても、この実施例においては大幅な検出個
数の向上がみられている。その検出率は従来技術の検出
個数の比で約１０倍にもなる。

【０１００】これはこの実施例が採用した開口数ＮＡが
高い検出光学系が不規則な形状の異物に良く対応し、異
物からの散乱光を安定して検出しているためと考えられ
る。

【０１０１】つぎに、回路パターンのエッジ部に付着し
ていた異物に対する検出状況について説明する。図３１
は図３０に示した検出個数を異物の付着位置別に分類し
た結果を示す。付着位置はレチクル６のガラス部分（透
過部分）、クロム部分（遮光部分）、両者の境界部分で
あるエッジ部の３領域に分類した。このうちエッジ部は
最も異物付着の影響を大きく受け、クロム部分の異物は
クロム部分上に留まる限り転写に影響を及ぼさない。そ
して、図３１から明らかなように、転写に最も影響を及
ぼすために最も検出の必要性を有するエッジ部の異物に
対する検出性能が向上している。

【０１０２】ここで述べたクロム部上の異物を問題にし
ないという発想を用いると、図３２のような構成により
可能になる。この場合、クロム部分上の異物の検出を行
なうことはできないが、転写不良に影響するガラス部
分、エッジ部分の異物からの散乱光は透明な基材である
レチクル６を通して行なうことができる。

【０１０３】この構成の利点としては、図３３に示すよ
うな断面を持ったレチクルへの対応がある。図３３に示
したレチクルでは、クロムからなる回路パターン８０間
に、転写解像度の向上を目的とした位相シフター膜１０
０３が設けられている。位相シフタ膜１００３は透明だ
が、回路パターン８０（厚さ０.１μｍ程度）の数倍の
厚さを有しているため、位相シフタ膜１００３のエッジ
部１００６からの回折光は、回路パターン８０のエッジ
部からの回折光と比較して大きなものとなる。

【０１０４】しかし、図３２に示すように検出系を下方
に設けた構成では、位相シフタ膜１００３から発生する
回折光は、レチクル６自身の回路パターン８０に遮光さ
れ、検出系には入射せず、異物の検出に影響を及ぼさな
い。

【０１０５】また、この実施例の目的は、クロム部分上
に配置された位相シフタ膜１００３のエッジ部１００６
からの散乱光を回路パターン８０を利用して遮光すれ
ば、達成できる。したがって、照明系２１、対物レンズ
４１がレチクル６に対して、それぞれ反対側にあれば良
いから、図３４に示した構成にしてもよい。

【０１０６】ただし、位相シフタ膜１００３は厚みがあ
るため、斜方照明の場合には、図３４の構成では照明で
きない部分１００７が生じるため、図３２に示す構成の
方がよい。

【０１０７】また、とく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。すなわち、２×２μｍ²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３５に示すごとく、異物が複数（２〜４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。

【０１０８】そこで、図３６に示すごとく、検出画素を
１×１μｍ²に縮小して行ない、各画素の隣接する４つ
の１×１μｍ²画素の検出出力を電気的に加算し、２×
２μｍ²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２×２μｍ²画素による代表出力
として異物の検出判定を行なうようにした（４画素加算
処理）。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。なお、図３０は４画素加
算処理を行なった場合の結果（検出再現性８０％以上）
である。４画素加算処理を行なわない場合の検出再現性
の例を図３７に示すが、４画素加算処理を行なわない
と、検出再現性が十分確保されないことが明らかであ
る。

【０１０９】図３８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２５０４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
りそ４方向の内の最大値を求め、異物からの検出値２５
１４として出力する。

【０１１０】この方式では、光学的な処理により異物の
みを明るく顕在化し、検出を行なうため、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）および照明光源
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３９に示すように、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。

【０１１１】このため、図４０(ａ)に示すように、図１
４に示した標準試料１１１にて、上記のばらつきと照明
光源の照度分布に起因するシェーディングを予め測定
し、図４０(ｂ)に示すように、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を求め、図４０(ｃ)
に示すように、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、異物を検出する。標準試料１１１は図１の検査
ステージ上に載置され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。

【０１１２】標準試料１１１は微小凹凸表面で、均一な
散乱特性を有する必要があり、ガラス基板を研磨し微細
な加工痕を付けたものや微小な凹凸のできる薄膜（たと
えばアルミニウムをスパッタ処理で基板上に成膜したも
の）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１×１μｍ²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。

【０１１３】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。
このような条件では、割る値を繰返し回数の数分の１
（たとえば、１０００回の繰返しで２００）にすればよ
い。図４０(ａ)に示す補正前のシェーディングと図４０
(ｂ)に示す補正データとを比較すると、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
いることがわかる。

【０１１４】なお、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。

【０１１５】図４１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３２１
２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。なお、この実施例
はデジタル回路によって補正を行なう例であるが、Ａ／
Ｄ変換前にアナログ的に補正を行なっても同様の結果が
得られる。

【０１１６】異物判定をたとえば２×２μｍ²の画素単
位で行なっている場合、２μｍ以上の大きさの異物が存
在したとき、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。

【０１１７】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（たとえ
ば検出信号１０００個で約１０分）を要し、新たな不都
合を生じる。

【０１１８】そこで、この実施例では、全検査領域を１
度に観察のできる視野範囲（たとえば３２×３２μ
ｍ²）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するようにした（ブロ
ック処理）。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。

【０１１９】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。この実施例では、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なわれ、検査時
間を含めた装置のスループットを大幅（検出信号１００
０個の場合、従来比で２／３以下）に向上できる。

【０１２０】図４２にブロック処理回路の具体例のブロ
ック図を示す。図において、２９０１〜２９０４はラッ
チ回路、２９０５は比較回路、２９０６はカウンタ、２
９０７は比較回路、２９０８〜２９１１は比較回路、２
９１２〜２９１４はカウンタ、２９１５はラッチ回路、
２９１６〜２９１８は加算回路、２９１９は比較回路、
２９２０は選択回路、２９２１〜２９２４はシフトレジ
スタ、２９２５、２９２６はカウンタ、２９２７はメモ
リである。図４２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ように工夫されている。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。

【０１２１】図４３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。図
において、３０１は検出器信号、３０２はＡ／Ｄ変換
器、３０３はシェーディング補正回路、３０４は４画素
加算処理回路、３０５はブロック処理回路、３０６は異
物検査結果である。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る欠
陥検査装置、欠陥検査方法においては、微小の異物から
の散乱光と回路パターンのコーナ部からの回折光を区別
することができるから、容易に微小な異物を回路パター
ンから分離して検出することができる。このように、こ
の発明の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】光源波長と弁別比との関係を示すグラフであ
る。

【図２】πｄ／λと散乱光強度との関係を示すグラフで
ある。

【図３】開口数ＮＡが高い検出光学系を用いて異物から
の散乱光を検出する状態を示す斜視図図である。

【図４】異物からの回折光の方向を示す図である。

【図５】光学系の開口数ＮＡの定義を示した図である。

【図６】異物径ｄと散乱光断面積との関係を示すグラフ
である。

【図７】光源波長と散乱光断面積との関係を示すグラフ
である。

【図８】標準粒子および回路パターンのコーナ部からの
散乱光を光源波長８３０ｎｍの場合に検出した検出器の
出力を示したグラフである。

【図９】標準粒子および回路パターンのコーナ部からの
散乱光を光源波長６３３ｎｍの場合に検出した検出器の
出力を示したグラフである。

【図１０】標準粒子および回路パターンのコーナ部から
の散乱光を光源波長５４４ｎｍの場合に検出した検出器
の出力を示したグラフである。

【図１１】標準粒子および回路パターンのコーナ部から
の散乱光を光源波長５１５ｎｍの場合に検出した検出器
の出力を示したグラフである。

【図１２】標準粒子および回路パターンのコーナ部から
の散乱光を光源波長４８８ｎｍの場合に検出した検出器
の出力を示したグラフである。

【図１３】０．５μｍ標準粒子および回路パターンのコ
ーナ部からの散乱光を検出した検出器の出力を光源波長
に対して示したグラフである。

【図１４】参考例の異物検査装置を示す図である。

【図１５】図１４に示した異物検査装置により検査され
るべきレチクルを示す図である。

【図１６】図１４に示した異物検査装置の一部を示す図
である。

【図１７】図１４に示した異物検査装置によるレチクル
の検査状況を示す斜視図である。

【図１８】図１４に示した異物検査装置により検査され
るべきレチクルの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１９】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２０】図１４に示した異物検査装置の異物データの
処理方法を説明するための図である。

【図２１】(ａ)は図１４に示した異物検査装置により検
査されるべきレチクルの回路パターンのコーナ部を示す
図、(ｂ)は(ａ)のＡ部詳細図ある。

【図２２】異物からの散乱光の検出出力値と回路パター
ンからの散乱光の検出出力値との関係を説明するグラフ
である。

【図２３】微細構造パターンを有する回路パターンを示
す図である。

【図２４】異物および回路パターンのコーナ部から検出
される検出信号の出力値レベルを示すグラフである。

【図２５】従来技術で見逃した異物の例を示す図であ
る。

【図２６】従来技術の課題を説明するための図である。

【図２７】フーリエ変換面上における散乱光の分布状況
を示す図である。

【図２８】従来技術の課題を説明するための図である。

【図２９】図１４に示した異物検査装置の一部を示す図
である。

【図３０】検出異物寸法と検出異物個数との関係を示す
グラフである。

【図３１】検出異物寸法と検出異物個数との関係を示す
グラフである。

【図３２】この発明に係る欠陥検査装置の一部を示す図
である。

【図３３】位相シフタ膜付レチクルからの散乱光・回折
光を示す図である。

【図３４】この発明に係る他の異物検査装置の一部を示
す図である。

【図３５】２×２μｍ²画素で異物を検出した状態を示
す図である。

【図２６】１×１μｍ²画素で異物の検出した状態を示
す図である。

【図３７】検出異物寸法と検出異物個数との関係を示す
グラフである。

【図３８】４画素加算処理回路を示すブロック図であ
る。

【図３９】シェーディングによる異物検出への影響を説
明するためのグラフである。

【図４０】シェーディングの原理を説明するためのグラ
フである。

【図４１】シェーディング補正回路を示すブロック図で
ある。

【図４２】ブロック処理回路を示すブロック図である。

【図４３】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を示すブロック図である。

【符号の説明】

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４４…空間フィルタ４４４…空間フィルタ５１…検出器５５１…検出器５２…第１の２値化回路５５２…第２の２値化回路７０…異物８０…回路パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｖ (56)参考文献特開平３−20648（ＪＰ，Ａ) 特開平１−117024（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−104659（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−62543（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−33648（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−241342（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G03F 1/00 - 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に透明な基板上に回路パターンを形
成した試料を検査する装置であって、前記光学的に透明
な基板を保持する保持手段と、該保持手段に保持された
前記基板の前記回路パターンを形成した面の側を照明す
る照明手段と、該照明手段により照明されて前記基板の
前記回路パターンを形成した面の側から発生した散乱光
のうち前記光学的に透明な基板を透過した散乱光を集光
する集光光学系手段と、該集光光学系手段で集光した前
記散乱光を前記基板を挟んで前記照明手段と反対側で検
出する検出手段と、該検出手段で検出した前記基板から
の前記散乱光の検出信号を用いて前記試料の欠陥を検出
する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出した欠陥を
大きさにより分類して数をカウントする欠陥分類手段
と、該欠陥分類手段でカウントした欠陥の大きさに関す
る情報を含む前記欠陥検出手段で検出した前記基板の欠
陥に関する情報を表示する表示手段とを備えたことを特
徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】前記照明手段は、前記基板の前記回路パタ
ーンを形成した面の側を、斜方からレーザ光で照射する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】前記集光光学系手段は、結像レンズ部を有
し、前記照明手段により照明されて前記基板表面で散乱
または回折して前記基板を透過した光を前記結像レンズ
部で結像させることにより前記基板表面で散乱または回
折した光の像を形成することを特徴とする請求項１記載
の欠陥検査装置。
【請求項４】前記欠陥検出手段は、前記照明手段の照度
分布に起因するシェーディングを補正するシェーディン
グ補正部を有することを特徴とする請求項１記載の欠陥
検査装置。
【請求項５】光学的に透明な基板上に回路パターンを形
成した試料を検査する方法であって、前記光学的に透明
な基板の前記回路パターンを形成した面の側を照明し、
該照明により前記基板の前記回路パターンを形成した面
の側から発生した散乱光のうち該基板を透過した散乱光
を集光して検出し、該検出した前記基板を透過した前記
散乱光の検出信号を用いて前記試料の欠陥を検出し、該
検出した欠陥を大きさにより分類して数をカウントし、
該カウントした前記試料の欠陥の大きさに関する情報を
含む該欠陥に関する情報を表示することを特徴とする欠
陥検査方法。
【請求項６】前記光学的に透明な基板の前記回路パター
ンを形成した面の側を斜方からレーザ光で照明し、該照
明により前記基板表面で散乱または回折して前記基板を
透過した光を結像させ、該結像した光像を検出すること
を特徴とする請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項７】前記基板表面で散乱または回折した光の一
部を遮光して結像させて、該結像した光像を検出するこ
とを特徴とする請求項６記載の欠陥検査方法。
【請求項８】前記基板の前記回路パターンを形成した面
の側を二つ以上の異なる方向から照明し、それぞれの方
向からの照明による前記基板表面での散乱光または回折
光の像を用いて前記基板の前記照明光が透過した部分に
存在する欠陥を検出することを特徴とする請求項５記載
の欠陥検査方法。