JP3319790B2

JP3319790B2 - 異物検査方法及びその装置

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Publication number: JP3319790B2
Application number: JP32038992A
Authority: JP
Inventors: 弘明宍戸; 俊一松本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH06167458A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レチクルやホトマスク
（以下、レチクル等と云う）の回路パターン上に付着し
た異物を検出する異物検出方法及びその装置に係り、特
に位相シフト膜を有するレチクル上のサブミクロンの異
物を検査するのに好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ或いはプリント板などを製造する
のに使用されるレチクル等の露光行程においては、回路
パターン上に微小異物が存在すると、異物の影も転写さ
れてしまい、その結果、チップ全数が不良になる問題が
ある。この問題は、最近のＬＳＩの高集積化に伴い一層
顕在化し、例えばより微小なサブミクロン単位の異物の
存在も許容されなくなってきている。このため、レチク
ル等の管理上、従来から異物検査装置が提案され、一般
的に、レチクル等の回路パターンの異物検査は、検査面
に対しレーザ光等のように指向性の良い光源で斜め上方
から照射して異物に散乱光を発生させ、異物からの散乱
光を検出する方法が検査速度及び感度の点から有利であ
るとされている。ところが、上記検査方法においては、
回路パターンを照射した場合、異物から散乱光が発生す
るばかりでなく、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
出する工夫が必要となり、そのための技術が種々提案さ
れ、実用に供されている。

【０００３】そのための従来技術その１として、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、偏光板及びレンズを用いた斜方結像光学
系を有する異物検査装置（例えば、特開昭５４−１０１
３９０号公報）があり、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
するようにしたものがある。従来技術その２として、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夫々の検出出力の論理積
をとることで異物を弁別する構成のもの（例えば、特開
昭５７−８０５４６号公報）がある。従来技術その３と
して、回路パターンのエッジ部からの回折光はある特定
の方向のみに集中していくのに対し、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
の検出器を配置して異物を弁別するもの（例えば、特開
昭６０−１５４６３４号公報，同６０−１５４６３５号
公報）がある。従来技術その４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、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、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
直線状の遮光板（直線状の空間フィルタ）と、該空間フ
ィルタ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
けられた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（例えば、特開昭５９−６５４２８号公報，特開平
１−１１７０２４号公報，同１−１５３９４３号公報）
がある。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２〜３の方向の組合わせで構成されているこ
とに着目し、そ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するように
している。従来技術その５として、ＬＳＩなどのレチク
ル・ホトマスクの回路パターンが繰り返し性（周期性）
を有していることに着目し、周期性の回路パターンから
の回折光がそのフーリエ変換面上で夫々の回路パターン
の形状の固有の位置に集光する原理を利用し、夫々の被
検査試料に対応した空間フィルタに書換または交換可能
な構成として、該空間フィルタを各種回路パターンのフ
ーリエ変換像に適合させて作成し、被検査試料ごとに交
換することによって回路パターンからの回折光を効果的
に遮光して、検出能力の向上を狙ったもの（例えば、特
開昭５６−８９７１４号公報，特開平１−１５８３０８
号公報，同２−１１４３８６号公報，同２−１７４２４
３号公報，同３−１３０６４７号公報，４−１０９１５
２号公報）がある。従来技術その６として、一次元固体
撮像素子のようなアレイ状の検出器を使用し、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、検出器からの出力が分散された分だ
け小さなものとなり、異物を見逃すおそれがあることか
ら、これを避けるため、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もの（例えば、特開昭
６１−１０４２４２号公報）や、特殊や形状・配列のア
レイ状検出器を使用するもの（例えば、特開昭６１−１
０４２４４号公報）がある。従来技術その７として、照
明むらや変動は、検出の再現性や精度に影響を及ぼすこ
とから、散乱光の強度を予め測定した標準試料を用いて
自動校正するもの（例えば、特開昭６０−０３８８２７
号公報）がある。従来技術その８として、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
と誤認しないようにするもの（例えば、特開昭５６−１
３２５４９号公報）がある。なお、その他の微小異物検
査に関連するものとして、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１３６頁に記述されている。また書換可能な空間フ
ィルタに利用可能な材料に関する技術が、田中敏治
他著「光学的測定ハンドブック（朝倉書店）」第１０６
頁〜第１０９頁に記述されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術においては、検出すべき異物がサブミクロン単位
のように極めて微小になると、以下に述べる問題があ
る。即ち、従来技術その１では、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ので、異物だけを弁別す
ることが困難となる問題がある。従来技術その２及びそ
の３では、装置構成上、十分な集光能力をもつ光学系を
採用することが困難であり、微小な異物から発生する微
弱な散乱光を検出するのは難しいのが現状である。従来
技術その４では、直線状の空間フィルタによって回路パ
ターンからの規則的回折光を遮光するとしているが、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が小さく、そのた
め、前記空間フィルタによって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ができず、しかも近
年のＬＳＩ高集積化に伴うミクロンオーダーの微細構造
のパターンを有する回路パターンにおいては、これから
発生した回折光が異物からの散乱光と挙動が類似してき
ているため、いっそう困難となる問題がある。また最近
になり、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、レチクル上の回路パターン間に位相シフト
膜或いは位相シフタと呼ばれる透明膜，若しくは半透明
膜（概ね露光光源の波長の１／２の奇数倍の膜厚を有す
る）からなる回路パターンを設けたレチクルが開発され
た。この膜は、クロム等の金属薄膜で形成された、厚さ
０．１ミクロン程度からなる回路パターンの数倍の大き
さの構造を有しているため、膜のエッジ部からの回折光
が、従来の回路パターンエッジ部からの回折光に比較し
て数倍から数十倍もの大きなものとなり、異物の検出感
度を著しく低下させてしまう。このため、簡単に構成さ
れた直線状の空間フィルタでは、異物を回路パターンか
ら分離して検出することが事実上困難である。従来技術
その５では、上述の如く、周期性の回路パターンからの
回折光がそのフーリエ変換面上で夫々の回路パターンの
形状に固有の位置に集光する原理を利用し、しかもこれ
ら大部分の従来技術では、被検査試料への照明を、試料
への透過または落射（明視野）で行っているため、正透
過光または正反射光（０次回折光）を遮光する空間フィ
ルタを配置している。しかしながら、０次回折光は一次
以上の回折光と比較して著しく明るいため、それを遮光
する空間フィルタが厳密な位置を要求されてしまい、し
かも検出系の開口（ＮＡ）中に占める空間フィルタの割
合が大きなものとなり、実質的なＮＡが減少し、１６Ｍ
ＤＲＡＭに代表される０．５ミクロンＬＳＩ以降に要求
されるサブミクロン単位の異物検出には、不向きであ
る。特に、位相シフトレチクルに対しては、金属薄膜に
よる回路パターンと比較して位相シフト膜の形状が不安
定なため、空間フィルタの位置決めが困難なものとな
る。また、その５における全ての従来技術は、一次以上
の回折光と比較して著しく明るい０次回折光の範囲を極
力狭くするため、平行ビームによる照明を行っており、
その照明では集光ビームによる照明と比較して照度が低
いので、Ｓ／Ｎの低いサブミクロンオーダーの検出のた
めには何等かの対策が必要となる問題点がある。さら
に、回路パターンの繰り返し性（周期性）が前提となっ
ているため、ＬＳＩチップ中に部分的に存在する繰り返
し性のない部分においては、空間フィルタによる回路パ
ターンからの散乱光を除去できず、何等からの対策が必
要となる。特開平４−１０９１５２号公報にはこの対策
の一例が開示されているが、これは、設計データ等から
繰り返し性のない部分を予め抽出しておき、自動検査時
に該当箇所をマスキングすることによって検査範囲から
除くようにしている。そして、検出された状況から、マ
スキングされた領域を含む全ての被検査試料領域上の異
物の付着状況を推定する方式であり、半導体ウエハのよ
うに異物検査がモニタ手段として用いられ、被検査試料
全面上の全ての異物を検出する必要のない場合には有効
な方式である。しかし、レチクルはＬＳＩの原版となる
ものであり、回路パターンが形成された試料全面の全て
の異物を検出しなければならないので、上記公報の如く
検査領域をマスキングする方式を適用することができな
い問題がある。従来技術その６では、構成上必要でかつ
特殊な検出器を特別に製作しなければならないばかりで
なく、特殊な光学系を構成する必要があり、それだけコ
ストがかさむ問題点がある。従来技術その７では、高速
検出に適したアレイ状検出器への対応、微小異物に対応
する構成精度の点で問題がある。従来技術その８では、
大きな異物の１点だけを代表とするため、特に細長い異
物の形状を正確に認識できない問題点がある。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、レチクルやホトマスク等の回路パターン上に付着
したサブミクロン単位の微細な異物を、簡単な構成でか
つ容易に安定して検出することができる異物検査方法及
びその装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、表面
にパターンを形成した基板を載置して平面内で移動可能
な検査ステージと、該検査ステージに載置した基板の表
面を該表面に対して斜めの方向から光で照明する照明手
段と、該照明手段の照明による前記基板表面からの回折
光を遮光パターンを用いて前記基板表面のパターンから
の反射光による回折光を遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で前記基板表面からの反射光を検出して得た
検出信号を処理して前記試料表面の異物欠陥を抽出する
欠陥抽出手段とを備えた異物検査装置であって、前記基
板表面のパターンからの反射光による回折光を遮光する
前記検出手段の遮光パターンが、前記基板表面のパター
ンの設計情報を用いて前記基板表面のパターンの形状に
応じて制御されるようにしている。

【０００７】

【作用】ｗｏｌｆ著の“ＰｒｉｎｓｐｌｅｏｆＯｐ
ｔｉｃｓ”ｐｐ．６４７−６６４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、異物からの散乱光は均一にはならずに鋭い分布をも
つことが論じられている。本発明者は、微小な異物を見
逃すのは、その微小な異物からの散乱光が分布をもつた
めであることに着目した。従来、検出光学系の開口数に
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。ところが、上
記の文献に示されたように、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、その結果、異物
の検出見逃しが起こると考えられる。即ち、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
でないことが明らかである。「異物の検出」と云う目標
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ことが判明した。以下にそ
の検討の過程を述べる。空間に浮遊した単一の球に平面
波が照射された場合と云った最も簡単な問題が、１９０
８年にＧｕｓｔａｖＭｉｅによって初めて解析され
た。Ｍｉｅの理論として知られている解析法は、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、本
発明の要点から外れるので言及しない。しかしながら、
その解釈は比較容易である。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、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４６に示す。図４６は、
Ｍｉｅ散乱の理論値を、基板上に付着した粒子の場合に
適用したものであり、縦軸が散乱光強度を表し、横軸が
検出光の波長λ（例えば５５０ｎｍ）、ｄが検出異物径
を用いた無次元数を表している。ここで、πｄ／λが概
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、特にレーリー散乱領域と呼
ばれ、異物からの散乱光は、直径の６乗に逆比例して急
激に減少する。従って、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。πｄ／λ
が概ね４より大きな領域では、その散乱光は回折の理論
に従って方向性をもって散乱する。その様子は図１４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もつため、検出器のＮＡ
を異物の分布に注意して決定する必要がある。図４７に
レチクル６上の異物７０に対し、レーザ照明４７２１を
行った場合の回折光の方向を示す。異物７０からの回折
光は、０次回折光４７２２，一次元回折光４７２３，さ
らに角度θだけ離れて二次回折光……と続く。同図にお
いて、０次回折光４７２２はレーザ照明４７２１の正反
射光であり、異物からの散乱光を検出すると云うこと
は、一次以上の回折光を検出することになる。ここで、
θは、回折光の式から、ｄｏ・ｓｉｎθ＝λで求められ
る。但し、ｄｏは、不定形な異物に対しては、直径，
幅，長さ或いは直径の平均値など様々な定義が考えられ
るが、以下の議論はｄｏの値によらず成り立つので、上
記のいずれの定義でも、結果に影響を及ぼさない。そこ
で、ここではｄｏ＝ｄ、即ちｄｏを異物径と仮定した。
また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と、次式の如くなる。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【数２】

【００１０】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、最低でも一次の回折光だけは検出
できることになり、異物を見逃すと云うことにはならな
い。

【００１１】図４８においては、光学系のＮＡの定義を
示した図である。同図において、ＮＡ＝ｓｉｎ（θ／
２）とすれば、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。よって、概ね０．４４より大きなＮＡをもち検出系
により異物からの散乱光を見逃しなく検出できることが
わかる。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の検出にも都合がよくなる。そ
して、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となる。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
ンからの回折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及ぼし、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０．４〜０．６位までのＮＡが実用上適切なＮＡとな
る。

【００１２】次に、レーリー領域の異物の検出について
述べる。先に述べたように、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」と云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できる程度の分解能が必要である。
本発明においては、その検出すべき異物を解像し得る程
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。

【００１３】

【数３】

【００１４】このＮＡに概ね近い値を有する光学系が望
ましい。なお、ｄは検出すべき異物の寸法、λは照明系
の波長、ＮＡは開口数である。また、検出系のＮＡを上
記式を満たすように設定できない場合、照明系の波長λ
を短くして上記式を満たす必要がある。即ち、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たが、本発明においては、上記式
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
云う、新規な考え方にたっている。但し、上記式の係数
は、０．６と云う一般の解像度を算出する際の値ほど大
きい必要がなく、本願発明者の実験によると、０．２４
〜０．６の範囲であれば、必要とされる異物検出性能は
発揮されることが判明した。図４９には、横軸に異物径
をかつ縦軸に散乱断面積を夫々表している。この散乱断
面積は、異物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した異物から
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。同図には破線にて、幾何学的に断面積も合わせ
て示した。図４９から、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
のことは、まさしく異物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、面積比で約３倍〜６
倍、従って直径では√３〜√６となる。その場合、下記
の式となり、先の実験結果を説明できる。

【００１５】

【数４】

【００１６】また、レチクル上の異物検査では、検出す
べき異物サイズｄはレチクル最小寸法の１／４程度され
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、ウエハ上０．５μｍとなり、これは１６
ＭＤＲＡＭに相当）の場合で０．６μｍ、レチクル上最
小寸法１．５μｍ（６４ＭＤＲＡＭに相当）の場合で
０．４μｍである。従って、０．４μｍの大きさの異物
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、上記数４の式を変形した下記の式
から求められる。

【００１７】

【数５】

【００１８】即ち、λ＝６６０ｎｍ〜４６０ｎｍよりも
波長の短い光源が必要となる。

【００１９】次に、その波長範囲で、回路パターンが形
成されたレチクルのような試料上の異物検査に適した波
長を選択する検討を行うが、その前に、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。回路パターンが指向性のよいレーザ光等
で入射角θ（θ＜９０°）で斜方から照射された場合、
回路パターンの直線部分からの回折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、フーリエ
変換像面上の特定位置に遮光板（空間フィルタ）を配置
し、該遮光板によって回路パターンの直線部分からの回
折光を遮光し、異物からの散乱光だけを検出できること
が容易に考えられる。ところが、その場合、回路パター
ンのコーナー部及びコーナー部が連続する微細構造部か
らの回折光は遮光しきれない。そのため、従来のような
検出器、例えば１０×２０μｍ²の検出画素を有する検
出器で検出を行った場合、画素中に複数のパターンコー
ナー部分からの回折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。波長λのレーザ等の可干渉な平
行光、または概ね平行光或いは概ねＮＡ≦０．２の集光
光で被検査試料を照明し、繰り返しの周期Ｔを有する周
期性回路パターンから発生した回折光を、焦点距離ｆの
フーリエ変換レンズでフーリエ変換した場合、回折光は
λ・ｆ／Ｔの整数倍の位置に離散的に集光する。結果と
して、フーリエ変換面上で夫々の回路パターンの形状に
固有の位置に輝点となって集光する。一方、周期性のな
い異物は広く分布するため、フーリエ変換面上で前記回
路パターンの像の集光位置を空間フィルタにより遮光す
れば、異物の像だけを検出できることが知られている。
しかし、そのような従来のものでは、以下の三つの点で
共通している。即ち、（１）フーリエ変換像の集光の度
合いを高くするため、平行ビームで照明を行う。（２）
フーリエ変換後に逆フーリエ変換を行い、検査試料上の
像を復元（再結像）する際に、より完全な像を復元せん
として、試料面に対し垂直な落射照明或いは透過照明を
行い、照明により発生する回折光を０次光を含めてフー
リエ変換レンズに入射させている。（３）周期性のある
回路パターンだけに対応し、周期性パターンの周辺に存
在する非周期性の回路パターンは検査対象外としている
ため、被検査試料の全面積の異物の検出が求められるレ
チクル等の異物検査には適用し難い。そこで、本発明に
おいては、異物の検出、即ち異物の存在の有無を判定で
きればよいのであれば、逆フーリエ変換後の再結像像が
完全である必要は全くないという点に着目したものであ
る。即ち、本発明においては、上述の如く、試料を該試
料面と平行な同一平面上で互いに直交する方向と該平面
に対して垂直な方向とに夫々選択的に移動する検査ステ
ージと、試料の表面の所望位置を斜方から照射する照明
系と、試料の照明領域の垂直上方位置におけるフーリエ
変換面上に夫々設けられ、かつ回路パターンにおける照
明系の照射方向と直交する方向の特定角度のパターンか
ら発生する一次以上の回折光を局部的に遮光すると共
に、他の部分が回路パターンから発生する散乱光を透過
させる書換可能な空間フィルタを有する検出光学系と、
試料からの散乱光を上記検出光学系を介して検出する検
出器と、検出器からの検出信号を２値化し、試料上の異
物からの散乱光を弁別する判定手段とを備えて構成した
ので、試料上を照明系で斜方より照射し、回路パターン
に発生する回折光を検出光学系で集光すると、特定角度
パターンからの回折光が空間フィルタの遮光部で遮光さ
れ、特定角度以外の角度パターンからの回折光が検出光
学系に入射しないことから何れの回折光も検出器に検出
されることがない。一方、回路パターンに付着した異物
からの散乱光は方向性がないためフーリエ変換面上で全
面に広がるが、散乱光が空間フィルタの透過部を通り、
検出器に結像するので、異物を回路パターンと弁別して
検出する。これにより、レチクル全面上のサブミクロン
オーダーの異物を確実に検出することが可能となる。そ
の際、検出器としての画素寸法がレチクル上の最も最小
パターン寸法程度に高分解能すれば、パターンコーナー
からの回折光に左右されることなく、異物検出がより可
能となる。また、被検査試料に対する照明の入射角を特
定の角度で斜方から行い、一次以上の回折光と比較して
著しく明るい（一般に数十〜数百倍以上）照明光の正反
射光（０次回折光）が検出光学系の開口に入射しないよ
うに構成し、これにより以下に述べる三つの利点をもた
らす。その第１は、空間フィルタ上に０次回折光を遮光
する遮光部分をもうける必要がなく、検出光学系の開口
（ＮＡ）中に占める遮光部分の割合が小さく、実質的な
ＮＡが確保されるため、１６ＭＤＲＡＭに代表される
０．５ミクロンＬＳＩ以降に要求されるサブミクロンオ
ーダーの異物の安定な検出が可能となる。その第２は、
検出光学系に著しく明るい０次回折光が入射する場合と
比較して、空間フィルタの位置ずれが及ぼす影響も軽減
される。このことは、回路パターンの形状に適応させて
空間フィルタを変更するのに重要な利点となるばかりで
なく、金属薄膜による回路パターンと比較して、膜の形
状の不安定な位相シフトレチクル上のレチクル異物検出
を可能とする。その第３は、一次以上の回折光と比較し
て著しく明るい０次回折光の範囲を極力狭くするための
平行ビームによる照明が不要となり、Ｓ／Ｎの低いサブ
ミクロンオーダーの異物検出が可能な集光ビームによる
照明が実現できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明による異物検査装置の一実施例を示
す全体構成図である。図１において、１は検査ステージ
部で、該検査ステージ部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
させるＺステージ９と、Ｚステージ９を介してレチクル
６をＸ方向に移動させるＸステージ１０と、同じくレチ
クル６をＹ方向に移動させるＹステージ１１とを有して
いる。これらＺステージ９，Ｘステージ１０，Ｙステー
ジ１１の各々はステージ駆動系１２によって選択的に駆
動され、またレチクル６のＺ方向の位置が焦点位置検出
用の制御系１３によって検出される。焦点位置検出用の
制御系１３は、エアマイクロメータを用いるもの、或い
はレーザ干渉法で位置を検出するものでもよく、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。Ｘステージ１０及びＹステージ１１
は図２に示す如く同一平面上で互いに直交する方向に走
査され、その走査速度を任意に設定することができるよ
うになっている。例えば、Ｘステージ１０が約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
動をするようにし、Ｙステージ１１がＸステージ１０の
等加速時間及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し
た場合、一回の検査時間中に２００回移送すると、約９
６０秒で１００ｍｍ移送することが可能となり、１００
ｍｍ四方の領域を約９６０秒で走査できることとなる。

【００２１】２は第１の照明系、３は第２の照明系であ
り、両者は互いに独立していてかつ同一の構成要素から
なっている。即ち、第１，第２の照明系の夫々は大別す
ると、レーザ光源２１，３１と、集光レンズ２２，３２
とを有して構成されている。本例ではレーザ光源２１の
波長λが５１４．５ｎｍ、レーザ光源３１の波長λが５
３２ｎｍと異なっているが、同一の波長でもよい。集光
レンズ２２，３２はレーザ光源２１，３１より射出され
た光束を夫々集光してレチクル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
θは、後述する検出光学系４の対物レンズ４１を避ける
ため、また被検査試料からの０次回折光が対物レンズ４
１に入射するのを避けるために約２０°より大きくし、
さらに被検査試料がペリクル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
くしなければならず、従って、おおよそ２０°≦θ≦８
０°の範囲であることが望ましい。第１の照明系２の詳
細な構成例を図３により説明する。図３において、図１
と同一符号のものは同じものを表し、２１はレーザ光
源、２２は集光レンズである。２２３は凹レンズ、２２
４はシリンドリカルレンズ、２２５はコリメータレン
ズ、２２６は集光レンズであり、これら２２３〜２２６
により集光レンズ２２を構成している。レーザ光源２１
は、Ｘ′方向に電界ベクトルをもつ直線偏向（この状態
をＳ偏向と呼ぶ）を有するように配置される。Ｓ偏向に
するには、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偏向の場合より約５倍程度高
いからで（例えば、久保田広著「応用光学（岩波全
書）第１４８頁」）、より小さい異物まで検出すること
が可能になるためである。そして、第１の照明系２，第
２の照明系３の照度を高めるため、集光系の開口数（Ｎ
Ａ）を約０．１にし、レーザビームを約１０μｍまで絞
り込んでいる。この場合、その絞り込みによって焦点深
度が約３０μｍと短くなり、図３に示す検査視野１５の
全域Ｓ（５００μｍ）に焦点を合わせることができなく
なるおそれがある。しかし、本例においてはその対策と
して、シリンドリカルレンズ２２４を図３に示すように
Ｘ′の軸回りに傾動可能に取付け（図示例ではすでに傾
動した状態を示す）、該シリンドリカルレンズ２２４を
図示しない手段で傾動させることにより、全域Ｓに焦点
を確実に合わせることができるようにしている。さら
に、シリンドリカルレンズ２２４を図３に示すＸ′の軸
回りに加え、Ｙ′の軸回りにも傾動可能に取付け、図示
しない手段でその軸回りに傾動させることにより、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
線状の照明を行えるようにしている。これにより、レー
ザ光源２１の出力を大きくし、集光光学系のＮＡを小さ
くして焦点深度をかせいだ場合、照明の照度分布の均一
化を図ることができる。なお、図３では第１の照明系２
のみを図示したが、第２の照明系３は同一構成であるの
で、ここではその説明を省略する。

【００２２】４は検出光学系で、該検出光学系４は、レ
チクル６に相対する対物レンズ４１と、対物レンズ４１
の結像位置付近に設けられた視域レンズ（以下、フィー
ルドレンズと呼ぶ）４３と、該フィールドレンズ４３に
より集光された光束の波長分離用のミラー４２と、直線
状の空間フィルタ４４，４４４と、可変空間フィルタ４
７，４４７と、結像レンズ４５，４４５とを有し、レチ
クル６上の検査視野１５を判定処理系５の検出器５１，
５５１に結像し得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
を直線状の空間フィルタ４４，４４４及び可変空間フィ
ルタ４７，４４７上に結像するものである。直線状の空
間フィルタ４４，４４４は、レチクル６の検査視野１５
に対するフーリエ変換の位置に設けられた遮光部と、そ
の外部に透過部とを有して形成され、回路パターン８０
が照射されたとき、前記遮光部により回路パターンにお
いて照射方向と直交する角度パターンから発生する一次
以上の回折光を遮光する一方、前記透過部により回路パ
ターンに付着した異物から発生する散乱光を透過するよ
うにしている。可変空間フィルタ４７，４４７は異物の
付着していない部分から発生する散乱光のフーリエ変換
像に合わせて書換可能、或いは交換可能となっており、
詳細は後述する。これら、直線状の空間フィルタ４４，
４４４と可変空間フィルタ４７，４４７とは共に空間光
変調素子であって、光学的位置をほぼ同一としており、
光学的に光路長の十分短い（薄い）部品で構成されてい
る。

【００２３】５は判定処理系で、該判定処理系５は、検
出器５１，５５１と、該検出器５１，５５１の出力を２
値化処理する第１及び第２の２値化回路５２，５５２
と、論理積回路５３と、マイクロコンピュータ５４と、
表示手段５５とからなっている。検出器５１，５５１
は、例えば電荷移動形の一次元固定撮像素子などにて構
成され、Ｘステージ１０を走査したとき、検出光学系４
を介しレチクル６上の回路パターンからの信号を検出す
る。その場合、レチクル６上に異物が存在していると、
入力する信号レベル及び光強度が大きくなるため、それ
に伴い検出器５１，５５１の出力も大きくなるように構
成されている。２値化回路５２，５５２は、２値化の閾
値が予め設定されており、検出器５１，５５１より目標
とする大きさの異物に相当する反射光強度以上の出力値
が入力された場合、論理レベル”１”を出力する。論理
積回路５３は２値化回路５２，５５２によって２値化さ
れた出力信号の論理積を演算処理する。マイクロコンピ
ュータ５４は、論理積回路５３によって演算された処理
信号がブロック処理回路１１２を介して入力されると、
それに応じ異物があるか否かを判定するものであり、し
かも異物ありの判定の場合にはＸステージ１０及びＹス
テージ１１の位置情報、検出器５１，５５１の画素位置
から計算される異物の位置情報及び検出器５１，５５１
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に出力するように構成されている。なお図１
において、１１３，１２３は検出器５１，５５１からの
検出値を照明むらに合わせて補正するシェーディング補
正回路、１１４，１２４は４画素加算処理部であり、こ
れらについては後述する。

【００２４】次に、異物検査装置の作用について、図４
から図４５を参照して説明する。図４は検出系の原理構
成を示す斜視図、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
光を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）は同図（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説明図、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は異物及び回路パターンの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。図４
（Ａ）において、７０は固定手段８によりＺステージ９
上に固定されたレチクル６上の異物、８１は回路パター
ン８０の直線部分、８２は回路パターン８０のコーナー
部である。レチクル６上を第１の照明系２と第２の照明
系３との一方（または双方）によって斜方より照射し、
回路パターン８０によって発生する回折光を対物レンズ
４１で集光すると、図５に示すように、レチクル６上の
回路パターン８０と、照明系２または３のレチクル６面
上への投影像６０との位置関係で定義される角度θが０
°のときの角度パターン、即ち照明方向に対し直交する
方向の角度パターン（以下、０°パターンと云う）の回
折光は、対物レンズ４１のフーリエ変換面上では図６
（Ａ）に示すように帯状に表れる。ここで、前記回路パ
ターン８０の角度θの種類は、０°，４５°，９０°の
角度パターンに限られており、図４（Ａ）に示すよう
に、４５°及び９０°の角度パターンからの回折光
（ｂ），（ｃ）が、対物レンズ４１に入射しないため、
検出器５１，５５１に検出されることがない。一方、異
物７０からの散乱光は方向性がないため、対物レンズ４
１のフーリエ変換面上では図６（Ｃ）に示すように全面
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直線状の空間フィルタ
４４，４４４を夫々配置すれば、該空間フィルタ４４，
４４４の遮光部によって図４（Ａ）に示す如く０°パタ
ーンからの回折光（ａ）を遮光することができ、また異
物７０からの散乱光が透過部を通過し、結像レンズ４
５，４４５を経て検出器５１，５５１に結像するので、
異物７０を回路パターン８０と弁別して検出することが
できる。これにより、高ＮＡ検出光学系を実現すること
ができ、ＮＡを例えば０．５に選んだ場合、その開口面
積は、低ＮＡ検出光学系の約２０倍にもできる。またそ
の場合、回路パターン８０のコーナー部８２からの回折
光は、図４（Ｄ）に示すように、直線状の空間フィルタ
４４，４４４では十分に遮光しきれないおそれもある。
このため、、従来技術のように１０×２０μｍ²の検出
画素で検出を行った場合、図４（Ｂ）に示すように、画
素中に複数のパターンコーナー部分からの回折光が入射
してしまい、異物だけを検出することができない。そこ
で、本実施例においては、図４（Ｃ）に示すように、検
出器５１，５５１の画素を２×２μｍ²にまで高分解能
化し、回路パターン８０からの影響を極力排除し、０．
５μｍ程度の異物検出を可能としている。なお、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、必ずしもその値にする必要はない。
即ち、この場合の画素寸法は、レチクル６上の最も小さ
いパターン寸法よりも小さければよく、従って、１６Ｍ
ＤＲＡＭ等の０．５μｍ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、回路パター
ンの最小線幅が概ね０．５μｍなので、０．５×５＝
２．５μｍ、また６４ＭＤＲＡＭでは回路パターンの最
小線幅が概ね０．４μｍなので、０．４×５＝２μｍよ
りも小さい画素で検出すればよい。実際には、パターン
コーナーからの影響を十分に小さくできる値であれば、
より大きくても、或いは小さくともよい。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にて示す実験結果によっても、この値で十
分であることがわかる。さらに具体的に述べると、縮小
率１／５のレチクル上での最小寸法が２μｍ程度の６４
ＭＤＲＡＭ用レチクルでは、１〜２μｍ程度の画素寸法
が望ましい。この理由を図７を用いて詳細に説明する。
図７（Ａ）に示す回路パターン８０において交差部分に
できるコーナー部８２を、微視的に見ると、同図（Ｂ）
に示すように、連続的な角度のコーナー８２０で形成さ
れていることとなり、そのため、コーナー部８２からの
回折光も、異物からの散乱光の場合に類似して、フーリ
エ変換面上で広がる傾向があり、直線状の空間フィルタ
４４，４４４により完全に遮光することができず、その
結果、図６（Ｂ）に示すようになる。そのため、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、該検出器の出力Ｖが増大するの
で、異物７０との弁別検出ができなくなってしまう。図
８はそ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、高い値になり、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７０
１を分離して検出することができないことを表してい
る。従って、１画素に複数のパターンコーナー部からの
回折光が入射すると、レベル９０の値によっては検出で
きなくなる。この不具合の対策として、本実施例におい
ては、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、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な寸法
（例えば、上記の如く２×２μｍ²）に設定し、これに
より簡易な検出光学系４であっても、異物からの散乱光
を弁別し得るようにしている。

【００２５】ところが、従来のような大きさの異物を検
出することができても、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
部のコーナー部８２との分離検出がなお不十分となるこ
ともあり、しかもＬＳＩの高集積化により、図９に示す
ように回路パターン８０の通常の構造部分の間隙８３よ
りも微細なミクロンオーダーの寸法８４を有する回路パ
ターンを形成した場合、該回路パターンから発生するよ
うな回折光は、異物７０からの散乱光と挙動が類似して
きているため、異物７０を回路パターンから分離して検
出することがいっそう難しくなってきている。本実施例
においては、図９に示すような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、それにより異物を検出するものである。図
１０において、７０１，７０２はサブミクロンオーダー
の微小な異物７０からの散乱光検出出力値。８６４，８
７４，８６５，８７５，８６６，８７６，８６７，８７
７は０°，４５°，９０°の各角度パターンに形成され
るすべてのコーナー部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８４を有する微細構造回路パター
ンからの回折光の検出出力値を夫々示す。このうち、７
０１，８６１，８６２，８６３，８６４，８６５，８６
６，８６７は第１の照明系２による検出出力値を、また
７０２，８７１，８７２，８７３，８７４，８７５，８
７６，８７７は第２の照明系３による検出出力値を夫々
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による値を、８７１が第２の照明系３による値
を夫々示す。また異物７０は、図からもわかるように回
路パターンに比べ、照射方向による散乱光の検出出力値
の変動が小さい。なお、図中の点線９１は検出出力値の
閾値を示す。図１０から、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なることが判
明し、しかもレチクル６面上を１８０°の方向をずらし
た対向する２方向の斜方から照明した場合、何れか一方
のがわの回折光の出力値は、図中の●印にて示すよう
に、サブミクロンオーダーの異物からの出力値よりも必
ず小さいことがわかる。実施例においては、レチクル６
上の同一位置からの上記各出力値を、検出器５１と５５
１とにより別個に検出し、前記●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
から分離し検出する。その場合、図１０に示すように、
２値化回路５２と５５２とに閾値９１を設定すると、該
閾値９１以上の値は、異物７０の検出出力値７０１，７
０２と、回路パターンの検出出力値８６１，８６３，８
７４，８７５とになるが、これら回路パターンからの２
値化出力が２値化回路５２または５５２の何れか一方か
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、従って、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。また回路パターンからの回折
光量が小さく、かつ異物からの散乱光量が大きいので、
このような論理積検出手段が不要な場合には、論理積回
路５３の代わりに論理和回路を用いれば、２方向からの
照明による検出結果が得られ、より安定した検出が可能
となる。さらにその際、常に、論理和回路を使用する程
度の検出感度しか求められない場合には、波長分離用の
ミラー４２，直線状の空間フィルタ４４４，可変空間フ
ィルタ４４７，結像レンズ４４５，検出器５５１，２値
化回路５５２を省略し、より簡単な構成で同等な性能を
得ることも可能となる。そして、異物からの散乱光が検
出されると、マイクロコンピュータ５４により、検出時
のＸステージ１０及びＹステージ１１の位置情報の他、
検出器５１（５５１）の素子中の画素位置から計算され
る異物７０の位置情報及び検出器の検出出力値が、異物
データとしてメモリに記憶されると共に、該記憶内容が
演算処理されてＣＲＴ等の表示手段５５に表示される。
これにより、異物７０の状況が表示されることとなる。

【００２６】図１２には散乱光の偏向状態を解析する方
式と、複数の検出器の出力を比較する方式との従来技術
を夫々示しており、その何れもが回路パターンから発生
する回折光の影響を避けるため、ＮＡ０．１程度の開口
の小さな光学系が回路パターンからの回折光を避けた方
向に配置されていた。このような従来技術の構成では、
不規則な形状の異物を見逃しやすいと云う問題を生じ
る。即ち、従来技術で用いたＮＡは、レンズの開口径と
対象物体までの距離で決まり、レンズの特性を表現する
数値であり、具体的には図中右側に示すθを用い、ＮＡ
＝ｓｉｎθで求められる数値である。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
助的に用いられ出したパターンの除去技術である。パタ
ーンの除去技術の多くは、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
とっており、このような方式では、回路パターンの誤検
出を減らすことができるものの、その反面、図１１
（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、回路パターンのエッジ近傍
に付着した異物を見逃してしまうと云う問題が発生す
る。以下に、これら２つの問題点に対する、本発明の解
決対策を述べる。図１４中の写真部１００４，１００５
は、異物にレーザを照射したときに発生する散乱光を上
方より観察したものである。この写真部１００４，１０
０５で注目すべきことは、異物からの散乱光（ｅ）が方
向性をもっている分布していることである。このため、
従来のような低ＮＡ検出器１００１では、図１３に示す
如く検出器の設置位置を適正にしないと、異物から発生
する散乱光（ｅ）がほどよい具合に低ＮＡの光学系に入
射するとは限らず、見逃しが発生する。しかも、これら
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、全ての異物に対し、低ＮＡの光学系を適正に配置
することが事実上不可能である。このことを実験的に測
定した結果を図１３に示している。図１３は、異物に入
射角６０°のレーザ光で照明した場合の散乱光分布を、
ＮＡの低い（ＮＡ＝０．１）検出光学系１００１，１０
０２で検出角を変えながら、上記異物からの散乱光レベ
ルを測定して示した。同図から、検出光学系１００１に
よる点Ａでは検出レベルが検出閾値を越えているのに対
し、検出光学系１００２による点Ｂでは検出レベルが検
出閾値を越えず、検出できないことを表している。実際
の異物の散乱光分布は一定していないため、上記Ａ，Ｂ
のような低開口数の検出方式では検出性能が安定しない
ことを示す。そこで、本実施例においては、開口の大き
な高ＮＡ検出光学系により、様々な散乱分布をもつ異物
からの散乱光を有効に集光するようにしている。即ち図
１５に示すように、検出光学系の一部を構成する対物レ
ンズ４１として高ＮＡのものを用い、高ＮＡの対物レン
ズ４１により、様々な散乱分布をもつ異物からの散乱光
を集光させるようにしている。但し、この場合、対物レ
ンズ４１のＮＡが大き過ぎると、パターンからの回折光
が入るので、ＮＡの大きさを適切に選定することが重要
である。このような高ＮＡの対物レンズ４１を装置に用
いた場合の異物検査結果を図１６に示す。図１６におい
て、５枚のレチクル６で検出された異物７０の合計を縦
軸に、検出された異物の寸法を横軸に夫々示している。
また異物のうち、従来技術でも検出された異物について
は色を変えて示している。同図から、従来技術の検出能
力は、０．８μｍとされていた。このため、１μｍより
小さい異物の領域で検出能力に本発明との差が存在する
のは理解できよう。しかし、１μｍより大きな異物の領
域においても、本発明では、大幅な検出個数の向上が見
られる。この検出率は、従来技術の検出個数の比で約１
０倍にもなる。これは、本発明が採用したて高ＮＡ検出
光学系が不規則な形状の異物によく対応し、異物からの
散乱光を安定して検出しているためである。なお図１５
においては、可変空間フィルタが図示されていないが、
直線状の空間フィルタ４４とほぼ同一位置に配置されて
いるものとする。次に、回路パターンのエッジ部に付着
した異物の検出状況について図１７により説明する。図
１７は図１６で検出した異物を付着位置別に分類した結
果を表している。異物の付着位置としては、レチクル６
上のガラス部（透過部分）と、回路パターン８０のクロ
ム部（クロム等の金属薄膜で形成されることの多い遮光
部分）と、それら両者の境界部分である回路パターン８
０のエッジ部の３領域に分類した。図１７によれば、異
物の付着がエッジ部で多いことから、エッジ部が異物付
着の影響を大きく受けることがわかる。また、クロム部
では異物の付着が比較的少ないが、該クロム部上に異物
が留まる限り、転写には影響を及ぼすことがない。

【００２７】上記実施例の異物検査装置は、回路パター
ンとしてのクロム部を有するレチクルに適用した例を示
したが、図１８に示すように、回路パターン８０として
のクロム部間に、転写解像度の向上を目的とした位相シ
フタ膜によるパターン（シフタパターン）１００３を形
成したレチクル６にも同様に適用することができる。即
ち、シフタパターン１００３は透明をなしているが、ク
ロム部（厚さ０．１μｍ程度）の数倍（ステッパでの露
光光が水銀スペクトルのｉ線の場合、厚さが約０．４μ
ｍ程度）の大きさの構造をなしているため、そのエッジ
部からの回折光がクロム部のエッジ部からの回折光に比
較するとかなり大きなものとなる。そのため、異物を検
出することができないおそれがある。しかし、シフタパ
ターン１００３を用いた露光技術は、回路パターンの繰
り返し性を基本的に利用したものであり、逆にこの回路
パターンの繰り返し性、即ちシフタパターンの繰り返し
性を利用することによってシフタパターン１００３から
の散乱光を除去することもできる。繰り返しの周期Ｔの
回路パターンに対し、波長λのコヒーレント光源により
照明した像を、焦点距離ｆのフーリエ変換レンズでフー
リエ変換した場合、λ・ｆ／Ｔの整数倍の位置に離散的
に集光することになる。一方、繰り返し性のない異物は
広く分布する。このため、フーリエ変換面上で回路パタ
ーンの像の集光位置を従来技術のようなフィルタにより
遮光すれば、異物の像だけの検出が可能となるので、従
来から多くの提案がなされている。しかし、従来技術に
おいては、以下の二つが共通している。（１）フーリエ変換像の集光位置の度合いを高くするた
め、平行ビームで照明を行う。（２）フーリエ変換後に逆フーリエ変換を行い、検査試
料上の像を復元（再結像）する際により完全な像を復元
するため、試料面に対し垂直な落射照明或いは透過照明
を行い、該照明による回折光を０次光を含めてフーリエ
変換レンズに入射させている。ところが、異物を検出すればよいのであれば、即ち、異
物の存在の有無を判定できればよいのであれば、逆フー
リエ変換する必要がないばかりでなく、逆変換後の再結
像像が完全である必要も全くない。本実施例では、前述
の如く、検出光学系４に直線状の空間フィルタ及び可変
空間フィルタからなる空間フィルタを有し、しかもレチ
クル６に対し、入射角θが２０°≦θ≦８０°の角度と
なるよう第１，第２の照明系２，３により斜方から行う
ように構成したので、これにより、一次以上の回折光と
比較して著しく明るい照明光（一般に数十〜数百倍以
上）の正反射光（０次回折光）が検出光学系４に入射す
ることがない。従って、以下に述べる利点を有する。第
一は、従来技術比較すると、空間フィルタ上の０次回折
光を遮光する遮光部分を設けることが不要になり、その
ため、検出光学系４の開口（ＮＡ）中に占める遮光部分
の割合を小さくすることができ、実質的なＮＡを確保す
ることができるので、１６ＭＤＲＡＭに代表される０．
５ミクロンＬＳＩ以降に要求されるサブミクロンオーダ
ーの異物の安定の安定な検出が可能となる。第２は、検
出光学系に著しく明るい０次回折光が入射する従来技術
に比較すると、空間フィルタの位置ずれが及ぼす影響も
軽減される。このことは、回路パターン８０の形状に適
応された空間フィルタの位置を変更する本方式において
重要な利点となるばかりでなく、金属薄膜による回路パ
ターンと比較して膜の形状の不安定な位相シフトレチク
ル上のレチクル異物検出を可能とする。第３は、０次回
折光の範囲を極力狭くするたの平行ビームによる照明が
不必要となり、Ｓ／Ｎの低いサブミクロンオーダーの異
物検出が可能な集光ビームによる照明を実現できる。従
って、位相シフタパターンを有するレチクルに本装置を
適用しても、異物の検出を確実に行えるばかりでなく、
安定した検出を確保できる。

【００２８】ところで、異物の完全な像を観察したいと
云う要求もある。このような場合、本実施例の装置で
は、詳細に図示してないが、異物の検出位置をマイクロ
コンピュータ５４で記憶し、観察時にその位置を表示手
段５５で再現し、装置に組み込まれた落斜照明で観察す
るようにも構成している。その場合、観察用には、レー
ザ照明のようなコヒーレント光ではなく、ハロゲンラン
プのような白色照明の方が安価で簡便であり、かつ干渉
の影響がない。但し、観察時の解像度を高めるために共
焦点顕微鏡の構成が求められるときはこの限りではな
い。

【００２９】次に、空間フィルタの変形例について図１
９〜図３４より説明する。図１９に示す実施例は、空間
フィルタが空間光変調素子として作用するのであること
から、空間フィルタとして写真乾板１９０１を用いた例
である。写真乾板であれば最も簡便である。この場合、
検査前に、写真乾板を未露光の状態でフーリエ変換面上
に設置し、被検査パターンからの散乱光（回折光）を露
光した後で写真乾板を一旦取り出し、現像後、再び写真
乾板をフーリエ変換面上に位置決めして戻すことにより
使用する。写真乾板としては、ネガタイプのものを用い
れば、回路パターンからの散乱光が露光された部位がそ
のまま遮光部分となる。例えば、インスタントカメラタ
イプのネガフィルムを用いると、現像のプロセスが簡単
になる。また、現像後の位置決めのためには図示するよ
うに、写真乾板１９０１のホルダ１９０２に位置決めピ
ン等からなる位置決め手段１９０３を設け、該手段を利
用することによって写真乾板１９０１を位置決めすれ
ば、現像後の位置決めが容易となる。図２０に示す実施
例は、可変空間フィルタ４７（４４７）の位置状況を確
認する手段を用いたものである。即ち、可変空間フィル
タ４７におけるフーリエ変換面２００３の後方位置にハ
ーフミラー２００２を配置すると共に、該ハーフミラー
２００２を傾動させる挿入機構２００１を設け、挿入機
構２００１の駆動によってハーフミラー２００２を所望
位置に位置決めすれば、ハーフミラー２００２によって
分岐される光路を目２００４で観察することができ、可
変空間フィルタ４７の位置決め状況を確認することがで
きる。この挿入機構２００１及びハーフミラー２００２
は可変空間フィルタ４７の位置決めの際に使用し、位置
決めが終了すると、取り除くようにする。

【００３０】或いは、目で直接監視する代わりとして、
図２１に示すように、可変空間フィルタ４７の位置の像
を結像レンズ２１０１を介してＴＶカメラ２１０２で撮
像すれば、位置決め状況を確実に把握することができ
る。このような、可変空間フィルタ４７の位置状況を確
認する手段は、該フィルタの後方に十分な空間が存在す
る場合には、ミラー２００２で光路を分岐することな
く、観察時だけ挿入することによって使用することもで
きる。また図２０及び図２１において、可変空間フィル
タ４７の位置を移動させる位置移動機構２００５を用い
ると、微妙な位置調整を容易に行える。図２２に示す実
施例は、写真乾板１９０１のホルダ２２０１を、ガラス
等の光学的に透明な材料からなる水槽状に形成し、該ホ
ルダ２２０１に現像液，停止液，定着液，水洗液を供給
する供給経路２２０２と、それらの液を排出する排出経
路２２０３とを接続し、写真乾板１９０１を取り外すこ
となく現像できるようにしたものである。この場合、乾
燥ができないので、撮影時に水槽状のホルダ２２０１に
現像液を満たした状態で露光すれば、検査時に液を満た
した状態で使用でき、乾燥が不要となる。この場合、ホ
ルダ２２０１を光学的に透明な材料で構成すれば、露光
が容易となるばかりでなく、写真看板１９０１の露光さ
れた状態を外部から確認することができる。

【００３１】図２３は、可変空間フィルタ４７（４４
７）として、現像が不要な空間光変調素子を用いたもの
である。即ち、この実施例では、空間光変調素子として
ホトクロミック材料からなるガラス２３０１を使用した
ものである。これは、ガラスに銀塩をドープしたもの
で、光照射によりそれ自身の光透過率を可逆的に変化さ
せることができ、半永久的な寿命を有する。ホトクロミ
ックガラス２３０１の光透過率ＴＲ（％）の特性は、図
２４に示すように、例えば波長４８８ｎｍの光照射によ
って約１分で光透過率が２０％に減少（黒化）し、また
光の照射を停止すると、約５分〜１０分で元の透過率に
戻る（退色）ものである。また、ホトクロミックガラス
２３０１の退色は、過熱されると促進される特性もあ
る。このような性質を利用すると、以下の手順で異物の
検出を実現することができる。（１）被検査試料中の周期性パターンを検査視野に呼び
出す。（２）検査ステージの静止状態で照射光を約１分
間照射し、ホトクロミックガラス２３０１上に周期性パ
ターンのフーリエ変換像を露光する。これにより、周期
性回路パターンのフーリエ変換像に該当する箇所が黒化
する。（３）被検査試料を走査して検査を行う。この場
合、異物からの散乱光がホトクロミックガラス２３０１
の黒化していない部分を透過して検出される。また、異
物からの散乱光が被検査試料の走査中に一瞬検出される
だけであるので、ホトクロミックガラスを黒化させるに
は至らず、次の異物の検出に影響を及ぼすことがない。
しかも、被検査試料の大部分の領域を占める周期性回路
パターンからの回折光は検査中の殆どの時間ホトクロミ
ックガラス２３０１に当たり続けるので、該ガラス上の
周期性回路パターンのフーリエ変換像は黒化状態が維持
される。（４）検査終了時、検査終了したホトクロミッ
クガラス２３０１を過熱機構２３０２により過熱して退
色させ、次の検査に入ることとなる。なお本例では、ホ
トクロミックガラス２３０１の退色を促進させるために
過熱機構２３０２を用いた例を示したが、過熱機構を用
いることなく行うこともできる。即ち、ホトクロミック
ガラス２３０１を同一平面上に複数設けると共に、これ
ら複数のものを移動させる位置移動機構２３０３を用意
し、該位置移動機構２３０３により、検査が終了した一
方のホトクロミックガラス２３０１を退避させると同時
に、他方のホトクロミックガラス２３０１を検査位置に
移動し、検査すれば、その検査中に、前回使用した箇所
の像が自然に退色するので、過熱機構２３０２が不要に
なる。このように、ホトクロミックガラス２３０１を使
用すれば、写真乾板を用いる前述の実施例に比較する
と、現像のプロセスがないぶんだけ簡素化することがで
きる。また、可変空間フィルタを作成（露光）する際、
可変空間フィルタに対して直線状の空間フィルタの像を
多重露光等によって書き込んでしまえば、双方を一体的
に形成することができ、図１に示す実施例のような直線
状空間フィルタ４４，４４４を別個に用いるのが不要と
なることは、写真乾板を用いた実施例と同様である。

【００３２】図２５の実施例では、可変空間フィルタと
してサーモプラスチックを使用したものである。これ
は、透明基板２５０１上に透明導電体２５０２，光導電
体２５０３，熱可塑性樹脂２５０４を順次積層して構成
した素子であり、帯電器２５０５により全面に帯電後、
露光，過熱されることによって静電気力で熱可塑性樹脂
２５０４を露光パターンに合わせて変形し、そして再生
させるもので、一種の電子写真をなす。サーモプラスチ
ックのように画像記憶機能を有する素子は、光アドレス
式の空間光変調素子と呼ばれ、入力光（本発明の場合で
は記録したいフーリエ変換像）により電気抵抗が変化す
る光導電体膜（ＣｄＳ、アモルファスＳｉ、ＢＳＯ、Ｚ
ｎＳ、アモルファスＳｅ、ＰＶＫ等）と、それにより形
成された電界強度分布によって複屈折率が変化する膜
（液晶、電気光学結晶（ＤＫＤＰ、ＬｉＮｂｏ、ＰＬＺ
Ｔ、ＢＳＯ等））を設け、変調させたい出力光（本発明
では検出光）を通すと、偏向状態に変調がかかり、検公
子を通過させれば振幅変調された画像が得られるもの
で、光導電膜とその膜厚及び複屈折材料の組み合わせに
より様々な素子が提案されており、本発明に同様に適用
することができる。また、可変空間フィルタを作成（露
光）する際に、可変空間フィルタに対して直線状の空間
フィルタの像を多重露光で書き込んでしまえば、図１に
示す直線状の空間フィルタ４４，４４４を可変空間フィ
ルタに一体的に形成することができる。上記サーモプラ
スチックのような画像記憶機能を有する素子の中には、
記録光の波長と検出光の波長とを変える必要のある素子
もある。即ち、繰り返しの周期Ｔの回路パターンに、波
長λのコヒーレント光源によって照明した像を、焦点距
離ｆのフーリエ変換レンズでフーリエ変換した場合、λ
・ｆ／Ｔの整数倍の位置に離散的に集光するため、異な
る波長での記録と検出を行うためには、記録時の波長λ
１と検出時の波長λ２に合わせ、記録時のフーリエ変換
レンズの焦点距離ｆ１と検出時のフーリエ変換レンズの
焦点距離ｆ２との関係がｆ１：ｆ２＝λ２：λ１となる
ようにフーリエ変換レンズを交換する必要がある。異物
検査の場合、波長によって光学的物性が変化するのは、
被検査試料や異物の屈折率反射率、散乱特性などの多岐
にわたり、厳密にはフーリエ変換レンズの焦点距離だけ
で記録光と検出光のフーリエ変換像を合わせるのは困難
であるが、本発明の目的を考慮すれば、記録光、検出光
を同一の波長の光源で行う構成としている。また、複屈
折、即ち偏向面の回転現象を使っているため、偏向照明
による異物の検出には特別な配慮が必要となる。図２６
〜図２８にその例を示す。図２６は照明系として無偏向
の斜方照明２６０１でレチクル６を検査する場合であ
る。この場合は、検出光学系に取り込まれた検出光も無
偏向状態であるため、変調素子２６０２に入射する前に
検光子２６０３で直線偏向にしておき、変調素子２６０
２及び検光子２６０４で変調するようにしている。従っ
て、この実施例では、検光子２６０３と変調素子２６０
２と検光子２６０４とで可変空間フィルタ４７，４４７
を構成している。図２７はＳ偏向（紙面に垂直な偏向面
をもつ直線偏向）の斜方照明２７０１でレチクル６を検
査する場合である。回路パターンからの回折光がＰ偏向
を保存しているのに対し、異物からの散乱光はＰ偏向の
一部がＳ偏向に変化し、結果として、Ｐ偏向，Ｓ偏向が
混合した散乱光が検出光学系に入る。そのため図２７の
場合と同様に、フィールドレンズ４３の後方位置には、
図２６に示す検光子２６０３が不要となり、また入射す
る前にＰ偏向だった偏向成分を遮光するよう、変調素子
２６０２及び検光子２６０４を配置して可変空間フィル
タ４７，４４７を構成している。図２６〜図２８におい
ては、記録フーリエ変換像をそのまま空間フィルタのデ
ータとして用いているため、構成が簡単になっている
が、空間フィルタと遮光したいレチクル上の周期性パタ
ーンとが全く同一であり、位置合わせに余裕がない。ま
た、検出された散乱光に０次光が含まれないため、位置
ずれに対して従来方式より寛容となるが、さらに高感度
の検出を望む場合には、以下の手順の光学処理で余裕を
もった空間フィルタを形成することもできる。即ち、集
光ビームで照明された場合の周期性パターンからのフー
リエ変換像は、離散的に輝点として集光するが、その輝
点の大きさは、集光されるビームのＮＡが大きいと大き
く、ＮＡが小さいと小さくなる。例えば、集光レンズの
焦点距離が一定の場合、図４４に示す如く、ビームエク
スパンダ等で作られた大きな開口のビーム３５０１を集
光レンズ３５０２で集光し、これを照明光とした場合、
周期性パターンからのフーリエ変換面像３５０４は、同
図に拡大して明示したように離散点に大きな輝点３５０
３となってしまう。一方、図４５に示す如く、レンズ系
３５０３の操作または小さな開口の開いた遮光板３６０
５により小さな開口のビーム３６０１に集光させ、これ
を照明光とした場合、周期性パターンからのフーリエ変
換面像３５０４は、離散適に小さな輝点３６０３とな
る。この関係は、前述の如く集光光学系のＮＡによるの
で、ビームの開口を一定にしてレンズの焦点距離を変化
させても、またビームの開口とレンズの焦点距離との両
方を変化させても実現できる。このように、輝点の大き
さを制御した場合、空間フィルタへの記録時には輝点の
大きさを大きくし、検査時には輝点の大きさを小さくす
れは、その大きさの差が位置合わせの誤差の余裕とな
る。

【００３３】次に、光アドレス式の空間光変調素子にか
えて、電気アドレス式の空間光変調素子を使用すること
もできる。図２９は電気アドレス式の空間光変調素子と
して液晶を用いた液晶空間光変調素子２９０１で可変空
間フィルタ４７を構成している。即ち、この液晶空間光
変調素子（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＳｐａｔｉ
ａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ：液晶ＳＬＭ、
またはＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ：
ＬＣＤ）２９０１は、数百×数百の微小なシャッタのマ
トリクスと考えられるが、液晶の複屈折特性を用いてい
るため、照明光の偏向面と液晶とが遮光すべき偏向面と
の関係に対する注意が、前述の光アドレス式の空間光変
調素子に対するものと同じである。上記液晶ＳＬＭ２９
０１の各シャッタの制御は、外部から電気信号により液
晶ドライバ２９０２を通じて行われるが、液晶ＳＬＭ単
独では光の検出機能記憶機能は持たない。そのため、記
録したいフーリエ変換像は、図２９に示す如く、液晶Ｓ
ＬＭ２９０１後方で記録時だけに挿入される挿入機構２
００１を有するミラー２００２により光路を分岐し、空
間フィルタ位置の像を結像レンズ２１０１でＴＶカメラ
２１０２等に結像し、該ＴＶカメラ２１０２により記録
したいフーリエ変換像を検出し、これを画像メモリ２９
０３に一旦蓄えた後、液晶ドライバ２９０２へ送出す
る。或いは図３０に示す如く、液晶ＳＬＭ２９０１の前
方で記録時だけに挿入される挿入機構２００１を有する
ミラー２００２により光路を分岐し、空間フィルタ位置
と共役の位置にＴＶカメラ２１０２等を設けて検出し、
記録したいフーリエ変換像を画像メモリ２９０３に一旦
蓄えた後、液晶ドライバ２９０２へ送出するように構成
してもよい。なお図２９及び図３０においては、ミラー
２００２の代わりとしてハーフミラーを用いることもで
きる。液晶ドライバ２９０２は検出された画像を反転
（ネガ）して液晶ＳＬＭ２９０１に表示するための制御
信号を出力する。画像メモリ２９０３に蓄える以前にデ
ータを反転することもできるが、この場合、液晶ドライ
バ２９０２には画像の反転機能が不要となり、制御信号
の送出だけが液晶ドライバ２９０２の機能となる。従っ
て、液晶ＳＬＭで構成すると、該液晶ＳＬＭは、液晶Ｓ
ＬＭを駆動する液晶ドライバ２９０２と、液晶ＳＬＭ上
の像の共役像を検出するＴＶカメラ２１０２と、検出像
の記憶手段としての画像メモリ２９０３とを有する。

【００３４】また、可変空間フィルタを作成（露光）す
る際、可変空間フィルタに対して直線状の空間フィルタ
の像を多重露光で書き込む手法は、ＴＶカメラ２１０２
等の検出器では一般に不可能である。このため、直線状
の空間フィルタのデータを、画像メモリ２９０３の別な
領域に記憶し、ソフトウエア的に可変空間フィルタのデ
ータと合成するか、或いは液晶ドライバ２９０２に送出
する際にスーパーインポーズ等の機能によつて可変フィ
ルタのデータと直線状の空間フィルタのデータを合成す
れば、図１に示す直線状の空間フィルタ４４，４４４と
同一のものを一体に形成することができる。液晶ＳＬＭ
上の空間フィルタと周期性パターンからのフーリエ変換
像との位置合わせは、液晶ＳＬＭ２９０１の位置移動機
構２００５による移動、或いは記録時のＴＶカメラ２１
０２の位置移動機構２１０５による移動、さらには両方
の移動によって行うことができる。または、画像メモリ
２９０３上の画像を電気的手段またはソフトウエア手段
によりシフトさせることによっても位置合わせをでき
る。図２９の場合、挿入機構２００１を有するミラー２
００２またはハーフミラーによって光路を分岐してＴＶ
カメラ２１０２で位置合わせ状況を確認することができ
る。さらに、画像メモリ２９０３上の画像を加工するこ
とにより、記録されている輝点の大きさを電気的手段ま
たはソフトウエア手段により大きくすることにより空間
フィルタの遮光部分に位置合わせの誤差の余裕を作るこ
とができる。このような電気アドレス式の空間光変調素
子の利点は、リーフエ変換像が画像メモリ上にあるた
め、図３１に示す如く、一度記録してしまえば、消去し
てしまわない限り任意の画像メモリ２９０３上の画像デ
ータ３００１，３００２，３００３…を任意のタイミン
グで切換えられることにある。このため、一度画像デー
タを作成した周期性パターンに関しては、再作成は不要
となる。このことは、前述したようにデータの合成によ
って直線状の空間フィルタを省略する場合、直線状の空
間フィルタのデータの採用が一回で済むと云う利点を有
する。また一枚の被検査レチクル中に、異なる周期をも
つ領域が存在する場合でも、図３２に示す如く、画像デ
ータを切り換えることにより対応できる。その際、レチ
クルの設計データ３２０１に基づいて切り換える場合
と、異物の検出個数の変化率３２０２をモニタし、その
個数が設定値（２値化回路３２０３中に設定）を越えて
急激に増加したとき、空間フィルタが適合しなくなった
と判断し、画像メモリ上の画像データ３００１，３００
２，３００３…を切り換える場合とがある。そして、画
像メモリ上の画像データ３００１，３００２，３００３
…を切り換えるだけでなく、一旦検査を中断し、新たに
画像データを取り込むことにより空間フィルタを交換す
ることもできる。またさらに、図３３に示す如く、レチ
クルの設計データ３３０１，斜方照明の波長３３０２，
斜方照明のＮＡ値３３０３，斜方照明の方向３３０４，
レチクルの基板ガラスの斜方照明光に対する反射率３３
０５，レチクルの回路パターン部分の斜方照明光に対す
る反射率３３０６，レチクルの回路パターン部分の膜厚
３３０７，検出レンズのＮＡ値３３０８からフーリエ変
換像を計算機３３０９によって求め、画像メモリ２９０
３上へ画像データを作るように構成してもよい。図３４
は、本発明の実施例による検出結果の一例である。図
中、縦軸Ｖに散乱光の検出値（相対値）を示し、異物か
らの検出値が回路パターンからの検出値より大きい場
合、異物の検出が不可能となる。実線が異物（大きさ
０．５μｍ）からの検出値、破線が位相シフタ付周期性
パターンからの検出値、一点鎖線が非周期性パターンか
らの検出値である。また、横軸に検出条件を示し、Ａは
空間フィルタ無しの場合、Ｂは直線状の空間フィルタの
みの場合、Ｃは可変空間フィルタのみの場合、Ｄは可変
空間フィルタと直線状の空間フィルタとの両方からなる
空間フィルタを使用した場合の検出結果である。同図よ
り、直線状の空間フィルタだけでは位相シフタに対応で
きず、また可変空間フィルタだけでは非周期性パターン
に対応できず、可変空間フィルタと直線状の空間フィル
タとの両方を使用することにより、レチクルの全面を高
感度に検出できることがわかる。

【００３５】一方、異物を検出する検出器５１の画素寸
法が、レチクル状の最も小さいパターン寸法と同程度で
あればよいことは前述したが、検出器５１としてアレイ
型のものを用いた場合には以下のような不都合が生じ
る。即ち、２×２μｍ²の検出器の画素寸法で異物を検
出し、判定を行った場合を例にすると、図３５に示す如
く、異物７０が複数（２〜４個）の画素間にまたがって
検出されることがある。そのような場合には、異物７０
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にまで低下し
てしまい、それだけ異物７０の検出力が低下することと
なる（実際には検出器画素間のクロストークの影響で１
／３程度に低下）。また、検出器の画素と微小な異物７
０との位置関係はその寸法から大変微妙であり、毎回の
検査で変化するので、同一試料であっても検査ごとに結
果が異なり、検出の再現性が低下する。そこで、図３６
に示す如く、検出画素を１×１μｍ²に縮小して行い、
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（同図
ではａ，ｂ，ｃ，ｄ）、求めた最大値であるａを２×２
μｍ²画素による代表出力として異物７０の検出判定を
行うようにする。そのため、互いに隣接する４つの画素
の検出出力を電気的に加算し、２×２μｍ²画素の検出
出力にシミュレートすることによって求めた最大値を代
表出力し得る４画素加算処理の機能をマイクロコンピュ
ータ５４にもたせる。これにより、同一異物からの検出
出力の変動が実績で±１０％の範囲におさまり、全ての
異物に対して検出再現性を８０％以上に確保することが
できる。図１６に４画素加算処理機能を適用した場合の
結果（検出再現性が８０％以上）を示す。因みに、４画
素加算処理機能を適用しない検出再現性の例を図３７に
示し、同図から、４画素加算処理を実施しないと検出再
現性が十分確保できないことが明かである。

【００３６】ここで、４画素加算処理回路の具体例を図
３８により述べる。この例では、検出器５１として１μ
ｍに縮小した場合の画素を５１２画素並べた一次元型撮
像素子であり、一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とが
夫々別々に出力される一般的なものである。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４方向のうちの最大値を求め、その最大値を異物か
らの検出値２５１４として出力する。本例では、光学的
な処理により異物のみを明るく顕在化し、検出を行うた
めに設定された閾値より検出された信号が大きい場合
に、「異物あり」と判定することにより異物の検出を行
うようにしたものである。ところが、その際の検出信号
には、（１）一次元撮像素子検出器の各画素ごとの感度
特性のばらつき（±１５％程度）、及び（２）照明光源
の照度分布に起因する感度むら（シェーディング）が存
在する。これにより図３９に示すよう、同一異物でも検
出画素（Ｙ方向の位置）により、検出信号の大きさが異
なり、閾値による２値化で異物を安定に検出することが
できなくなるおそれがある。そこで実施例では、図４０
（Ａ）に示すように、予め図１の実施例にて示した標準
試料１１１にて上記画素ごとの感度むらを含んだシェー
ディングを測定し、次に同図（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、これにより検出器の検出信号の増幅器ゲインを
各画素ごとに変化させ、同図（Ｃ）に示す如くシェーデ
ィングの影響をなくすることにより、異物を検出するよ
うにしている。標準試料１１１は、図１に示す実施例の
ように検査ステージ部１上に載置されるか、もしくは検
査ステージ部１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。この標準試料１１１としては、表面が微小
凹凸で、かつ均一な散乱特性を有するものであればよ
く、例えばガラス基板を研磨した微細な加工痕を付けた
もの、アルミニウムをスパッタ処理で基板上に成膜した
ものなどの微小な凹凸のできる薄膜を付けたものを用い
る。但し、標準試料１１１上の微小凹凸を画素１×１μ
ｍ²に対して均一に加工することは現実的に困難である
ので、シェーディングの測定を多数回、例えば１０００
回繰り返した平均値から補正データを求める。また、微
小凹凸からの散乱光には強弱のむらがあるため、単純な
平均値では、例えば１０００回の繰り返しデータを１０
００で割ったものでは、その値が小さくなり過ぎ、演算
の精度が低下するおそれがある。このような条件では、
割る値を繰り返し回数の数分の１の値にすればよく、例
えば１０００回の繰り返しで２００とする。このように
すれば、補正前のシェーディングと補正後とを比較する
と、図４０（Ａ）と（Ｃ）とに示す如く、補正前には５
０％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。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・検出計等が時間的
に不安定であっても、光学的な変動成分を確実に除去す
ることができる。

【００３７】次に、シェーディング補正回路の具体例を
図４１により説明する。同図において、一次元撮像素子
の検出値をＡ／Ｄ変換（ここでは２５６階調、８ｂｉ
ｔ）した値３２１２から、一次元撮像素子の暗電流部分
の値を減算器３２０９によって減算する。該減算器３２
０９は一次元撮像素子の各画素ごとに同期回路３２０５
によって制御されたメモリ３２０６に基づいて減算す
る。次いで、減算されたシェーディング補正倍率を乗算
器３２１９によって乗算する。乗算器３２１９は各画素
ごとに同期回路３２０５によって制御されるメモリ３２
０７からのデータに基づいて行う。その後、乗算結果を
中位ｂｉｔ出力回路３２１１によってもとのｂｉｔに戻
すことにより行う。従って、中位ｂｉｔ出力回路は、Ａ
／Ｄ変換された一次元撮像素子の検出値３２１２の二倍
のｂｉｔ数（１６ｂｉｔ）になった乗算結果を元のｂｉ
ｔ（８ｂｉｔ）に戻すようにしている。同図からもわか
るように、本例ではデジタル処理によって補正を行う
が、Ａ／Ｄ変換前にアナログ的に補正を行っても同様の
結果が得られるのは勿論である。異物判定を例えば２×
２μｍ²の画素単位で行っている場合、２μｍ以上の大
きさの異物が存在した場合、該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１０μ
ｍ程度の異物が１個存在した場合、（１０μｍ／２μ
ｍ）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すると、２
５個検出結果全てのを確認する必要があり、不都合が生
じる。従来技術では、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、「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、この従来技術では、ソフ
トウエア的な処理を必要とするため、検出信号が多数の
場合には、例えば検出信号１０００個で約１０分ほどの
多大の時間を要し、不都合を生じる。そこで実施例で
は、全検査領域を一度に観察できる視野範囲（例えば３
２×３２μｍ²）のブロックに分割し、同一のブロック
内の検出信号を全て同一の異物として判定しかつ処理す
るブロック処理を行うようにした。このようにすると、
大きな異物でもその形状に関係なく、一度で視野範囲内
におさめて観察・確認することが可能となる。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、ハードウエア化が容易であるという特徴を有す
る。実施例では、ブロック処理のハードウエア化により
処理が実時間で行われ、検査時間を含めた装置のスルー
プットを大幅に向上することができ、例えば検出信号１
０００個の場合には従来技術に比較して２／３以下に短
縮することができた。検出信号に基いて異物検出を判定
する処理内容を図４３に示す。次に、ブロック処理回路
の具体例を図４２に示す。同図では、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／小の閾値により分類してカウントす
ることができ、またブロック内の検出信号の最大値も知
ることができる。これらのデータから、異物のおおよそ
の大きさや、複数の異物が同一ブロックに含まれている
状況などが推定できる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。このように、各々のブロック別にロック処理を行う
と、異物の判定基準をきめ細かくすることも可能とな
り、それだけ異物の検出及び判定をより精緻に行うこと
が可能となる。なお図示実施例では、検出器５１，５５
１として、分解能を維持したまま検出視野を広くするこ
とができる利点から一次元固体撮像素子を用いた例を示
したが、これに限定されることなく二次元のもの、或い
は単素子のものでも使用することができるのは勿論であ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ホ
トマスクやレチクル等の回路パターン付き基板に付着し
たサブミクロンオーダーの微細な異物を空間フィルタに
よって検出し得るように構成したので、異物を簡単かつ
容易にしかも安定して検出することができる顕著な効果
があり、また、特に転写解像度の向上等を目的として位
相シフト膜を有するレチクルにも、容易に対処すること
ができ、有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による異物検査装置の第一の実施例を示
す全体構成図。

【図２】Ｘ，Ｙステージの走査によるレチクルの検査状
況を示す説明図。

【図３】試料に対する照明系の構成例を示す説明図。

【図４】回路パターンにおける夫々の角度パターンから
の散乱光，回折光と直線状の空間フィルタとの関係を示
す説明図。

【図５】照明系による照明方向と回路パターンの角度パ
ターンとの関係を示す説明用平面図。

【図６】回路パターンにおける照明系の照射方向と平行
な角度パターンからの回折光を示すフーリエ変換像
（ａ），回路パターンにおける各パターンコーナー部か
らの回折光を示すフーリエ変換像（ｄ），回路パターン
からの散乱光を示すフーリエ変換像（ｅ）。

【図７】回路パターンのコーナー部を示す要部の説明図
（Ａ）及び（Ａ）における”ア”部の拡大説明図
（Ｂ）。

【図８】異物からの散乱光と夫々のコーナー部からの回
折光との検出出力値を示す説明図。

【図９】微細構造の回路パターンの形状を示す図。

【図１０】異物及び回路パターンの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説明図。

【図１１】従来技術で見逃した夫々の異物を示す説明
図。

【図１２】従来技術における異物検出方法及びその問題
点並びに検出性能を示す説明図。

【図１３】実施例と従来技術との検出光学系を示す説明
図。

【図１４】実施例の高ＮＡの検出光学系を用いた場合と
従来技術の低ＮＡの検出光学系を用いた場合との散乱光
の検出を比較した説明図。

【図１５】図１の主要部を示す構成図。

【図１６】検出異物寸法と検出異物個数との関係を実施
例と従来技術との夫々で比較した説明図。

【図１７】実施例による検出異物を異物の付着位置別に
分類して示した説明図。

【図１８】位相シフト膜によるパターンを有するレチク
ルを示す要部の説明断面図。

【図１９】可変空間フィルタとして写真乾板を用いた斜
視図。

【図２０】可変空間フィルタとしての他の例を示す位置
決め状況確認の概略構成図。

【図２１】図２０における位置決め状況確認するための
他の例を示す概略構成図。

【図２２】可変空間フィルタとしての写真乾板を用いた
他の例を示す概略構成図。

【図２３】可変空間フィルタとしてホトクロミック材料
を用いた概略構成図。

【図２４】ホトクロミック材料の特性を示す説明図。

【図２５】可変空間フィルタとしてサーモプラスチック
を用いた概略構成図。

【図２６】無偏向照明によって異物を検査する実施例の
説明図。

【図２７】Ｓ偏向照明によって異物を検査する実施例の
説明図。

【図２８】Ｐ偏向照明によって異物を検査する実施例の
説明図。

【図２９】可変空間フィルタとして液晶空間光変調素子
を用いた場合の説明図。

【図３０】可変空間フィルタとして液晶空間光変調素子
を用いた場合の他の例を示す説明図。

【図３１】液晶空間光変調素子の画像データの切り換え
の一例を示す説明図。

【図３２】画像データの切り換えの他の例を示す異なる
周期をもつレチクルに対応する説明図。

【図３３】画像データの切り換えのさらに他の例を示す
種々のデータに対応する説明図。

【図３４】空間フィルタの有無に応じた検査結果を示す
説明図。

【図３５】検出器の複数の検出画素間に異物がまたがっ
て検出された場合の説明図。

【図３６】検出画素間にまたがった異物を４画素加算処
理するときの説明図。

【図３７】４画素加算処理しない場合の異物検出結果の
再現性を示す検出異物個数と検出異物寸法との関係説明
図。

【図３８】４画素加算処理部の具体例を示すブロック
図。

【図３９】検出する画素よって同一異物の検出信号の大
きさが異なる感度むら（シェーディング）を示す説明
図。

【図４０】測定したシェーディングを補正する状態を順
次表した説明図。

【図４１】シェーディング補正回路の具体例を示すブロ
ック図。

【図４２】全検査視野をブロックごとに分割して異物検
出の確認処理するブロック処理を示すブロック図。

【図４３】検出器からの検出信号に基づいて異物の検出
を判定する処理を示すブロック図。

【図４４】高ＮＡ照明による周期性パターンからのフー
リエ変換像の輝点の大きさを示す説明図。

【図４５】低ＮＡ照明による周期性パターンからのフー
リエ変換像の輝点の大きさを示す説明図。

【図４６】異物からの散乱光の強度の理論値をレーザ光
の波長及び異物の粒径による無次元数について示した説
明図。

【図４７】斜方照明による異物からの回折光の方向を示
す説明図。

【図４８】光学系の開口（ＮＡ）の定義を示す説明図。

【図４９】異物からの散乱光強度に比例する散乱光の断
面積と異物径との大きさを示す説明図。

【符号の説明】

１…検査ステージ部、２…第１の照明系、３…第２の照
明系、４…検出光学系、５…判定処理系、６…レチク
ル、９…Ｚステージ、１０…Ｘステージ、１１…Ｙステ
ージ、２１，３１…レーザ光源、４４，４４４…直線状
の空間フィルタ、４７，４４７…可変空間フィルタ、５
１，５５１…検出器、５２…第１の検出器、５５２…第
２の検出器、５３…論理積回路、７０…異物、８０…回
路パターン、１１１…標準試料、１１２…ブロック処理
回路、１１３…第１のシェーディング補正回路、１２３
…第２のシェーディング補正回路、１１４…第１の４画
素加算処理回路、１２４…第２の４画素加算処理回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−238255（ＪＰ，Ａ) 特開平４−2950（ＪＰ，Ａ) 特開平２−16438（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−210755（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G03F 1/00 - 1/16 H01L 21/64 - 21/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にパターンを形成した基板を載置し
て平面内で移動可能な検査ステージと、該検査ステージ
に載置した基板の表面を該表面に対して斜めの方向から
光で照明する照明手段と、該照明手段の照明による前記
基板表面からの回折光を遮光パターンを用いて前記基板
表面のパターンからの反射光による回折光を遮光して検
出する検出手段と、該検出手段で前記基板表面からの反
射光を検出して得た検出信号を処理して前記試料表面の
異物欠陥を抽出する欠陥抽出手段とを備えた異物検査装
置であって、前記基板表面のパターンからの反射光によ
る回折光を遮光する前記検出手段の遮光パターンは、前
記基板表面のパターンの設計情報を用いて前記基板表面
のパターンの形状に応じて制御されることを特徴とする
異物検査装置。
【請求項２】前記遮光パターンを液晶素子で形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項３】前記検出手段の遮光パターンは、前記基
板表面のパターンの設計情報と前記基板表面のパターン
の画像情報とを用いて形状が制御されることを特徴とす
る請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項４】表面にパターンを形成した基板を載置し
て平面内で移動可能な検査ステージと、該検査ステージ
に載置した基板の表面を該表面に対して斜めの方向から
光で照明する照明手段と、該照明手段の照明による前記
基板表面からの回折光を集光して該回折光の光学像を形
成するフーリエ変換レンズを備えた光学系手段と、該光
学系手段のフーリエ変換面に位置して前記基板表面から
の回折光のうち前記基板表面のパターンからの回折光を
遮光する遮光パターンを備えた遮光手段と、該遮光手段
を通過した回折光を検出する検出手段と、該検出手段で
前記基板表面からの反射光を検出して得た検出信号を処
理して前記試料表面の異物欠陥を抽出する欠陥抽出手段
とを備えた異物検査装置であって、前記遮光手段は、前
記遮光パターン形状を制御するパターン形状制御部を備
え、該パターン形状制御部は、前記基板表面のパターン
の設計情報を用いて前記遮光パターンの形状を制御する
ことを特徴とする異物検査装置。
【請求項５】前記遮光手段を、液晶表示素子を用いて
構成したことを特徴とする請求項４に記載の異物検査装
置。
【請求項６】表面にパターンを形成した基板を載置し
て平面内で移動可能な検査ステージと、該検査ステージ
に載置した基板の表面を該表面に対して斜めの方向から
光で照明する照明手段と、該照明手段の照明による前記
基板表面からの回折光のうち０次回折光が入射しない位
置に設置した光学系を介して前記基板表面からの高次回
折光を遮光パターンを用いて遮光して検出する検出手段
と、該検出手段で前記基板表面からの高次回折光を遮光
して検出して得た検出信号を処理して前記試料表面の異
物欠陥を抽出する欠陥抽出手段と、該欠陥抽出手段で検
出した欠陥を大きさに応じて分類する欠陥分類手段とを
備えた異物検査装置であって、前記基板表面のパターン
からの反射光による回折光を遮光する前記検出手段の遮
光パターンは形状が可変に構成されており、該遮光パタ
ーンの形状を前記基板表面のパターンの形状に応じて変
更することを特徴とする異物検査装置。
【請求項７】前記遮光パターンは写真乾板で構成され
ており、該写真乾板上に基板表面のパターンの形状に応
じた複数の遮光パターンが形成されていることを特徴と
する請求項６に記載の異物検査装置。
【請求項８】前記遮光パターンを、ホトクロミック材
料で構成したことを特徴とする請求項６に記載の異物検
査装置。
【請求項９】前記遮光パターンを、サーモプラスチッ
ク素子と光アドレス式の空間光変調素子の何れか一方で
構成したことを特徴とする請求項６に記載の異物検査装
置。
【請求項１０】前記遮光パターンを、液晶式の空間光
変調素子と電気アドレス式の空間光変調素子の何れか一
方で構成したことを特徴とする請求項６に記載の異物検
査装置。
【請求項１１】前記検出手段の光学系は、ＮＡ値が
０．４以上であることを特徴とする請求項６に記載の異
物検査装置。
【請求項１２】前記照明系は、試料に対する入射角が
２０°〜８０°の範囲であることを特徴とする請求項６
に記載の異物検査装置。
【請求項１３】表面にパターンを形成した基板の該表
面に斜めの方向から光を照射し、該光の照射による前記
基板表面からの散乱光を前記照明による前記基板表面か
らの正反射光が入射しない位置に設置したフーリエ変換
レンズを備えた光学系に入射させ、該光学系のフーリエ
変換面において該光学系に入射した前記基板表面からの
回折光により形成される回折像パターンのうち規則的な
回折像パターンを該回折像パターンの形状に応じて形状
が切替え可能な遮光パターンを用いて遮光し、該遮光パ
ターンで遮光されなかった前記基板表面からの回折光を
検出し、該検出して得た検出信号を処理して前記試料表
面の欠陥を抽出し、該抽出した欠陥を該欠陥の大きさに
応じて分類し、該分類した大きさごとの欠陥の数をカウ
ントすることを特徴とする異物検査方法。
【請求項１４】前記形状が切替え可能な遮光パターン
が写真乾板上に形成された複数の遮光パターンで構成さ
れており、前記回折像パターンの形状に応じて前記写真
乾板上に形成された複数の遮光パターンの中から適合す
るパターンを選択して切替えることを特徴とする請求項
１３に記載の異物検査方法。
【請求項１５】前記形状が切替え可能な遮光パターン
が液晶式の光空間変調素子で構成されており、前記回折
像パターンの形状に応じて前記液晶式の光空間変調素子
の遮光パターンを切替えることを特徴とする請求項１３
に記載の異物検査方法。
【請求項１６】前記遮光パターンの形状を、前記基板
表面に形成されたパターンの設計情報を用いて切替える
ことを特徴とする請求項１３に記載の異物検査方法。
【請求項１７】前記遮光パターンの形状を、前記フー
リエ変換面上に形成された前記回折像パターンの光像の
情報を用いて切替えることを特徴とする請求項１３に記
載の異物検査方法。