JPS6364738B2

JPS6364738B2 -

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Publication number: JPS6364738B2
Application number: JP56014387A
Authority: JP
Priority date: 1981-02-04
Filing date: 1981-02-04
Publication date: 1988-12-13
Also published as: JPS57128834A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、微小なゴミ等の欠陥となる異物を検
出する装置に関し、特に、LSI用フオトマスク、
レテイクル又は、ウエハ等の回路パターン上に付
着した異物を欠陥として検出する検査装置に関す
る。

LSI用フオトマスクやウエハを製造する過程に
おいて、レテイクル、ウエハ、マスク等に異物が
付着することがあり、これらの異物は製造された
マスク、ウエハの欠陥の原因となる。特に縮小投
影型のパターン焼付け装置においてこの欠陥は各
マスク、ウエハの全チツプに共通の欠陥として現
われるため、製造工程において厳重に検査する必
要がある。このため、一般には目視による異物検
査を行なうことが考えられるが、この方法は通
常、検査が何時間にもおよび、作業者の疲労を誘
い、検査率の低減をまねいてしまう。そこで、特
に回路パターンを有する被検査物表面に存在する
異物を自動的に検査する装置として、レーザー光
を垂直又はほぼ垂直方向より被検査物の表面に入
射及び走査し、異物からの散乱光を集光、検出す
る装置が提案されている。しかし、この装置には
レーザー光を絞つて、小面積を順次走査していく
ため、検査時間が必然的に長くなつてしまうとい
う欠点があつた。

そこで、本発明の目的は、パターンを有する被
検査物上に存在する異物を確実に速く検出できる
欠陥検査装置を提供することにある。

この目的を達成するにあたり、本発明において
は以下の如く構成する。

被検査物の表面に光ビーム、例えばレーザー光
を斜めに入射し、表面の光ビームによる照射部を
表面上で走査（２次元的に）する。そして、複数
の光電手段のうち少なくとも１つが、パターンに
よつて生じる散乱光を受光しないように、かつ複
数の光電手段の全てが、表面上の異物によつて生
じる散乱光を受光するように受光装置が配置さ
れ、受光装置の出力信号に基づいて、異物の有無
を検査するようにする。

次に、本発明の実施例を説明するが、その前
に、集光して絞つた光ビーム、例えばレーザー光
を回路パターンのエツジ部に照射した場合、エツ
ジ部でどのように散乱されるかを第１図の原理図
により説明する。

第１図において、被検査面は直交座標系xyzの
ｘ−ｙ平面上に広がつているものとする。被検査
面上には回路パターン２が設けられている。そし
て、パターン２のエツジ２ａは、ｙ軸と角度ψを
なしているものとする。図に示すように座標系
xyzの原点０にレーザー光１を入射する。従つ
て、原点０は入射点となる。このレーザー光１
は、被検査面すなわちｘ−ｙ平面に対して角度θ
で、かつｘ−ｙ平面への射影はｙ軸に一致してい
る。このときレーザー光１の散乱光は入射する方
向と反対側に、原点０を頂点とする円錐状に分布
し広がつていく。この円錐状の散乱光は、ｘ−ｙ
平面で２分されるように生じる。

ここで、エツジ２ａに対してレーザー光１が斜
入射（被検査面に対して斜めに入射）する場合、
散乱光の広がり方はある程度一義的に決まる。そ
れは図に示したようにレーザー光１の透過光線と
正反射光線が円錐のそれぞれ母線Ｌ１，Ｌ２とな
り、又エツジ２ａの方向ｌが円錐の中心線となる
ような円錐状の散乱光となる。従つて母線Ｌ１
は、ｘ−ｙ平面の下側になり母線Ｌ２は上側に定
められる。ここで特別の場合として、角度ψが0゜
および90゜のときが考えられる。まずψ＝0゜のと
き、散乱光はｙ軸を中心とした頂角2θの円錐状に
広がる。ψ＝90゜のときは、頂角は180゜、すなわ
ちｙ−ｚ平面で広がるようになる。

このように、レーザー光をパターンのエツジに
照射した場合、エツジに対する入射角により方向
性を有する（指向性の強い）散乱光が生じる。一
方、被検査面上に異物が存在し、これにレーザー
光が照射された場合、散乱光は、異物からあらゆ
る方向に広がつていく。異物がレーザー光スポツ
トに比して十分小さい場合、異物に対する単位面
積あたりのレーザーパワーは変わらないので、被
検査面に対する角度θを小さく（例えば90゜未満
で10゜以上の鋭角に）して、パターンの広い面積
を照射するようにした方が効率的である。

このようにして生じた散乱光は集光レンズと、
光電検出器によつて電気的に検出することができ
る。ところが、上述のように、一般にパターンは
幾何学的な平面形状であるため、パターンのエツ
ジからの散乱光には指向性があるので、異物から
の散乱光を検出するには、被検査面上のレーザー
光の照射部分を異なる方向から見込むように複数
の光電検出器を配置すればよいことになる。そこ
で、次に本発明の実施例について、第２図により
説明する。

第２図は、本発明の実施例による装置の構成を
示す斜視図である。被検査物１０は、回路パター
ンを含むレテイクル、マスク、又はウエハである
ものとする。この被検査物１０の表面は、図中座
標系xyzのｘ−ｙ平面上にあるものとする。レー
ザー光１は、適宜、エキスパンダー（不図示）、
集光レンズ１１等の照射用集光光学系としての光
学部材によつて任意のビーム径に変換された後に
スポツト光に絞り込まれ、単位面積あたりの光強
度を上げる。レーザー光１はビーム走査手段とし
てのスキヤナー１２（バイブレータ、ガルバノミ
ラー等）によつて被検査物１０のｘ方向を走査す
る。このとき、走査するレーザー光１は、被検査
物１０の表面に対し斜めに（例えば入射角70゜〜
80゜で）入射するようにする。従つて、レーザー
光１の被検査物１０上のほぼ一次元の照射部分１
３〜１５でのスポツトの形状は図中、ほぼｙ方向
に延びた楕円状になる。また、スキヤナー１２に
よつて走査されるレーザー光１の走査位置は、光
電素子２２，２３によつて検出される。一方、被
検査物１０は載置台４９に載置されてモータ等の
移動５０によつてレーザー光１の走査方向と、ほ
ぼ直交する方向２４に移動可能であり、照射部を
ｙ方向に走査する。この載置台４９には適当な移
動量測定手段、例えば、リニアエンコーダ５１が
設けられていて、その測定値に基づいて、レーザ
ー光１の、被検査物１０上のｙ方向の照射位置が
計測可能である。

光電素子１９，２０，２１は、それぞれ異なる
空間方向から、レーザー光１による照射部１３〜
１５からの散乱光を受光するように配置されてい
る。この光電素子１９，２０，２１の各受光面に
は、集光レンズ１６，１７，１８によつて、散乱
光が集光される。さらに、それぞれの集光レンズ
１６，１７，１８の光軸は、被検査物１０の表
面、すなわち、ｘ−ｙ平面に対して、斜めになる
ように配置されている。これは、ｘ−ｙ平面に対
する光軸の角を受光角とすると、この受光角を小
さくして、被検査物１０のパターン面自身の乱反
射、等の影響を受けにくいようにするためであ
る。尚、この実施例では、光電素子１９，２０，
２１はレーザー光１の走査のほぼ中心部１４から
等距離に配置されている。また第２図からも明ら
かなように、ｘ−ｙ平面内でみたとき、３つの集
光レンズ１６，１７，１８の夫々は、ほぼ一次元
の照射部分１３〜１５を互いに異なる角度方向か
ら見込むとともに、レーザー光１の被検査物１０
の表面での正反射方向を避けた位置に配置されて
いる。

次に、この装置で、被検査物１０上に存在する
異物を検出する動作について説明する。レーザー
光１をスキヤナー１２で走査しつつ、被検査物１
０をｘ−ｙ平面上、ｙ方向に移動する。この動作
中、レーザー光１がパターンのエツジを照射した
場合、前述のように散乱光は強い指向性を伴う。
そこで、異なる方向から散乱光を検出可能な光電
素子１９，２０，２１のうち、特定の光電素子だ
けが、エツジからの散乱光を受光する。従つて、
各光電素子の配置は、パターンのエツジからの散
乱光を同時に受光しないように定められる。ま
た、レーザー光１が走査中に異物を照射した場
合、異物による散乱光は、あらゆる方向、すなわ
ちほとんど無指向に生じる。従つて、この場合
は、光電素子１９，２０，２１全てが、異物から
の散乱光を受光する。さらに、パターンのエツジ
付近に異物が存在した場合、エツジからの散乱光
は特定の光電素子に受光され、かつ異物からの散
乱光は、全ての光電素子に受光される。この際、
各光電素子の光電出力信号は、レーザー光１のエ
ツジに対する（又は表面に対する）入射角及び異
物の大きさ等によつて、それぞれ異なる値にな
る。

そこで、各光電素子１９，２０，２１の光電出
力信号をそれぞれ適宜、増幅器で増幅した後、そ
の出力信号と所定の基準信号を比較器で比較し、
レーザー光１の照射部から光電素子の方向へ散乱
光が生じたか否かを検出する。このことについ
て、第３図により説明する。

光電素子１９，２０，２１の光電信号は、それ
ぞれ増幅器３０，３１，３２によつて増幅され
る。増幅器３０，３１，３２の各出力信号はそれ
ぞれ差動増幅器３４，３５，３６によつて、基準
信号３３との差を取られる。

論理回路３７は、各差動の出力（２値化された
デジタル信号又は差に比例したアナログ信号）か
ら所定の論理演算、例えば論理積（AND）演算
を行なう。そこで上述のように、各光電素子が全
て十分な光電信号を出力した時、論理回路３７は
所定の検出信号を出力する。すなわち、被検査物
１０上の異物にレーザー光１が照射された時だけ
検出信号を出力する。

この検出信号、移動量測定手段５１による測定
値、及び光電素子２２，２３によるレーザー光１
の走査位値に基づいて、被検査物１０上の異物の
位置が求められる。

尚、光電素子２２，２３の光電信号は、走査さ
れたレーザー光１が各素子を横切つたとき、最も
大きくなる。そこで、例えば、計数手段４３によ
つて素子２２の光電信号が極大になつた時に、ス
タート信号４２を発生して所定の基準パルスの計
数を開始し、素子２３の光電信号が極大になつた
時にストツプ信号４４を発生してその計数を停止
するようにする。そして、この期間に計数された
パルス数を、適当な演算手段により演算して、レ
ーザー光１によるスポツトの被検査物１０上の位
置（ｘ−ｙ平面上でｘ方向の位置）を定める。ま
た、３つの光電素子１９，２０，２１の各光電信
号は、被検査物１０上の異物の位置によつては、
それぞれ大きさが異なつてくる。例えば、第２図
において、異物が照射部１３付近に存在すると、
光電素子１９の光電信号が最も大きく、次に光電
素子２０の光電信号、そして、光電素子２１の光
電信号が一番小さくなる。そこで、各光電信号に
基づいて、異物の位置を定める際に、異物の位置
に応じた各信号の大小を補正するようにする。

このために、各増幅器３０，３１，３２の後に
増幅度変換器３８，３９，４０を設けておく。こ
の変換器３８，３９，４０は、例えば複数の抵抗
とスイツチ等を組み込んだもので、スイツチの切
換で抵抗値が変わる。制御器４１は、前述のスタ
ート信号４２の入力時点から変換器３８，３９，
４０へ時系列的なシーケンシヤル信号４５を出力
する。このシーケンシヤル信号４５は例えば、レ
ーザー光１の１回の走査期間を等分割した時点で
１パルスを発生するような信号である。変換器３
８，３９，４０は、シーケンシヤル信号４５の入
力により、同時に、時系列的な抵抗値変化を行な
う。これにより、増幅度変換器３８，３９，４０
の増幅度が変化する。尚、この時変換器３８，３
９，４０の抵抗値変化は、レーザー光１の照射部
の走査位置に対する光電素子１９，２０，２１の
配置に応じて決定され、結果的に３つの増幅器３
０，３１，３２の時間に対する増幅度の変化は同
一ではない。

このようにして、所定の補正を受けた異物から
の信号によつて、統計的に、異物の位置にかかわ
らず、大きさのみに依存した信号が得られる。す
なわち、補正された信号値（変換器３８，３９，
４０の出力信号など）に基づいて、あらかじめ統
計的に求めておいた異物の大きさに関するデータ
と照合するようにすればよい。

以上のように、３つの光電素子１９，２０，２
１の各光電信号から異物検出と同時に異物のおお
よその大きさを求めることもできる。

また、板状の被検査物１０の裏面を同時に検査
するには、ビームスプリツター等を用いて、レー
ザー光１を分割し、裏面に斜入射させればよい。
この際、裏面の異物からの散乱光を検出するた
め、さらに複数の光電素子が表面のそれらと同様
に配置される。

尚、実施例では、光電素子を３つ配置したが、
パターンのエツジによる散乱光の指向性を考慮す
れば、簡単には、２つの光電素子を配置するだけ
でもよい。

以上のように、本発明によれば、被検査物上の
欠陥を検査するにあたり、簡単な光学系で、欠陥
に対する単位面積あたりのレーザーパワー密度を
減らすことなく、パターン面に照射されるスポツ
トの大きさを大きくできるので、走査回数が減
り、検査時間が短縮される。さらに、レーザー光
の照射部上方に、適宜観察手段（例えば光学顕微
鏡）を配置して、欠陥を目視観察することもでき
る利点を有する。

また、パターンのエツジや異物からの散乱光を
受光する受光用集光光学系と光電検出手段の複数
の対は、スポツト光の走査の間、パターンエツジ
から強い指向性を伴つて発生した散乱光は同時に
受けないように、互いに異なる空間方向からスポ
ツト光の照射部を見込むように配置したので、パ
ターンのエツジからの散乱光の影響を受けずに、
光電信号のＳ／Ｎ比（表面上の異物からの散乱光
と、その他の所からの散乱光の比に依存する。）
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パターンのエツジに光ビームを照射
したときに生じる散乱光の様子を示した原理図、
第２図は、本発明の実施例による異物検査装置を
示す斜視図、第３図は、本発明の実施例による異
物検査装置における信号処理系を示すブロツク図
である。主要部分の符号の説明、１……光ビーム、２…
…パターン、１０……被検査物、１２……スキヤ
ナー、１９，２０，２１……受光装置、３７……
論理回路、３８，３９，４０……増幅度変換器。

Claims

【特許請求の範囲】１幾何学的な平面形状のパターンを有する被検
査物を光ビームで走査し、該被検査物から生じる
散乱光を光電検出することによつて、前記被検査
物の表面の欠陥を検査する装置において、前記光ビームを前記被検査物上で集光して絞つ
たスポツト光に形成するとともに、該光ビーム
を、前記被検査物の表面と成す角度を0゜以外で
90゜未満の鋭角にして照射する照射用集光光学系
と；前記光ビームのスポツト光を、該光ビームの照
射状態を保つて前記被検査物上でほぼ一次元に走
査するビーム走査手段と；前記スポツト光のほぼ一次元の走査による照射
部分を、互いに異なる複数の空間方向から見込む
位置に配置するとともに、前記照射部分から生じ
た散乱光を集光する複数の受光用集光光学系と；該複数の受光用集光光学系の夫々で集光された
散乱光を受光する複数の光電検出手段と；該複数の光電検出手段の各光電信号の大きさに
基づいて前記欠陥を検出する検出回路とを備え、前記複数の受光用集光光学系の夫々が前記パタ
ーンからの散乱光を同時に受けないように前記空
間方向を定めたことを特徴とする欠陥検査装置。２複数の受光用集光光学系の各光軸は被検査物
の表面に対して斜めに設定されるとともに、前記
被検査物の表面と平行な面内でみたとき、前記複
数の受光用集光光学系はスポツト光によるほぼ一
次元の照射部分を互いに異なる角度方向から見込
む空間位置に配置したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の装置。３複数の光電検出手段の夫々は、スポツト光に
よるほぼ一次元の照射部分の中心部からほぼ等距
離に配置されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項記載の装置。４ビーム走査手段は、スポツト光のほぼ一次元
の走査位置に対応した信号を出力する手段を有
し、該信号と複数の光電検出手段からの各光電信
号とに基づいて、前記ほぼ一次元の照射部分内で
の欠陥の位置を特定することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の装置。５検出回路は、スポツト光のほぼ一次元の走査
位置に対応した信号に基づいて、複数の光電検出
手段からの各光電信号の大きさを走査位置に応じ
て個別に補正する補正回路と、該補正された各光
電信号に基づいてパターンからの散乱光と欠陥か
らの散乱光とを判別する演算回路とを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。