JPH06273344A

JPH06273344A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法

Info

Publication number: JPH06273344A
Application number: JP5065077A
Authority: JP
Inventors: Fumitomo Hayano; 史倫早野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】検出感度を複数設定することにより広範囲に
亘るサイズの異物を弁別することのできる欠陥検査装置
および方法を提供することを目的とする。【構成】被検査面上の欠陥を光学的に検査する本発明
の欠陥検査装置は、被検査面上を光ビームで走査するた
めの光ビーム走査手段と、下限値としての検出しきい値
と上限値としての飽和レベルとに基づいて規定される第
１の検出能力範囲をもって被検査面からの反射光を検出
するための第１の検出手段と、前記第１の検出能力範囲
と実質的に連続する第２の検出能力範囲をもって被検査
面からの反射光を検出するための第２の検出手段とを備
え、選択した所要の検出能力で光電信号を処理すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は欠陥検査装置および欠陥
検査方法に関し、特に半導体露光工程に用いられるレチ
クルやマスク（以下、「レチクル」という）、レチクル
に装着されるペリクル、ＬＳＩ用フォトマスクおよびウ
ェハ等の表面上に付着した異物等の欠陥を検査する装置
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光工程において、レチクル等に
塵埃等の異物が付着することがあり、これらの付着した
異物がウェハ上に転写され、製造されるウェハの欠陥の
原因となることがある。このため、回路パターンを有す
る被検査物の表面に付着した異物を光学的に検査する装
置が提案されている（例えば、特公昭第６３−６４７３
８号公報等）。

【０００３】前記提案された従来の装置では、被検査物
の表面に光ビームを斜めに入射し、表面と光ビームとを
相対的に移動することによって、被検査物の表面上を光
ビームで二次元的に走査可能となる。被検査面からの反
射光を複数の光電手段（フォトマル等）によって受光
し、光電手段からの各光電信号に基づいて、欠陥の有無
および大きさを検査していた。さらに詳細には、パター
ンからの反射光は指向性が強い回折光であるのに対し、
異物からの反射光は指向性の弱い散乱光であることに着
目し、すべての光電信号が所定の大きさ以上のときには
異物が存在すると判定し、その異物の大きさを光電信号
の大きさに基づいて求めていた。

【０００４】さらに近年、特にレチクル上の回路パター
ンのサイズが微細化されている。この微細化傾向に伴
い、より厳密な異物管理が要求されるようになってきて
いる。すなわち、検出した異物の散乱信号（光電信号）
に基づいて異物のサイズをできるだけ厳密に検出し、ウ
ェハに露光転写した場合、転写する可能性のないサイズ
か転写する可能性のあるサイズかあるいは確実に転写す
るサイズかに基づいて異物のサイズ分けを行って異物管
理をする必要がある。

【０００５】たとえば、現在量産レベルにある半導体デ
バイスでは、直径が０．５μｍ未満のサイズの異物はウ
ェハに転写する可能性はなく、直径が０．５μｍ乃至
１．０μｍのサイズの異物はウェハに転写する可能性が
あり、直径が１．０μｍを超えるサイズの異物はウェハ
に確実に転写するという判定基準を設けている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の欠
陥検査装置では、たとえばポリスチレン真球ビーズ等の
基準粒子を用いた検出感度の校正を行い、保証する検出
感度を直径０．８μｍ程度に設定している。しかしなが
ら、直径が１．０μｍ未満のいわゆるサブミクロンのサ
イズの異物に関しては、異物から発生する散乱光量Ｑと
異物のサイズ（直径）Ｄとには次の関係があることを本
願の発明者は知得している。

【０００７】Ｑ ∝ Ｄ⁴ したがって、直径０．８μｍのポリスチレン真球ビーズ
で検出感度を校正した従来の欠陥検査装置において、直
径０．８μｍのポリスチレン真球ビーズの散乱光量Ｑ₀
を１とすると、直径０．５μｍの真球ビーズの散乱光量
Ｑ₁および直径１．０μｍの真球ビーズの散乱光量Ｑ₂
は次式で与えられる。

【０００８】Ｑ₁＝（０．５／０．８）⁴＝０．１５Ｑ₂＝（１．０／０．８）⁴＝２．４０このように、直径０．５μｍの真球ビーズの散乱光量Ｑ
₁と直径０．５μｍの真球ビーズの散乱光量Ｑ₂とは
（２．４／０．１５）＝１６倍も異なる。換言すれば、
直径０．５μｍの異物と直径１．０μｍの異物とでは光
電信号の大きさが１６倍も異なる。光電信号の下限と上
限（最大値と最小値）との差が１６倍にも及ぶ広範囲に
亘って光電信号の大きさを判別し、ひいては異物の大き
さを判別することは通常の電気回路処理の都合上不可能
であった。

【０００９】前述のように、従来の欠陥検査装置では、
直径０．５μｍ乃至１．０μｍの広範囲に亘る異物のサ
イズを判別することができないという不都合があった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、検
出感度（検出能力の範囲）を複数設定することにより広
範囲に亘るサイズの異物を判別することのできる欠陥検
査装置および方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、被検査面上の欠陥を光学的に検
査する欠陥検査装置において、被検査面上を光ビームで
走査するための光ビーム走査手段と、下限値としての検
出しきい値と上限値としての飽和レベルとに基づいて規
定される第１の検出能力範囲をもって被検査面からの反
射光を検出するための第１の検出手段と、前記第１の検
出能力範囲と実質的に連続する第２の検出能力範囲をも
って被検査面からの反射光を検出するための第２の検出
手段とを備え、選択した所要の検出能力で光電信号を処
理することを特徴とする装置を提供する。

【００１１】また、本発明においては、被検査面上の欠
陥を光学的に検査する欠陥検査方法において、被検査面
上を光ビームで走査し、被検査面からの反射光を光電検
出し、下限値としての検出しきい値と上限値としての飽
和レベルとに基づいてそれぞれ規定される複数の実質的
に連続した検出能力範囲から選択した所要の検出能力で
光電信号を処理することを特徴とする方法を提供する。
好ましい態様によれば、前記隣接する検出能力範囲はわ
ずかに重複しており、複数の位置において受光した反射
光の各光電信号に基づいて欠陥の有無を判定し、光電信
号の大きさに基づいて欠陥の大きさを検知する。

【００１２】

【作用】欠陥検査装置において、判別することのできる
信号範囲すなわち検出感度は、検出しきい値と飽和レベ
ルとに基づいて規定される。検出しきい値は、電気回路
のノイズに基づいてあるいは回路パターンからの回折光
から誤って回路パターンを異物と判定しないレベルによ
って決定される。一方、飽和レベルは、電気回路（たと
えばオペアンプはＡ／Ｄコンバータ等の素子を含む）に
おいて、入力信号に対し出力信号が線形関係を保持する
ことのできるレベルとして決定される。したがって、検
出しきい値を下限とし飽和レベルを上限として、この下
限および上限に基づいて信号をレベルによって識別する
ことのできる範囲、換言すれば検出能力の範囲すなわち
検出感度が規定される。

【００１３】本発明においては、複数の検出感度たとえ
ば２つの検出感度を設定する。そして、この２つの検出
感度、すなわち高感度モードにおける検出能力範囲と低
感度モードにおける検出能力範囲が実質的に連続するよ
うに設定する。こうして、前述したように大きさの下限
と上限の差が１６倍にも及ぶような散乱信号の範囲を２
つの感度モードで全体的にカバーし、所要の感度モード
において確実に精度良く広範囲に亘る異物サイズを判別
することができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例にかかる欠陥検査装置の
構成を模式的に説明する斜視図である。図示の装置にお
いて、レチクル１００がステージ１０１に載置されてい
る。被検査物であるレチクル１００の被検査面は、図中
ＸＹ平面に平行に広がっているものとする。ステージ１
０１は駆動部１０２により図中Ｙ方向に往復移動可能で
あり、その移動量はたとえばリニアエンコーダのような
測長器１０３により計測可能なように構成されている。
一方、たとえばレーザ光源等の光源２００から射出され
た光ビーム１０４は、ガルバノスキャナまたはポリゴン
ミラー等のスキャナ１０５により図中Ｘ方向に偏向走査
され、たとえばｆθレンズのような走査レンズ１０６に
よりレチクル１００上に収束した光ビームとなって、Ｘ
方向にほぼ平行な走査線１０７を形成する。

【００１５】このように、Ｘ方向の光ビーム走査と駆動
部１０２によるレチクル１００のＹ方向移動とにより、
被検査面であるレチクル１００の全面に亘り二次元的な
光ビームの走査が可能になっている。ちなみに、レチク
ル１００のＹ方向移動速度は、光ビーム１０４のＸ方向
走査速度に比して極めて小さく設定されている。

【００１６】図示のように、レチクル１００の表面上に
異物１０８等の欠陥が存在する場合、光ビーム１０９の
照射を受けた異物１０８から散乱光１１０が発生する。
散乱光１１０は、異なる方向から走査線１０７を見込む
ように３箇所に適宜配置された受光レンズ１１１、１１
２および１１３を介して、各受光レンズの後方に配設さ
れたたとえばフォトマルチプライヤー（以下、「フォト
マル」と略称する）のような光電検出器１１４、１１５
および１１６によって光電検出される。一方、レチクル
１００の表面上にはウェハに転写するための回路パター
ン１１７が形成されており、光ビーム１０９の照射を受
けた回路パターン１１７から回折光１１８が発生する。

【００１７】上述の異物１０８からの散乱光１１０は指
向性が弱くほぼ等方的に散乱するのに対し、回路パター
ン１１７からの回折光１１８は散乱指向性が極めて高
い。したがって、多方向に適宜配置された３つの光電検
出器１１４、１１５および１１６のうちすべての光電検
出器において、所定レベル以上の光量が受光された場合
は検出すべきサイズの異物が存在すると判定する。ま
た、３つの光電検出器１１４、１１５および１１６のう
ちいずれか１つの検出器において、所定レベルに達しな
い光量しか受光されない場合は、検出すべきサイズに満
たないサイズの異物が存在するか回路パターンが存在す
るかあるいはいずれも存在しないものと判定する。

【００１８】図２は、図１の欠陥検査装置の検出回路の
構成を示すブロック図である。図２を参照して受光信号
の処理を説明する。光電検出器１１４、１１５および１
１６は受光した光量にほぼ比例した電気信号１２０、１
２１および１２２をそれぞれ出力する。電気信号１２
０、１２１および１２２はそれぞれプリアンプ１２３、
１２４および１２５で増幅された後、ＶＣＡ１２６、１
２７および１２８に入力される。ＶＣＡは、Voltage Co
ntrolAmplifier の略であり、入力電圧１２９に応じて
増幅率を変えることのできる回路である。スキャナ１０
５も入力電圧１３０に応じて振れ角が可変に構成されて
いる。このように、スキャナ制御器１３１の出力する電
圧１２９および１３０に基づいて、スキャナ１０５の制
御とともに、ＶＣＡ１２６、１２７および１２８の増幅
度の制御が可能である。

【００１９】一般に、光電検出器１１４、１１５および
１１６が対応する受光レンズ１１１、１１２および１１
３を介して得る光学情報（光量）は、光ビームの照射位
置に依存する。すなわち、異物のサイズが同じであって
も、各光電検出器が得る光量は異物の位置に依存して異
なる。たとえば、光ビーム１０９が走査線１０７の上の
一端１０７Ａを照射しているときと他端１０７Ｂを照射
しているときとでは、各受光レンズ１１１、１１２およ
び１１３から光ビーム１０９の照射位置までの距離が各
々変化する。このため、上記２つの照射位置では、各受
光レンズで受光することのできる立体角が変わり、受光
可能な光量も自ずと変わる。また、各受光レンズと光ビ
ーム１０９とのなす角度も変化する。したがって、走査
線１０７上に全く同じ散乱物体、たとえば粒径の等しい
ポリスチレン真球ビーズが並んでいる場合でも、Ｘ方向
の位置に応じて光電出力１２０、１２１および１２２は
変化する。この変化量を補正し、Ｘ方向の位置に依存す
ることなくつねに一定の出力信号になるように、スキャ
ナ制御器１３１から出力されるＸ方向の位置に応じた電
圧１２９によって各ＶＣＡ１２６、１２７および１２８
の増幅度を適宜変化させている。換言すれば、異物の位
置にかかわらず異物の大きさのみに依存した信号が各Ｖ
ＣＡを介して得られようになっている。

【００２０】次いで、ＶＣＡ１２６、１２７および１２
８の出力信号１３２、１３３および１３４は、スイッチ
機構１３５を介して、それぞれ第１組の増幅器１３６、
１３７および１３８あるいはそれぞれ第２組の増幅器１
３９、１４０および１４１に入力される。ここで、第１
組の増幅器１３６、１３７および１３８の増幅度は一定
で、検出すべき最小の異物を検出可能なように比較的高
く設定され、第２組の増幅器１３９、１４０および１４
１の増幅度も一定で、第１組の増幅器１３６、１３７お
よび１３８の増幅度よりも低く設定されている。詳細を
後述するように、第１組の増幅器１３６、１３７および
１３８に接続することにより高感度モードを、第２組の
増幅器１３９、１４０および１４１に接続することによ
り低感度モードを選択することができる。初期状態で
は、通常高感度モードが選択されている。

【００２１】高感度モードが選択されている場合、第１
組の増幅器１３６、１３７および１３８の出力信号１４
２、１４３および１４４は、それぞれ第１組の比較器１
４５、１４６および１４７に入力され、それぞれ基準電
圧発生部１４８により出力される基準電圧１４９と比較
される。各比較器において、入力信号が基準電圧１４９
以上である場合にはディジタル信号“１”を、入力信号
が基準電圧１４９に満たない場合にはディジタル信号
“０”を出力する。第１組の比較器１４５、１４６およ
び１４７のディジタル出力信号１５０、１５１および１
５２は、ＡＮＤ回路１５３に入力されて論理積がとられ
る。すなわち、すべてのディジタル出力信号１５０、１
５１および１５２が“１”の場合のみＡＮＤ回路１５３
の出力信号１５４が“１”となり、その他の場合は出力
信号１５４は“０”となる。

【００２２】すでに上述したように、パターン１１７の
回折光１１８を受光しても光電検出器１１４、１１５お
よび１１６のうち少なくともいずれか１つは受光光量が
小さく、比較器１４５、１４６および１４７のいずれか
１つはディジタル信号“０”を出力するように基準電圧
１４９の大きさが設定されている。したがって、ＡＮＤ
回路１５３の出力信号１５４が“１”となった場合、検
出すべきサイズの異物が検出されたことを示している。
ＡＮＤ回路１５３の出力信号１５４が“０”となった場
合には、検出すべきサイズに満たない異物あるいは回路
パターンが検出されていることを示している。

【００２３】一方、低感度モードが選択されている場
合、第２組の増幅器１３９、１４０および１４１の出力
信号１５５、１５６および１５７は、それぞれ第２組の
比較器１５８、１５９および１６０に入力され、それぞ
れ基準電圧発生部１６１により出力される基準電圧１６
２と比較される。各比較器において、入力信号が基準電
圧１６２以上である場合にはディジタル信号“１”を、
入力信号が基準電圧１６２に満たない場合にはディジタ
ル信号“０”を出力する。第２組の比較器１５８、１５
９および１６０のディジタル出力信号１６３、１６４お
よび１６５は、ＡＮＤ回路１６６に入力されて論理積が
とられる。すなわち、すべてのディジタル出力信号１６
３、１６４および１６５が“１”の場合のみＡＮＤ回路
１６６の出力信号１６７が“１”となり、その他の場合
は出力信号１６７は“０”となる。

【００２４】ＡＮＤ回路１６６の出力信号１６７が
“１”となった場合、検出すべきサイズの異物が検出さ
れたことを示し、ＡＮＤ回路１６６の出力信号１６７が
“０”となった場合には、検出すべきサイズに満たない
異物あるいは回路パターンが検出されていることを示し
ている点は、高感度モードの場合と同様である。

【００２５】さらに高感度モードが選択されている場
合、第１組の増幅器１３６、１３７および１３８の出力
信号１４２、１４３および１４４は第１の演算部１６８
に入力される。第１の演算部１６８は３つの検出信号１
４２、１４３および１４４の平均化処理を実行し、検出
信号１６９を出力する。一方、低感度モードが選択され
ている場合、第２組の増幅器１３９、１４０および１４
１の出力信号１５５、１５６および１５７は第２の演算
部１７０に入力される。第２の演算部１７０は３つの検
出信号１５５、１５６および１５７の平均化処理を実行
し、検出信号１７１を出力する。

【００２６】すでに上述したように、上記検出信号１６
９および１７１の大きさと検出された異物のサイズとの
間には相関関係があり、この相関関係を利用して異物の
サイズを判別し管理することが可能になる。

【００２７】図３は、検出された異物の大きさと検出信
号との関係を示す図である。図において、横軸は異物を
モデル化した基準粒子であるポリスチレン真球ビーズの
直径φを表し、縦軸は各基準粒子の検出信号Ｓ（前述の
検出信号１６９、１７１に相当する）の大きさをそれぞ
れ対数目盛りで示している。このように、異物の直径φ
と検出信号Ｓの大きさの対数との間には線形関係が成立
する。

【００２８】図中、Ｌ１は高感度モードの検出しきい値
であり本実施例では対応する異物の直径が０．４７μｍ
になるように設定され、Ｕ１は高感度モードの飽和レベ
ル（第１組の増幅器１３６、１３７および１３８の増幅
度による図２の回路の飽和レベル）で対応する異物の直
径が０．６８μｍになるように設定されている。また、
Ｌ２は低感度モードの検出しきい値であり高感度モード
の飽和レベル（第２組の増幅器１３９、１４０および１
４１の増幅度による図２の回路の飽和レベル）とほぼ同
じ大きさになるように設定され、Ｕ２は低感度モードの
飽和レベルで対応する異物の直径が１．２μｍになるよ
うに設定されている。なお、第２組の増幅器１３９、１
４０および１４１の増幅度は、直径０．６８μｍの異物
の検出信号Ｓの大きさが飽和レベルＵ１とほぼ等しくな
るように定められている。

【００２９】一般に、各感度モードの検出能力範囲すな
わち検出感度は、下限としての検出しきい値と上限とし
ての飽和レベルとに基づいて規定される。したがって、
本実施例では、高感度モードの検出感度は、０．４７μ
ｍ乃至０．６８μｍであり、低感度モードの検出感度は
０．６８μｍ乃至１．２μｍである。このように、２つ
の感度モードの検出能力範囲すなわち検出感度は連続し
ており、全体として０．４７μｍ乃至１．２μｍのサイ
ズの異物を検出することができるように構成されてい
る。

【００３０】すでに前述したように、直径０．５μｍ未
満のサイズの異物は転写される可能性がなく、直径０．
５μｍ乃至１．０μｍのサイズの異物は転写される可能
性があり、直径１．０μｍを超えるサイズの異物は確実
に転写されるという規準に従って異物管理を行う場合、
得られた検出信号Ｓが次の３つのランクのいずれに対応
するかを判断すればとよいことになる。

【００３１】ＡランクＬ１≦Ｓ＜Ｓ１ＢランクＳ１≦Ｓ≦Ｓ２ＣランクＳ２＜Ｓ≦Ｕ２ここで、Ｓ１およびＳ２は、異物の直径０．５μｍおよ
び１．０μｍにそれぞれ対応する検出信号レベルであ
る。したがって、検出信号ＳがＣＲＴ等の表示手段を介
してＡランク表示された場合は異物のサイズが転写する
可能性のないことを、Ｂランク表示された場合は異物の
サイズが転写する可能性があることを、Ｃランク表示さ
れた場合は異物の大きさが確実に転写するサイズである
ことをそれぞれ示すことになる。

【００３２】本実施例における感度モードの切り換えと
異物サイズのランク分けについて次表にしたがって説明
する。

【００３３】

【表１】

【００３４】別表に示すように、まず高感度モードにお
いて検出信号ＳがＬ１≦Ｓ＜Ｓ１の範囲にある場合には
低感度モードに切り換える必要がなく、検出された異物
のサイズはＡランク、すなわち転写する可能性のないサ
イズと判定される。また、高感度モードにおいて検出信
号ＳがＳ１≦Ｓ＜Ｕ１の範囲にある場合には低感度モー
ドに切り換える必要がなく、検出された異物のサイズは
Ｂランク、すなわち転写する可能性のあるサイズと判定
される。

【００３５】一方、高感度モードにおいて検出信号Ｓが
飽和レベルに達しＳ＝Ｕ１の関係にある場合には、低感
度モードに切り換えない限り異物のサイズを判別するこ
とはできない。すなわち、高感度モードにおいて検出信
号Ｓが飽和レベルに達し且つ切り換えられた低感度モー
ドにおいて検出信号ＳがＬ２≦Ｓ≦Ｓ２の範囲にある場
合には、検出された異物のサイズはＢランク、すなわち
転写する可能性のあるサイズと判定される。また、高感
度モードにおいて検出信号Ｓが飽和レベルに達し且つ切
り換えられた低感度モードにおいて検出信号ＳがＳ２＜
Ｓの関係にある場合には、検出された異物のサイズはＣ
ランク、すなわち確実に転写するサイズと判定される。

【００３６】なお、本実施例では、２つの感度モードを
設定しているが、検出すべき異物のサイズ範囲に応じて
３つ以上の感度モードを設定してもよい。また、本実施
例では、隣接する感度モードの検出感度は実質的に連続
するように設定しているが、隣接する２つの検出感度が
わずかに重複するように構成してもよい。さらに、本実
施例では、レチクルの欠陥検査を例にとって本発明を説
明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、他の被検
査物たとえばフォトマスク、ウェハやフォトマスク上に
異物が付着するのを防止する薄膜（ペリクル）等の表面
上に付着した微小な塵埃等の異物の欠陥の検査にも本発
明を適用することができることは明らかである。

【００３７】

【効果】以上説明したごとく、本発明の欠陥検査装置お
よび方法では、実質的に連続する検出感度を有する複数
の感度モードを備えているので、所要の感度モードにお
いて確実に精度良く広範囲に亘る異物サイズを判別する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる欠陥検査装置の構成を
模式的に説明する斜視図である。

【図２】本発明の装置の検出回路の構成を示すブロック
図である。

【図３】検出された異物の大きさと検出信号との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１００レチクル１０４光ビーム１０５スキャナ１０７回路パターン１０８異物１１１受光レンズ１１４光電検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査面上の欠陥を光学的に検査する欠
陥検査装置において、被検査面上を光ビームで走査するための光ビーム走査手
段と、下限値としての検出しきい値と上限値としての飽
和レベルとに基づいて規定される第１の検出能力範囲を
もって被検査面からの反射光を検出するための第１の検
出手段と、前記第１の検出能力範囲と実質的に連続する
第２の検出能力範囲をもって被検査面からの反射光を検
出するための第２の検出手段とを備え、選択した所要の
検出能力で光電信号を処理することを特徴とする装置。
【請求項２】被検査面上の欠陥を光学的に検査する欠
陥検査方法において、被検査面上を光ビームで走査し、
被検査面からの反射光を光電検出し、下限値としての検
出しきい値と上限値としての飽和レベルとに基づいてそ
れぞれ規定される複数の実質的に連続した検出能力範囲
から選択した所要の検出能力で光電信号を処理すること
を特徴とする方法。
【請求項３】前記隣接する検出能力範囲はわずかに重
複していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】複数の位置において受光した反射光の各
光電信号に基づいて欠陥の有無を判定し、光電信号の大
きさに基づいて欠陥の大きさを検知することを特徴とす
る請求項２または３に記載の方法。