JPH10239038A

JPH10239038A - 表面状態検査装置

Info

Publication number: JPH10239038A
Application number: JP9057137A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 欣也加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上の位相的欠陥を含む種々の表面欠陥を
精度よく検出する。【解決手段】照明光学系と、被検体表面の表面状態に
応じて発生する回折光及び散乱光を取り込むことができ
る形状を有する投影スクリーン面６と、投影スクリーン
面上に投影された回折光及び散乱光のパターンを結像す
るための少なくとも１つの結像光学系７Ｒ・Ｌと、結像
したパターンを観察する撮像手段８Ｒ・Ｌと、投影スク
リーン面の外又は近傍に配置された少なくとも１つの受
光系と、撮像手段で得られた回折光および散乱光のパタ
ーン情報に応じて、受光系に対する被検体表面からの回
折光の回折する方向を変化させる可変手段４とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面などの
傷、欠陥、割れ等の位置、大きさを検出する表面状態の
検査光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表面状態検査装置は、例えば、特公平６
ー９５０７５号公報に開示されているように各種提案さ
れおり、従来知られているものとしては、例えば図４に
示すものがある。ここでは、光ビーム２１を被検基板２
２に照射し、被検基板２２の傷等により生じた回折光の
一部をスクリーン２３に投影している。そして、スクリ
ーン２３上の回折パターンをカメラなどで撮影し、得ら
れた画像より傷、汚れなどの欠陥を判定するものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、微細加工、微細
露光技術の進展に伴い、半導体用レチクルやウエハ等の
ような基板表面に形成されるパターンのピッチ（幅）が
非常に細くなってきている。このため、単に基板表面上
の傷、欠陥ばかりでなく、フォトレジスト層の不均一性
（塗布むら）やしみ（汚れ）等などの位相的な欠陥まで
検出する必要性が高くなってきている。このような位相
的な欠陥は、狭い範囲、すなわち一部の回折光を受光す
るだけでは、表面欠陥のない正常な表面からの回折パタ
ーンと区別し難く、正確に検出する事は出来ず問題であ
った。

【０００４】さらに、ＩＣなどの形状も従来は矩形等の
ものがほとんどであったが、最近では、６角形のような
多角形形状のものやさらに複雑な形状を有するパターン
が形成されてきている。ＩＣ等の形状が複雑になると、
そのエッジによる回折光も様々な方向へ生ずることとな
り、従来のように一部の回折光のみを観察していたので
は、傷等による表面欠陥に起因する散乱光であるか、Ｉ
Ｃパターンによる回折光なのかの判別をする事が極めて
困難であり、正確な検出は不可能であり問題であった。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、基板等の種々の表面欠陥を非接触で精度よく検
出することが出来る表面状態検査装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる表面状態
検査装置は、光源からの光ビームを被検体表面に照射す
るための照明光学系と、前記被検体表面の表面状態に応
じて発生する回折光及び散乱光を取り込むことができる
形状を有する投影スクリーン面と、前記投影スクリーン
面上に投影された前記回折光及び前記散乱光のパターン
を結像するための少なくとも１つの結像光学系と、前記
結像したパターンを観察する撮像手段と、前記投影スク
リーン面の外又は近傍に配置された少なくとも１つの受
光系と、前記撮像手段で得られた前記回折光および前記
散乱光のパターン情報に応じて、前記受光系に対する前
記被検体表面からの前記回折光の回折する方向を変化さ
せる可変手段とを備えることを特徴としている。

【０００７】本発明では、被検体表面である基板等に光
ビームを照射し、前記基板の表面状態に起因して生ずる
回折光及び散乱光を例えばドーム形状（半球状）の投影
スクリーンに投影し、前記スクリーン上の回折・散乱光
のパターン像を２次元ＣＣＤなどにより撮像、観察す
る。これにより、ほとんどの方向の回折光及び散乱光を
観察することが可能となる。そして、回折・散乱光のパ
ターン分布画像より、被検体表面の欠陥の種類、すなわ
ち傷、割れ等を検出する事が可能となる。

【０００８】更に、本発明では、前記ドーム形状の投影
スクリーン下部周囲に複数の受光系を備えており、パタ
ーン分布画像情報により回折光の分布がわかる。かかる
画像情報に基づいて受光系に不要な回折光が入射しない
ように、可変手段が被検体表面を傾斜させたり、回転さ
せるなどして、異物や欠陥の情報を有する散乱光のみを
受光することができ、正確な傷検出等が可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１に基づいて
説明する。図示していない光源からの光ビーム１は対物
レンズ２で集光され、被検基板３に照射される。被検基
板上にパターンが存在すると、パターンのピッチ（幅）
に応じて４１Ｒ・４１Ｌまたは５１Ｒ・５１Ｌで示す±
１次回折光、４２Ｒ・４２Ｌまたは５２Ｒ・５２Ｌで示
す±２次回折光が生じる。

【００１０】光線の入射角θｉと回折角θｄは、次式
（１）、

【００１１】

【数１】ｓｉｎθｄ − ｓｉｎθｉ＝ｍλ／ｐ（１）を満足している。ここで、ｐはパターンピッチを、λは
波長を、ｍ（整数）は回折の次数をそれぞれ示してい
る。

【００１２】垂直入射の場合は、式（１）においてθｉ
＝０とおくことができるので、ピッチｐが小さいほど回
折角θｄは大きくなることがわかる。従って、図１の場
合、破線で示す回折光４１Ｒを生ずるパターンピッチよ
りも、実線で示す回折光５１Ｒを生ずるパターンピッチ
のほうが小さい（細かい）こととなる。すなわち、ピッ
チが小さい方が回折角度が大きくなる。

【００１３】次に、実線で示す回折光５１Ｒ・５１Ｌ、
５２Ｒ・５２Ｌに着目して説明する。５２Ｒ・５２Ｌ
（±２次回折光）以外の回折光はドーム形状投影スクリ
ーン面６に投影される。スクリーン上に投影された回折
光パターンは結像レンズ７Ｒ・７Ｌを介してＣＣＤのよ
うな二次元受光素子８Ｒ・８Ｌ上に結像する。その結像
面はドーム形状投影スクリーン面６と共役となることが
望ましく、必要に応じて結像面を傾斜させる（あおり）
など工夫が必要である。

【００１４】また、結像レンズ７Ｒ・７Ｌはドーム状の
投影スクリーン内側全体を撮影する必要があるので、可
能な限り画角の広いレンズ、例えば超広角、魚眼レンズ
等が望ましい。このような構成では、二次元受光素子８
Ｒ・８Ｌには被検基板上の物体のフーリエパターン（空
間周波数情報）を投影することができる。

【００１５】一方、５２Ｒ・５２Ｌで示される±２次回
折光は投影スクリーン６の下部の空間及び受光レンズ９
Ｒ・９Ｌを通して、直接投影スクリーン６の外に設けら
れた光電検出器１０Ｒ・１０Ｌに到達する。異物、傷な
どの検出を行う場合には、傷、塗布むらに起因する散乱
光を受光する必要があるが、かかる散乱光の強度は、一
般に非常に弱く、逆にパターンピッチ、エッジに起因す
る回折光の強度はとても強いものである。したがって、
同じ受光面に強い強度の回折光と微弱な散乱光が入射す
ると、検出すべき散乱光のＳ／Ｎ比が悪化し良好な検出
を行うことが不可能となる。そこで、表面検査を行う場
合、これらパターンからの回折光は光電検出器１０Ｒ・
１０Ｌに直接入射しないようにしなければならない。

【００１６】二次元受光素子８Ｒ・８Ｌで観察した５１
Ｒ・５１Ｌで示す±１次回折光の投影スクリーン６上で
の位置と式（１）とを用いると被検基板３のパターンピ
ッチを算出する事ができる。これにより、±２次回折
光、±３次回折光等の位置を計算することができる。そ
して、散乱光検出系である光電検出器１０Ｒ・１０Ｌの
受光角が既知であるから、前記算出した±２次回折光等
の位置を考慮して、光電検出器１０Ｒ・１０Ｌで検出し
た信号が回折光か否かを判定することができる。

【００１７】光電検出器１０Ｒ・１０Ｌで得られた信号
が被検基板のパターンからの回折光であると判定された
場合は、上述のようにかかる回折光を避けて散乱光のみ
が光電検出器１０Ｒ・１０Ｌに入射するようにしなけれ
ばならない。以下、その手順について説明する。

【００１８】例えば、図２に示すように被検基板３を被
検基板傾斜機構４により角度αだけ傾斜させると、回折
光は±１次回折光６１Ｒ・６１Ｌまたは７１Ｒ・７１
Ｌ、−２次回折光６２Ｌ・７２Ｌのようになり、これら
回折光は光電検出器１０Ｒ・１０Ｌには直接入射しない
ようになる。そのため、被検基板の異物、傷などからの
散乱光のみをＳ／Ｎ高く検出することができる。

【００１９】傾斜させる角αは上記式（１）を利用して
以下のように決定することができる。図２の場合、入射
角、回折角はそれぞれ。θｉ＋α、θｄーαとなるの
で、（１）式は

【００２０】

【数２】ｓｉｎ（θｄ−α）−ｓｉｎ（θｉ＋α）＝ｍλ／ｐと書ける。上式の左辺を積の形にすると

【００２１】

【数３】２ｃｏｓ｛（θｄ＋θｉ）／２｝ｓｉｎ｛（θ
ｄ−θｉ）／２−α｝＝ｍλ／ｐとなり、さらに整理すると

【００２２】

【数４】ｓｉｎ｛θｄ−θｉ）／２−α｝＝ｍλ／［２ｐ・ｃｏｓ｛（θｄ＋θｉ）／２｝］（２）となる。よって式（２）より傾斜角αを求めることがで
きる。図３は以上の手順をフローチャートに示したもの
である。

【００２３】回折光が光電検出器１０Ｒ・１０Ｌに直接
入射することを避ける他の方法として図５に示すよう
に、被検基板３を散乱光検出系８１乃至８４に対して照
明光学系（対物レンズ）の光軸の回りに相対的に回転さ
せることもできる。かかる被検基板３の回転に伴って、
回折光および散乱光も投影スクリーンに対して回転する
ので、必要な散乱光のみ受光するように制御する事がで
きる。

【００２４】また、照射光学系の開口数Ｎ．Ａ．と回折
光の開口数Ｎ．Ａ．は等しくなる。このため、照射光学
系の開口数Ｎ．Ａ．に対して受光系の開口数Ｎ．Ａ．が
十分大きい場合は、図６に示すように受光系の絞り
（瞳）９１の一部の開口９２のみ光を透過するようにす
ると、破線に囲まれた部分の光束のみを受光することが
できる。したがって、開口９２の位置を調整することに
より回折光を避け、必要な散乱光のみを受光することが
可能である。

【００２５】また、本実施例では光ビームをドーム形状
の投影スクリーンの断面に対して垂直に入射させている
が、斜め入射の場合にも適用できることは明らかであ
る。

【００２６】さらに、被検基板３上にしみ（汚れ）のよ
うな位相物体的な異物があった場合には、０次光の回り
に雲のようなスペックルパターンが生ずるので、図２の
ように被検基板３を適量傾斜させれば、それを結像レン
ズ７Ｒ・７Ｌを介して二次元受光素子８Ｒ・８Ｌ上に結
像させることができる。したがって、０次光近傍の画像
情報によりしみ（汚れ）のような位相物体的な欠陥を検
出することもできる。

【００２７】加えて、回折パターンと欠陥の種類との関
係をあらかじめ対応付けておけば、観察された回折光・
散乱光の分布パターンから表面欠陥の種類を判別する事
が可能である。

【００２８】次に、被検基板全体を検査する場合の手順
を以下に述べる。まず、照明光ビームを狭い領域で１次
元走査しながら、被検基板をそれとは直角方向に移動さ
せ帯状の領域を検査する。次に基板をビーム走査と同じ
方向に走査長分だけ移動し、隣の帯状領域を検査する。
かかる動作を繰り返すことで、所望の２次元領域を検査
することができる。

【００２９】なお、ウエハのように周期的パターンから
成る基板の検査では、前述したように回折光が散乱光検
出系に到達しない条件で行わなければならず、事前の予
備検査によりパターンのブロック毎にそれらの条件を決
定する必要がある。

【００３０】本実施例では、ドーム形状（半球状）の投
影スクリーンを用いているが、かかる形状に限定される
ものではなく、楕円体の一部を切り取った形状、円錐形
状などでもよい。

【００３１】また、光電検出器（１０Ｒ、１０Ｌ）は、
投影スクリーン６の下部、即ち投影スクリーン６の近傍
に設けても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、広い範囲
における回折光及び散乱光の分布を知ることにより基板
上の欠陥の種類を判別することができる。また、欠陥、
異物からの散乱光のみを効率的に受光することができる
ので、高感度な表面欠陥の検出も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例において被検基板を傾斜させた
場合の構成を示す図である。

【図３】表面欠陥の検出手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】従来の表面検査装置の原理を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す部分斜視図である。

【図６】本発明の他の実施例における受光部分を示す図
である。

【符号の説明】

１、２１光ビーム２対物レンズ３、２２被検基板４被検基板傾斜機構４１Ｒ・Ｌ、４２Ｒ・Ｌ回折光５１Ｒ・Ｌ、５２Ｒ・Ｌ回折光６１Ｒ・Ｌ、６２Ｌ回折光７１Ｒ・Ｌ、７２Ｌ回折光６投影スクリーン７Ｒ、７Ｌ結像レンズ８Ｒ、８Ｌ二次元受光素子９Ｒ、９Ｌ受光レンズ１０Ｒ、１０Ｌ光電検出器２３スクリーン８１〜８４散乱光受光系９１絞り（瞳）９２開口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光ビームを被検体表面に照射
するための照明光学系と、前記被検体表面の表面状態に応じて発生する回折光及び
散乱光を取り込むことができる形状を有する投影スクリ
ーン面と、前記投影スクリーン面上に投影された前記回折光及び前
記散乱光のパターンを結像するための少なくとも１つの
結像光学系と、前記結像したパターンを観察する撮像手段と、前記投影スクリーン面の外又は近傍に配置された少なく
とも１つの受光系と、前記撮像手段で得られた前記回折光および前記散乱光の
パターン情報に応じて、前記受光系に対する前記被検体
表面からの前記回折光の回折する方向を変化させる可変
手段と、を備えることを特徴とする表面状態検査装置。
【請求項２】前記可変手段は、前記被検体表面を傾斜
させることを特徴とする請求項１記載の表面状態検査装
置。
【請求項３】前記可変手段は、前記被検体表面を前記
照明光学系の光軸の回りに回転させることを特徴とする
請求項１または２記載の表面状態検査装置。
【請求項４】前記受光系は、所定の散乱光のみ透過さ
せるための可動なフィルタリング部材を有していること
を特徴とする請求項１、２または３に記載の表面状態検
査装置。
【請求項５】前記投影スクリーン面は半球形状である
ことを特徴とする請求項１、２，３または４記載の表面
状態検査装置。