JP3314440B2 - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

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
等（以下レチクル等という）の回路パターン上に付着し
た異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置に係り、特に、
サブミクロンオーダーの微細な異物等の欠陥を、簡単な
構成でをウェハ上に転写する前に行なわれる前記レチク
ルおよびマスク上の異物等の欠陥を検出するレチクル検
査方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ或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はウェハ上に焼付転写する前に検
査されるが、該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おいても、該異物
により前記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】上記転写不良防止のため、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で
斜めから照射し、異物から発生する散乱光を検出する方
法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。ところが上記検査方法においては、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、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、偏光板お
よびレンズを用いた斜方結像光学系を特徴とする異物検
査装置（例えば、特開昭５４−１０１３９０）で、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。その２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、該レーザ光の照射点と集光点面がほぼ一致するよ
うに被検査試料の上方に設けられ、該レーザ光の散乱光
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、該第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、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が開示されている
（例えば、特開昭５９−６５４２８号公報および特開平
１−１１７０２４号公報および特開平１−１５３９４３
号公報）。この装置は、回路パターンが一般的に視界内
で同一方向か或いは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。

【０００５】その３は、回路パターンエッジ部で生じた
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
る構成のものである（例えば、特開昭５８−６２５４３
号公報）。

【０００６】その４は、回路パターンエッジからの回折
光は或る特定の方向にのみ集中して行くのに対して、異
物から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であ
る。（例えば、特開昭６０−１５４６３４号公報および
特開昭６０−１５４６３５号公報）。

【０００７】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
記載されている。

【０００８】また、１次元固体撮像素子の様なアレイ状
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。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。

【０００９】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６０−０３８８２
７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。

【００１０】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。

【００１１】

【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。前
記従来技術その１（例えば、特開昭５４−１０１３９０
号公報）においては、微小異物からの散乱光の偏光方向
と、回路パターンエッジ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課題
を有していた。

【００１２】つぎに前記従来技術その２（例えば、特開
昭５９−６５４２８号公報および特開平１−１１７０２
４号公報および特開平１−１５３９４３号公報）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特徴を有するが、前記回
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は小さく、前記空
間フィルタにより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りという課題を有し
ていた。

【００１３】また、前記従来技術その３（例えば、特開
昭５８−６２５４３号公報）および前記従来技術その４
（例えば、特開昭６０−１５４６３４号公報および特開
昭６０−１５４６３５号公報）における各装置において
は、その装置構成上、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な課題を有していた。

【００１４】また、前記従来技術その５（例えば特開昭
６１−１０４２４４号公報や特開昭−１０４２４２号公
報）における各装置においては、その構成上特殊な検出
器を特別に製作する必要や、特殊な光学系を構成する必
要が有り、実用上コストがかさむという課題を有してい
た。

【００１５】また、前記従来技術その６（例えば、特開
昭６０−０３８８２７）における装置では、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、難点を有していた。

【００１６】また、前記従来技術その７（例えば、特開
昭５６−１３２５４４）における装置では、大異物の１
点だけを代表とするため、特に長細い異物の形状を正確
に認識できないという課題を有していた。

【００１７】最近になり、クロム等の金属薄膜で形成さ
れたレチクル上の回路パターンの転写解像度の向上を目
的として、レチクル上の回路パターン間に位相シフト
膜、あるいは位相シフタと呼ばれる透明または半透明薄
膜（概ね露光光源の波長の１／２の奇数倍の膜厚を有す
る）を設けたレチクルが開発された。この膜は、透明ま
たは半透明だが、回路パターン（厚さ０．１μｍ程度）
の数倍の大きさの構造を有しているため、膜のエッジ部
分からの回折光は、従来の回路パターン、エッジ部から
の回折光と比べ、数倍から数十倍の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るという課題を有
していた。

【００１８】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、回路パターンを有する透明、または半透明の
基板、特に転写解像度の向上を図った位相シフト膜を有
するレチクル等の回路パターン上に付着したサブミクロ
ンオーダーの微細な異物等の欠陥を、簡単な構成で容易
に回路パターンから分離し、安定して検出ことができる
欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ホトマスクやレチクル等の回路パターン
を有する基板上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥
検査装置において、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの各
方向へ任意に移動可能なステージ部と、前記回路パター
ン面を前記回路パターン面の表面斜方から対向して照明
する概ね７８０ｎｍの波長を有する第１および第２の独
立した光源を有する照明系と、前記回路パターン面を前
記回路パターン面の裏面斜方から、基板を透過して、対
向して照明する概ね４８８ｎｍの波長を有する第３およ
び第４の独立した光源を有する照明系と、前記回路パタ
ーン面の表面側に位置し、該各照明系の照射による直接
反射光および直接透過光は集光せず、前記回路パターン
上の同一位置に発生する散乱光および回折光を集光して
照射方向別に波長分離し、分離後の各フーリエ変換面上
に設けた空間フィルタにより回路パターンの直線部分か
らの回折光を遮光し、照明された検査領域を検出器上に
結像するＮ．Ａ．が０．４以上の高開口数の結像光学系
と、前記各検出器の出力をしきい値を設定した２値化回
路の出力値により出力される信号により前記回路パター
ン上の欠陥データを演算表示する信号処理系とを備える
構成にしたものである。

【００２０】即ち、本発明は、遮光膜、あるいは光透過
膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板
上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置およ
びその方法において、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの
各方向へ任意に移動可能なステージおよびその駆動制御
系からなる検査ステージ部と、前記基板のパターン面に
反射照明および透過照明を行う照明系と、直接反射光お
よび直接透過光は集光せず、基板から発生する散乱光お
よび回折光を集光して、照明方向別に光線分離し、分離
後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタによりパ
ターンの直線部分からの回折光を遮光して、各々検出器
上に結像する検出光学系と、前記各検出器の出力に基づ
いて基板上の欠陥データを演算表示する信号処理系とを
備えることを特徴とする欠陥検査装置およびその方法で
ある。

【００２１】また、本発明は、遮光膜、あるいは光透過
膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板
上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置およ
びその方法において、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの
各方向へ任意に移動可能なステージおよびその駆動制御
系からなる検査ステージ部と、前記基板のパターン面を
その表面斜方から概ね波長７８０ｎｍの光で照明し、前
記基板のパターン面をその裏面斜方から基板を透過して
概ね波長４８８ｎｍの光で照明する照明系と、前記パタ
ーン面の表面側に位置し、直接反射光および直接透過光
は集光せず、該各照明系の照射により、前記基板から発
生する散乱光および回折光を集光して、照明方向別に波
長分離し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フ
ィルタによりパターンの直線部分からの回折光を遮光し
て、各々検出器上に結像する検出光学系と、前記各検出
器の出力に基づいて基板上の欠陥データを演算表示する
信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置お
よびその方法である。

【００２２】また、本発明は、遮光膜、あるいは光透過
膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板
上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に
移動可能なステージおよびその駆動制御系からなる検査
ステージ部と、前記基板のパターン面をその表面斜方か
ら概ね波長７８０ｎｍの光で照明する照明系と、前記パ
ターン面の表面側に位置し、該照明系の照射による直接
反射光は集光せず、基板から発生する散乱光および回折
光を集光して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタ
によりパターンの直線部分からの回折光を遮光して、検
出器上に結像する検出光学系と、前記基板のパターン面
を、その表面斜方から概ね波長４８８ｎｍの光で照明す
る照明系と、前記パターン面の裏面側に位置し、該照明
系の照射による直接透過光は集光せず、基板から発生す
る散乱光および回折光を集光して、フーリエ変換面上に
設けた空間フィルタによりパターンの直線部分からの回
折光を遮光して、検出器上に結像する検出光学系と、前
記各検出器の出力に基づいて基板上の欠陥データを演算
表示する信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検
査装置およびその方法である。

【００２３】また、本発明は、遮光膜、あるいは光透過
膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板
上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置およ
びその方法において、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの
各方向へ任意に移動可能なステージおよびその駆動制御
系からなる検査ステージ部と、検出したい欠陥の最小寸
法をｄとしたとき、前記基板のパターン面に概ね波長
１.６ｄの光で反射照明を行い、概ね波長１.０ｄの光で
透過照明を行う照明系と、直接反射光および直接透過光
は集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集
光して、照明方向別に光線分離し、分離後の各フーリエ
変換面上に設けた空間フィルタによりパターンの直線部
分からの回折光を遮光して、各々検出器上に結像する検
出光学系と、前記各検出器の出力に基づいて基板上の欠
陥データを演算表示する信号処理系とを備えることを特
徴とする欠陥検査装置およびその方法である。

【００２４】また、本発明は、遮光膜、あるいは光透過
膜で形成されたパターンを有する透明または半透明基板
上に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検査装置およ
びその方法において、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの
各方向へ任意に移動可能なステージおよびその駆動制御
系からなる検査ステージ部と、前記基板のパターン面を
その表面斜方から波長６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の
波長範囲のうち、単一または複数の波長で照明し、前記
基板の回路パターン面をその裏面斜方から基板を透過し
て波長４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲のう
ち、単一または複数の波長で照明する照明系と、前記パ
ターン面の表面側に位置し、該各照明系の照射による直
接反射光および直接透過光は集光せず、基板から発生す
る散乱光および回折光を集光して、照明方向別に波長分
離し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィル
タによりパターンの直線部分からの回折光を遮光して、
各々検出器上に結像する検出光学系と、前記各検出器の
出力に基づいて基板上の欠陥データを演算表示する信号
処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置および
その方法である。

【００２５】また、本発明は、遮光膜、あるいは光透過
膜で形成されたパターンを有する基板上に付着した異物
等の欠陥を検出する欠陥検査装置およびその方法におい
て、前記基板を載置してＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移
動可能なステージおよびその駆動制御系からなる検査ス
テージ部と、前記基板のパターン面をその表面斜方から
波長６００ｎｍ以上８００ｎｍの波長範囲のうち、単一
または複数の波長で照明する照明系と、前記パターン面
の表面側に位置し、該照明系の照射による直接反射光は
集光せず、基板から発生する散乱光および回折光を集光
して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタによりパ
ターンの直線部分からの回折光を遮光して、検出器上に
結像する検出光学系と、前記基板のパターン面を、その
表面斜方から波長４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長
範囲のうち、単一または複数の波長で照明する照明系
と、前記パターン面の裏面側に位置し、該照明系の照射
による直接透過光は集光せず、基板から発生する散乱光
および回折光を集光して、各フーリエ変換面上に設けた
空間フィルタによりパターンの直線部分からの回折光を
遮光して、検出器上に結像する検出光学系と、前記各検
出器の出力に基づいて基板上の欠陥データを演算表示す
る信号処理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置
およびその方法である。

【００２６】また、本発明は、透明または半透明基板上
の光透過部分に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検
査装置およびその方法において、前記基板を載置して移
動可能なステージおよびその駆動制御系からなる検査ス
テージ部と、前記基板に概ね波長４８８ｎｍの光で透過
照明を行う照明系と、直接透過光は集光せず、基板から
発生する散乱光および回折光を受光する検出器および検
出光学系と、前記検出器の出力に基づいて基板上の欠陥
データを演算表示する信号処理系とを備えることを特徴
とする欠陥検査装置およびその方法である。

【００２７】また、本発明は、透明または半透明基板上
の光透過部分に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検
査装置およびその方法において、前記基板を載置して移
動可能なステージおよびその駆動制御系からなる検査ス
テージ部と、検出したい欠陥の最小寸法をｄとしたと
き、前記基板に概ね波長１.０ｄの光で透過照明を行う
照明系と、直接透過光は集光せず、基板から発生する散
乱光および回折光を受光する検出器および検出光学系
と、前記検出器の出力に基づいて基板上の欠陥データを
演算表示する信号処理系とを備えることを特徴とする欠
陥検査装置およびその方法である。

【００２８】また、本発明は、透明または半透明基板上
の光透過部分に付着した異物等の欠陥を検出する欠陥検
査装置およびその方法において、前記基板を載置して移
動可能なステージおよびその駆動制御系からなる検査ス
テージ部と、前記基板に波長４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ
以下の波長範囲のうち、単一または複数の波長で透過照
明を行う照明系と、直接透過光は集光せず、基板から発
生する散乱光および回折光を受光する検出器および検出
光学系と、前記検出器の出力に基づいて基板上の欠陥デ
ータを演算表示する信号処理系とを備えることを特徴と
する欠陥検査装置およびその方法である。

【００２９】

【作用】Ｗｏｌｆ著、“光学の原理“ｐｐ９５０−９７
１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で
はなく、鋭い分布を持つ。本発明では、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。従来は、検出
光学系の開口数に関して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（Ｎ
Ａ）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。即ち、本発
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】光散乱の物理学の歴史は古く、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Ｇｕｓｔａｖ Ｍｉｅに
よって初めて解析された。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、照明光を散乱する。球状異物（粒子）から
の散乱光強度を図１１に示す。図１１は、Ｍｉｅ散乱の
理論値を、本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、異物の大き
さ：ｄ、および照明光の光源波長：λを用いた無次元数
πｄ／λである。ここでπｄ／λがおおむね４より小さ
な領域（λ＝５５０ｎｍの時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乗に比例（照明光源波長の４乗に反
比例）して、急激に減少する。πｄ／λがおおむね４よ
り大きな領域では、その散乱光は、回折の理論に従って
方向性を持って散乱する。その様子は、図１２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ＮＡを分布に
注意して決定する必要がある。

【００３１】図１３にレチクル６上の異物７０に対し、
レーザ照明２２２１を行った場合、折光の方向を示す。
回折光は、０次回折光２２２２、１次元回折光２２２
３、さらに角度θだけ離れて２次元回折光……と続く。
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。ここでθは、回折光
の式から ｄ₀・ｓｉｎθ＝λで求められている。（ｄ₀
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を異物径と仮定した。

【００３２】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。

【００３３】π・ｄ／λ＝４ ｄ／λ＝１.２７ λ／ｄ＝０.７９ ｓｉｎθ ＝ λ／ｄより θ ＝ｓｉｎ~¹ （０.７９） ＝５２°となる。

【００３４】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１次の回折光だけは検出
できることになり、異物は見逃しとはならない。

【００３５】図１４において、ＮＡ＝ｓｉｎ（θ／２） （ｎ：光路の屈折率、空気ではｎ≒１）で検出系対物レ
ンズ４１のＮＡは求められ、ＮＡ＝１・ｓｉｎ（５２°
／２）＝０.４４となる。

【００３６】よって、概ね０.４４より大きな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。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良くなる。逆にＮ
Ａ≧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。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、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ＮＡが実用上適切なＮＡとなる。

【００３７】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。

【００３８】「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。

【００３９】本発明は、この検出すべき異物を解像する
程度の開口数（ＮＡ(Numerical Aperture)）を有する検
出光学系を有する。

【００４０】具体的には以下の式（数１）により、算出
される。

【００４１】ｄ＝０.６（λ／ＮＡ） ……(数１） このＮＡに概ね近い値を有する光学系が望ましい。ここ
で、ｄは検出すべき異物の寸法、λは照明光の波長、Ｎ
Ａは開口数である。また検出系のＮＡを式（数１）を満
たすように設定できない場合、照明系のλを短くして式
（数１）を満たす必要がある。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、本発明では式（数１）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。ただし、式（数１）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、本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。

【００４２】その理由について、以下に説明する。図１
５には、横軸に異物径を縦軸に散乱断面積をとってあ
る。この散乱断面積は、異物から発生する散乱光に比例
し、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
われている理由である。）そして、その比率は、図１５
より面積比で約３倍〜６倍、従って直径では√３〜√６
倍となる。

【００４３】この場合、式（数１）は、 ｄ＝(０.６／(√３〜√６))・(λ／ＮＡ) ＝(０.２４〜０.３５)・(λ／ＮＡ) …(数１)’ となり、先の実験結果を説明できる。

【００４４】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程度とさ
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、ウェハ上０.５μｍ、これは、１６Ｍ
ＤＲＡＭ相等）の場合、０.６μｍ、レチクル上最小寸
法１.５μｍ（６４ＭＤＲＡＭ相等）の場合０.４μｍで
ある。従って、０.４μｍの異物を、先の検討から求め
られたＮＡ＝０.５の検出光学系で検出するためには、
(数１)’式を変形した λ＝ｄ・ＮＡ／(０.３５〜０.２４) …(２) より、λ＝８２５ｎｍ〜５７５ｎｍよりも波長の短い光
源が必要となる。

【００４５】次に、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を説明する。本発明は、レチクル等
の回路パターンが縦・横・斜めの３方向の直線および該
直線の交差部（以下、パターンコーナ部）で構成されて
いることに着目した。前記回路パターンが、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
本発明は、フーリエ変換像面上の特定位置へ直線状の遮
光板（空間フィルタと呼ばれる）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
だけを検出できる原理に基づいている。ところが、前記
回路パターン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う必要がある。

【００４６】最近、レチクル上の回路パターン（クロム
等の金属薄膜で形成される、以下、クロムパターン）の
転写解像度の向上を目的として、レチクルのクロムパタ
ーン間に位相シフト膜、あるいは位相シフタと呼ばれる
透明または半透明薄膜（概ね露光光源の波長の１／２の
奇数倍の膜厚を有する）のパターン（以下、位相シフタ
パターン）を設けた構造を持つレチクル（位相シフトレ
チクル：図３６）が開発された。この膜は、透明または
半透明で、クロムパターン（厚さ０．１μｍ程度）の数
倍の厚さを持つ。

【００４７】従来の検査装置では、パターン面の表側か
ら照明し、発生する散乱光をレチクルのパターン面の表
側に設置した検出光学系で集光する方式（表面照明方
式：図１６）をとっていたが、この方式を位相シフトレ
チクルの異物検査に適用した場合、位相シフタパターン
のエッジ部分から発生する散乱光が、従来のクロムパタ
ーンエッジ部からの回折光と比べ、数倍から数十倍大き
く検出され、異物の検出感度が著しく低下するという問
題が生じる。この問題の対策として、本発明では、位相
シフタパターンのエッジ部分が遮光膜であるクロムパタ
ーン上にあることに着目した。パターン面の裏側から照
明し、発生する散乱光をレチクルのパターン面の表側に
設置した検出光学系で集光する方式（裏面照明方式：図
１７）をとれば、レチクルのクロムパターン（遮光膜）
部分により照明光が遮られる。このため位相シフタパタ
ーンからの散乱光は発生せず、異物の検出感度は低下し
ない。

【００４８】裏面照明方式は、レチクルの透過部分（ガ
ラス部分）の異物しか検出できない。実用的には遮光部
分（クロム部分）上の異物も検出するために、表面照明
方式と、裏面照明方式の両方式を併用することが望まし
い。以下、各々の照明方式に関し、異物、およびパター
ン面から検出される散乱光の出力について、検討を行
う。

【００４９】光の散乱理論によれば、粒子からの散乱光
は、波長と粒子径の相対的な関係について相似となる。
粒子から発生する散乱光の分布とｄ／λ（ｄ：異物の大
きさλ：光源波長）の関係について図１８に示す。照明
する光の入射方向と同じ方向に散乱する光の成分を前方
散乱光、逆に散乱する光の成分は後方散乱光と呼ぶ。あ
る大きさの粒子を考えたとき、照明光源の波長が短いほ
ど、前方散乱光成分が増え、照明光源の波長が長いほ
ど、散乱光の分布は均一化し、後方散乱光成分の割合が
大きくなる。

【００５０】表面照明方式では、照明光の入射方向と検
出光学系の位置関係は図１９の１のようになり、粒子か
らの後方散乱光が検出される。また、裏面照明方式で
は、照明光の入射方向と検出光学系の位置関係は図１９
の２の様になり、粒子からの前方散乱光が検出される。
先に示した図１８より、異物から発生する前方散乱光
が、後方散乱光より小さくなることはない。異物の検出
出力を大きくするためには、この前方散乱光を検出する
ことが有効である。すなわち、位相シフタパターンの有
無と関係なく、レチクルの透過部分の異物検出は、裏面
照明方式によって前方散乱光を検出する構成が有利であ
る。すなわち、ホトマスクやレチクル等の遮光膜で形成
された回路パターンを有する透明（半透明）基板上に付
着した異物を検出する異物検査装置では、遮光部分の異
物を表面照明方式で、透過部分の異物を裏面照明方式で
検出する構成をとることによって異物の検出出力を大き
くすることが可能になる。また、それぞれの照明方式に
おいて、光源波長の最適化を行うことにより、異物から
の検出出力を最大にすることが可能になる。

【００５１】それぞれの照明方式において、異物からの
検出出力を最大にする光源波長を求めるため、照明光源
波長による検出性能の変化を実験によって求めた結果を
示す。表面照明方式では、照明光の波長を長くすること
で、粒子からの後方散乱光成分を増やし、異物からの検
出出力を大きくすることができる。図２２には、表面照
明方式でのクロム上（遮光部分上）の０.５μｍ粒子、
およびクロムパターンの各光源波長に対する検出出力を
示す。830，780，633，532，515，488nmのレーザを光源
として選んだ。この波長範囲では波長が長いほど、粒子
の検出出力は大きく、波長780nmにピークが存在する。
クロムパターンの検出出力の波長に対する変化は小さ
い。また、図２３には表面照明方式での、クロム上（遮
光部分上）の１.０μｍ粒子およびシフタパターンの各
光源波長に対する検出出力を示す。830，780，633，53
2，515，488nmのレーザを光源として選んだ。この波長
範囲では波長が長いほど、粒子の検出出力およびシフタ
パターンの検出出力は大きくなる。

【００５２】これに対して、裏面照明方式では、照明光
源の波長を短くするほど、前方散乱光成分が増え、これ
により粒子からの検出出力を上げることが可能になる。

【００５３】図２４に、裏面照明方式での、ガラス上
（透過部分上）の０.５μｍ粒子、およびクロムパター
ンの各光源波長に対する検出出力を示す。裏面照明方式
ではシフタパターンからの散乱光は発生しない。780，6
33，532，515，488nmのレーザを光源として選んだ。波
長が短くなるほど粒子の検出出力は増加する。クロムパ
ターンの検出出力も波長が短くなるほど大きくなるが、
その程度は粒子よりも緩やかである。

【００５４】回路パターン付の試料上の異物検査では、
異物からの散乱光の検出出力とパターンからの散乱光と
の両方に着目し、 （弁別比）＝（異物からの散乱光を検出した検出器の出
力）／（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う必要がある。
弁別比が１より大きければ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異物の検出が可
能である。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、更には検出系の感度ばらつきな
ど様々な要因によって検出出力のバラツキが生じる、こ
のため異物からの散乱光とクロムパターン部分からの散
乱光のレベルの間に余裕が必要である。すなわち弁別比
が大きいほど異物の検出性能が高いことになる。

【００５５】先に示した実験結果から、それぞれの検出
方式において、検出性能を最も高くする光源波長を検討
した結果について以下に述べる。

【００５６】表面検出方式における各波長において、以
下の２つの弁別比を照明光源波長に対して図２３、図２
４に示す。

【００５７】クロム部分上の０．５μｍ標準粒子／ク
ロムパターン（最大値）（図２３） クロム部分上の１．０μｍ標準粒子／シフタパターン
（最大値）（図２４） 図２３から、波長７８０ｎｍ付近で、位相シフト膜を持
たないレチクルの０．５μｍ粒子を最も安定して検出で
きることがわかる。また、図２４から、波長６００〜８
００ｎｍで位相シフトレチクルのクロム部分上１．０μ
ｍ粒子が検出できることがわかる。両者を考えあわせる
と、表面照明方式で異物検出性能の最も良い光源は波長
７８０ｎｍ付近であると判断される。この近傍の光源と
しては、半導体レーザを利用することが考えられる。こ
の波長では、従来から一般に用いられている赤色ヘリウ
ム−ネオンレーザ光（波長６３２．８ｎｍ）より高い弁
別比が得られ、安定な検出が可能であることが図２３か
らわかる。

【００５８】表面照明方式の場合と同様、裏面検出方式
における照明光源波長による検出性能の変化を示す。照
明光源の波長に対して以下の弁別比を図２５に示す。

【００５９】ガラス部分上の０．５μｍ標準粒子／ク
ロムパターン（最大値）（図２５） 図２５から裏面照明方式では、弁別比が最良となるのは
波長４８８ｎｍ付近であることが判明した。この近傍の
光源としては、アルゴンイオンレーザを利用することが
考えられる。アルゴンイオンレーザは大きな出力の光源
を得ることが容易であり、その出力は空冷で数十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、大きな検出出力を得ることができる。

【００６０】以上を総合して本発明では回路パターン面
表面からの光源波長約７８０ｎｍの斜方照明と、回路パ
ターン面裏面からの光源波長約４８８ｎｍの斜方照明と
の両者を組み合わせることにより、位相シフト膜を持つ
試料上の異物を回路パターンから分離して試料全面にわ
たって検出することができる。

【００６１】上記に示した波長は、検出したい異物の最
小寸法が０．５μｍであるとして考えた場合である。異
物の大きさが大きいほど検出出力(発生する散乱光量)は
大きいので検出したい最小の大きさの異物の検出出力を
最大にする波長が最適波長である。また、散乱現象は粒
子の大きさｄと、照明光源波長λの相対的な関係ｄ／λ
に関して相似であるから、上の結果より、検出したい異
物の最小寸法をｄとした場合の最適波長は、表面照明で
１.６ｄ程度、裏面照明で１.０ｄ程度となる。

【００６２】表面照明方式で、これより波長を長くする
と、粒子からの後方散乱成分は増えるものの、全体の散
乱光量が波長の４乗に反比例して低下（レーリー散乱領
域）するため、粒子の検出出力は低下する。また、裏面
照明方式において、斜方照明で異物の検出をおこなう場
合には、これより波長を短くすると、前方への散乱成分
が大きくなりすぎ、検出光学系へ入射できる光量は減少
してしまい、粒子の検出出力は低下する。検出したい異
物の最小寸法が０．５μｍの場合、表面照明の波長は６
００〜８００ｎｍ、裏面照明の波長は４５０〜５５０ｎ
ｍの程度であることが必要である。

【００６３】

【実施例】以下本発明の一実施例の構成を図１を参照し
て説明する。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を有するレチクルを６を固
定手段１８により上面に固定してＺ方向に移動可能なＺ
ステージ１０と、Ｚステージ１０を介してレチクル６を
Ｘ方向へ移動させるＸステージ１１と、同じくレチクル
をＹ方向へ移動させるＹステージ１２と、Ｚステージ１
０、Ｘステージ１１、Ｙステージ１２の各ステージを駆
動するステージ駆動系１３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１４とから構成され
ており、各ステージは、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。

【００６４】Ｘステージ１１およびＹステージ１２は図
２に示すごとく走査され、その走査速度は任意に設定す
ることができるが、例えば、Ｘステージ１１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１２を、Ｘステージ
１１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。

【００６５】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、或いはレーザ干
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。２
は第１の表面照明系、２２は第２の表面照明系である。
また３は第１の裏面照明系、３３は第２の裏面照明系で
ある。これらは独立しており、かつ同一の構成要素から
なっている。２０，２２０は表面照明系のレーザ光源
で、両者の波長は、７８０ｎｍ、またレーザ光源３０，
３３０は裏面照明系のレーザ光源で、両者の波長は、４
８８ｎｍである。２１，２２１，３１，３３１は集光レ
ンズで、レーザ光源２０，２２０，３０，３３０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
ーン面を照明する。この場合、回路パターンに対する入
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。

【００６６】上記第１の表面照明系２及び第２の表面照
明系２０、および第１の裏面照明系３及び第２の裏面照
明系３０の詳細な構成例を、図３を参照して説明する。
図３は図１の照明系２の構成例を示す図（他の照明系２
０、３、３０も同一構成のため省略）である。図中、図
１と同符号のものは同じものを示す。２０はレーザ光源
である。２３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、符号２２３〜２２６により集光レンズ２２を形成す
る。

【００６７】表面照明系２および２０の光源２１、２０
１は、Ｘ’方向に電界ベクトルを持つ直線偏光（この状
態をＳ偏光と呼ぶ）を有する様に配置する。Ｓ偏光にす
るのは、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偏光（Ｙ’方向に電界ベクト
ルを持つ直線偏光）の場合より約５倍程度高い（例え
ば、久保田 広著、応用光学（岩波全書）第１４４頁）
からで、より小さい異物まで検出する事が可能になるか
らである。

【００６８】また、裏面照明系３または３０の光源３
１、３０１もＳ偏光を有するように配置する。その理由
としては、従来の実験結果によれば、Ｐ偏光照明よりも
Ｓ偏光照明の場合、異物と回路パターンの弁別比を大き
くできるためである。ただし、基板の透過率等を考慮し
た場合には裏面照明をＰ偏光で行うほうがよい場合もあ
る。

【００６９】本発明では、異物をパターンと区別して検
出するため、検出光学系のフーリエ変換面に設置した空
間フィルタを用いる、この場合、平行光で照明を行なえ
ば、パターンから発生する回折光の広がりを小さくする
ことができ、弁別比を大きくすることが可能になる。し
かし、照明を集光光で行ない、照明光の照度を高めれ
ば、検出器で受光される光の出力レベルを大きくするこ
とができ、Ｓ／Ｎ比を良くすることができる。

【００７０】各照明系（２、２０、３、３０）の照度を
高めるため、たとえば集光系の開口数（ＮＡ）を約０.
１にし、レーザビームを約１０μmまで絞り込んだ場
合、この絞り込みにより焦点深度は約３０μmと短くな
り、図２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。しかし、本実施例
においてはこの対策として、シリンドリカルレンズ２１
４を図２に示すＸ’軸回りに傾動させ（図２はすでに傾
動した状態を示す）、例えば、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、後術する信号処理系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５１，５５１と同様に直線状になって
も該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。

【００７１】さらに、シリンドリカルレンズ２２４を図
２に示すＸ’軸回りに加えて、Ｙ’軸回りにも傾動させ
ると例えば、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。
４は検出光学系で、レチクル６のパターン面に相対する
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（以下フィールドレンズという）４
３、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を持つ。検出光学系に入射した光
は、波長分離用ミラー４２により、表面照明系２、２０
の散乱・回折光と、裏面照明系３、３０の散乱・回折光
とに分離される。分離された光は、それぞれレチクル６
の検査視野１５に対するフーリエ変換面に設けられた帯
状の遮光部とその外部に透過部を有する空間フィルタ４
４，４４４、および結像レンズ４５，４４５を経て、レ
チクル６上の検査視野１５が後述する信号処理系５の検
出器５１，５５１上に結像される。フィールドレンズ４
３は、対物レンズ４１上の上方の焦点位置４６の像を空
間フィルタ４４，４４４上に結像する。

【００７２】５は信号処理系で、信号処理系５は、前記
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および第２の２値化回路５２，５５
２と、マイクロコンピュータ５４と、表示手段５５とか
らなる。

【００７３】検出器５１，５５１は、例えば電荷移動形
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上の異物等の欠
陥が検出視野に存在するとき、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、或いは、単素子のものでも使用可能である。

【００７４】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
力された検出したい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に、論理レベル”１”を
出力するように形成される。シェーデイング補正回路１
１３、１２３および４画素加算処理回路１１４、１２４
に関しては後述する。

【００７５】ブロック処理回路１１２は、２値化回路５
２，５５２からの信号をとりこみ、２つの信号のダブル
カウントを防止する回路であるが、これに関しても後述
する。

【００７６】また、マイクロコンピュータ５４は、ブロ
ック処理回路１１２が論理レベル”１”を出力した場合
に「欠陥あり」と判定し、Ｘステージ１０およびＹステ
ージ１１の位置情報、単素子ではない検出器５１，５５
１の場合にその素子中の画素位置から計算される欠陥の
位置情報および検出器５１，５５１の検出出力値を欠陥
データとして記憶し、その結果を表示手段５５に出力す
るように形成される。つぎに検査装置の作用について、
図４〜図１０を参照して説明する。図中、図１と同符号
のものは同じものを示す。図２はレチクル６の検査状況
を示す図、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およ
び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）は図７（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を説明する
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は異物および回路パターンコーナー部から
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１８によりＺステー
ジ１０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。

【００７７】レチクル６を照明系２（または照明系２
０，３，３０のいずれか）で斜方より照明し、直接反射
光および直接透過光は集光せず、発生する散乱光および
回折光のみを対物レンズ４１で集光すれば、図５に示す
レチクル６上の回路パターン８０と照明系２（または照
明系２２，３，３３のいずれか）のレチクル６の面上へ
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
光のみが、対物レンズ４１のフーリエ変換面上で図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いて、図４に示すように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、検出に影響を及ぼさ
ない。一方、異物７０からの散乱光は、図６（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、図４
（Ａ）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
検出できる。

【００７８】この構成により高ＮＡ検出光学系が初めて
実現でき、ＮＡを０.５に選んだ場合、その開口面積
は、従来の低ＮＡ検出光学系（ＮＡ＝０．１）の約２０
倍になる。但し、回路パターンコーナー部分（図４
（Ｄ）に示す）からの散乱光は、直線状の空間フィルタ
では十分に遮光しきれない。このため従来のような１０
×２０μm の検出画素で検出を行った場合（図４（Ｂ）
に示す）、画素中に複数のパターンコーナー部分からの
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。

【００７９】そこで本発明では、検出器の画素を２×２
μm にまで高分解能化し（図４（Ｃ）に示す）、回路パ
ターンからの影響を極力排除、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２×２μm 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２×２μm である必要はない。この場合画素寸法は、
レチクル上の最も小さいパターン寸法Ｌよりも小さけれ
ば良い。すなわち、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＝４μm，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
れば良い。

【００８０】また、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、さらに大きくて
も、小さくても良い。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に示した
実験によってもこの値で十分である。すなわち、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。

【００８１】上記内容を図７を用いて再度説明する。図
７（Ａ）に示す回路パターン８０の交差部分にできるコ
ーナー部８２は、該部を微視的に見た図７（Ｂ）に示す
ように連続的な角度のコーナー８２０で構成されている
ため、コーナー部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ず図６（ｄ）に示すよ
うになる。このため、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、検出
器５１または５５１の出力Ｖが増大して、異物７０と弁
別して検出ができなくなる。図８はこの状態を示したも
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に比べて
高い値になり、図に示す点線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。

【００８２】上記図８にて説明した不具合点の対策とし
て本発明では、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５
１，５５１に結像するように構成し、検出器５１，５５
１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（例えば２μｍ
×２μｍ）に設定し、簡易な検出光学系４でありながら
複数のコーナー部８２からの回折光が検出器５１，５５
１に同時に入射しないようにしている。しかし、前記従
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ー部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、回路パターン
８０の通常の構造部分の寸法８３よりも微細な図７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
光と挙動が更に類似して来ているため、異物７０を回路
パターンから分離して検出することが一層難しくなって
きている。

【００８３】本発明は、上記図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異物を検出することができる
ようにしている。図８はその説明図で、図中、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、８６４，８７４，８６５，８７５，
８６６，８７６，８６７，８７７は、０゜，４５゜，９
０゜の各回路パターンで形成されるすべてのコーナー部
８２からの散乱光の検出出力値、８６１，８７１，８６
２，８７２，８６３，８７３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散乱光の検
出出力値をそれぞれ示す。このうち、７０１，８６１，
８６２，８６３，８６４，８６５，８６６，８６７は、
第１の照明系２（または３）による検出出力値を、ま
た、７０２，８７１，８７２，８７３，８７４，８７
５，８７６，８７７は、第２の照明系２０（または３
０）による検出出力値を示し、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（３）による値、８７
１が第２の照明系２０（３０）による値を示す。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、図中の点線９１は、検出出力値のしきい値を
示す。

【００８４】上記図８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異なることが
判明し、しかも、レチクル６の面上で１８０°方向をず
らし、対向する２方向の斜方から照明した場合、いずれ
か一方の側の散乱光の出力値は、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。これより、図１のように、レチ
クル６の面上で１８０°方向をずらし、対向する２方向
の斜方から同時に照明した場合、粒子、および回路パタ
ーンの検出出力は、それぞれの照明による検出出力の和
である。これにより、回路パターンに対して、異物を明
るく顕在化することが可能となり、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
できる。

【００８５】以上の構成より、異物からの散乱光が検出
された場合、検出時のＸステージ１０およびＹステージ
１１の位置情報のほか、検出器５１，６５１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５１，６５１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５４が管
理するメモリに記憶されるとともに、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。

【００８６】裏面照明方式（図１７）は透過部分上の異
物からの散乱光を検出する。図１７では、レチクル、照
明系３、検出光学系４を図中に示した配置にしている
が、照明系と、検出光学系がレチクル６に対して、それ
ぞれ反対側にあれば良いため図３４のような構成でも良
い。ただし、図３４のように、レチクル基板を通して，
検出光学系で回路パターン面を結像する構成では、レチ
クル基板による収差の影響で、解像が不十分になり，安
定な検出が困難となる。安定な検出を行うには、結像光
学系にレチクル基板の収差を補正する機能を持つレンズ
を使用するなどの対策が必要となる。

【００８７】また、レチクルの遮光部分上を含め全面の
検査を行いたい場合に、図３４の構成を利用するには、
図３５のように、レチクルの表面に照明系を、表面、裏
面の両方に検出系を設け、表面検出光学系４で遮光部分
上を、裏面検出光学系４０で透過部分を検査する方式で
も、図１の構成と同様の目的を達成できる。なお、この
形式の場合、表面検出光学系４は、反射光のみ、裏面検
出光学系４０は、透過光のみを検出するため、それぞれ
の光学系に波長フィルタを設ける等の必要がある。

【００８８】レチクルのクロム部分（遮光膜）上にある
異物は、そのままでは露光時の転写不良の原因とはなら
ないが、これがガラス部分上に移動した場合には転写不
良の原因となってしまう。このためクロム部分上から他
の部位へ移動する可能性のある異物（移動性異物）の検
出が必要である。ここで異物の移動性について説明す
る。Ｍｉｔｔａｌ編，”Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｎ Ｓ
ｕｒｆａｃｅ”ｐｐ．１２９−１４１などの文献によれ
ば、基板に付着した異物に働く力はvan der Waals力
静電気力慣性力の３つである。は異物が基板に付
着する力としてのみ働き、は基板と異物の間に引力、
または斥力として働く。は異物に加えられる加速度の
方向によって任意の方向に働く。ここで、に関して
は、異物、および基板が通常可能な程度に帯電している
場合、（空気の絶縁耐力の１／１０程度）に関しては
異物に重力加速度が加わっている場合を想定すると、異
物に働く力は、異物が小さいほどが支配的となる。異
物は、レチクル搬送時にレチクルに加えられる加速度
（衝撃）によって移動すると推定されている。すなわち
異物が小さいほど、移動する可能性は小さくなる。

【００８９】１.０μｍ異物を考えると、前述の条件に
おいてはの１／１００、はの１／１０⁶であ
る。すなわち１.０μｍ異物を移動させるには重力加速
度の１０⁶倍以上の加速度が必要である。現実にこれほ
どの加速度が加えられることは有りえず、１.０μｍよ
り小さい異物は移動しないと考えられる。以上の検討よ
り、クロム上の移動性異物に関しては、１.０μｍまで
の検出能力があれば十分と判断される。

【００９０】移動性異物の検出の他に、以下のような場
合にクロム部分上の異物検出のニーズがあると考えられ
る。位相シフタをもつレチクルでは，その製造工程にお
いて、クロム部分上の異物が問題となる場合がある。位
相シフト膜付きのレチクルは、一般に、クロムによる回
路パターンの形成を行い（ここまではシフタ膜のないレ
チクルと同じプロセスである）、その後に全面にシフタ
膜材料を塗布またはスパッタにより成膜し、エッチング
プロセスによりシフタ膜によるパターン（シフタパター
ン）が形成される。ここで、成膜前にクロム部分上に異
物が存在すると、シフタ膜に気泡や欠け等の欠陥を発生
させ，これが転写不良の原因となる場合がある。このた
め、これまでに述べたシフタパターン形成後の異物検査
の他に、成膜の前後にクロム部分上を含む全面の検査
（本発明の方式では欠け、あるいは気泡等、凹凸を持つ
欠陥を異物と同様に検出できる）を行なう必要がある。
ただし、この場合はシフタパターンの形成前であり、シ
フタパターンからの散乱光は存在しないため、図１の様
な構成で表面・裏面の２系統の照明系で照明を行なうこ
とにより全面で高感度の検出が可能となる。以上とは別
に、遮光膜のパターニングがされていない透明（半透
明）基板の検査を行う場合は、図１７あるいは図３４の
構成で全面の検査が可能である。また、この場合回路パ
ターンからの回折光は存在しないので、空間フィルタ４
４は無くても良い。このような構成で前方散乱光を検出
するようにすれば，反射照明方式に比べて異物の検出出
力を大きくすることができる。なお、空間フィルタ４４
の無い場合、検査時のステージ走査はＸ−Ｙ走査方式だ
けでなく、回転走査方式を用いても良い。

【００９１】また、（特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。２×２μｍ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、第２６図に示
すごとく、異物が複数（２から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。

【００９２】そこで今回は、図２７に示すごとく、検出
画素を１×１μｍ に縮小して行い、各画素の隣接する
４つの１×１μｍ画素の検出出力を電気的に加算、２×
２μｍ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２×２μｍ画素による代表出力とし
て異物の検出判定を行うようにした。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。

【００９３】図２８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２５０５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２５１
４として出力する。

【００９４】本方式では、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、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２９に示す様に、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。本発明では、図３０に示すように、予め図１
の標準試料１１１にて、上記とを含んだシェーディ
ングを測定(a)し、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(b)を求め、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(c)異物を検出している。
標準試料１１１は、図１の検査ステージ上に載置あるい
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。

【００９５】標準試料１１１は、微小凹凸表面で、均一
な散乱特性を有する試料であれば良い。例えば、ガラス
基板を研磨し微細な加工痕を付けたものや、ガラス基板
に特定の大きさの標準粒子を一様に付着させたもの、ア
ルミニウムをスパッタ処理して基板上に成膜したもの等
の微小な凹凸のできる薄膜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１×１μｍ 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た。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１００
０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（例えば１０００回の繰
返しで２００）にすれば良い。

【００９６】図３０に示す様に、補正前のシェーディン
グ(a)及び補正後(b)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様
子がわかる。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。

【００９７】図３１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３
２１２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。同図からも判
るように本例は、デジタル回路によって補正を行う例で
あるが、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。異物判定を例えば２×２μｍ 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、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の大きさの
異物が１個存在した場合、(１０μｍ／２μｍ)＝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。

【００９８】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（例えば検出信
号１０００個で約１０分）を要し新たな不都合を生じ
る。

【００９９】そこで本発明では、全検査領域を１度に観
察のできる視野範囲（例えば３２×３２μｍ ）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（ブロック処理）する様にした。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。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。本発明では、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１０００個の場合、従来比で２
／３以下)に向上出来る。図３２にブロック処理回路の
具体例のブロック図を示す。

【０１００】図３２には、検出器信号を、その値によっ
て大、中、小、の３ランクの異物に分類し、検出器画素
の１６画素×１６画素＝２５６画素を１ブロックとし
て、ブロック毎に大、中、小異物の個数をカウントし、
１ブロック内の異物の個数が０以上の場合にのみ、異物
メモリに対して、１ブロック内の、ランク毎の異物個数
と、１ブロック内での検出器信号の最大値と、ブロック
の座標を書き込むための、ブロック処理回路を示す。

【０１０１】ラッチ４２０１にはＣＰＵから、検出すべ
き異物の個数が設定される。これは、あまりに検出異物
の個数が多い場合には、検査を続行することの意義が小
さいため、異物検査を途中で打ち切る判定とする個数で
ある。この回路では、検出された異物の個数は、結果と
してカウンタ４２２１で計数されるので、検査途中打ち
切りの判定はラッチ４２０１の内容とカウンタ４２２１
の内容とを比較器４２２１で比較することにより行われ
る。

【０１０２】ラッチ４２０２には、検出器信号の値がラ
ッチ４２０２以上である場合に、検出器信号が大異物か
らの信号であると考えられる値がＣＰＵにより設定され
る。検出器信号は、ラッチ４２０２の設定値と比較器４
２１２によって比較され、ラッチ４２０２の設定値以上
の場合大異物と判定され、カウンタ４２２２で計数され
る。

【０１０３】ラッチ４２０３には、検出器信号の値がラ
ッチ４２０３以上である場合に、検出器信号が中異物か
らの信号であると考えられる値がＣＰＵにより設定され
る。検出器信号は、ラッチ４２０３の設定値と比較器４
２１３によって比較され、ラッチ４２０３の設定値以上
の場合中異物と判定され、カウンタ４２２３で計数され
る。

【０１０４】ラッチ４２０４には、検出器信号の値がラ
ッチ４２０４以上である場合に、検出器信号が小異物か
らの信号であると考えられる値がＣＰＵにより設定され
る。検出器信号は、ラッチ４２０４の設定値と比較器４
２１４によって比較され、ラッチ４２０４の設定値以上
の場合、小異物と判定され、カウンタ４２２４で計数さ
れる。

【０１０５】以上の動作では、大異物は、中異物用カウ
ンタ４２２３と小異物用カウンタ４２２４にも重複して
計数される。また、中異物は、小異物用カウンタ４２２
４にも重複して計数される。よって、小異物の実数は、
本ブロック処理回路から出力された値から中異物の値を
引いたものであり、中異物の実数は、本ブロック処理回
路から出力された値から大異物の値を引いたものであ
る。このことは、検出結果の表示または出力時に注意す
れば良い事であるが、比較回路を２段に設けて、大異物
用の設定値と中異物用の設定値の中間にあるものだけを
中異物と判定し、中異物用の設定値と小異物用の設定値
の中間にあるものだけを小異物と判定する様にすれば、
本ブロック処理回路の出力値をそのまま表示または出力
することもできる。

【０１０６】ＣＣＤ検出器等の一次元検出器アレイから
の信号を２次元的な面積（この例では、１６画素×１６
画素）でブロック処理するのが、加算器４２３２、４２
３３、４２３４、およびシフトレジスタ４２４２、４２
４３、４２４４である。シフトレジスタの段数は、（Ｃ
ＣＤアレイの画素数）／（ブロック処理の一辺の画素
数）で求められ、この例では、ＣＣＤアレイの画素数が
２５６画素、ブロック処理の一辺の画素数が１６画素で
あるので、２５６／１６＝１６となり、この例では１６
段シフトレジスタが用いられている。

【０１０７】この例では、シフトレジスタの段数が、１
６段であり、ブロック処理の１辺の画素数と同一になっ
ているが、これは上記のようにＣＣＤアレイの画素数と
ブロック処理の１辺の画素数から求められた画素数が、
偶然同一だったためであり、シフトレジスタの段数とブ
ロック処理の１辺の画素数とは独立である。但し、（Ｃ
ＣＤアレイの画素数）／（ブロック処理の一辺の画素
数）が整数とならない場合には、更に処理回路が複雑に
なるため、可能な限り、（ＣＣＤアレイの画素数）／
（ブロック処理の一辺の画素数）が整数となるように、
ＣＣＤアレイの画素数およびブロック処理の一辺の画素
数を定めるのが望ましい。

【０１０８】大異物カウンタ４２２２の内容は、１ブロ
ックの１辺（この例では１６画素）毎にクリア（ゼロリ
セット）される。クリア信号は検出器のＹ方向の１画素
毎に出されるクロックを１６分周することにより得る。
クリアされる直前の計数値（Ｙ方向１６画素分の計数
値）は、加算器４２３２によって大異物用１６段シフト
レジスタ４２４２の出力端に出力された値と加算されて
大異物用１６段シフトレジスタ４２４２の入力端に入力
される。ここで大異物用１６段シフトレジスタ４２４２
の内容は、１段シフトされる。大異物用１６段シフトレ
ジスタ４２４２の内容は、検出器のＹ方向の１画素毎に
出されるクロックを１６分周したクリア信号でシフトさ
れるので、結果的にＹ方向の１６画素毎に１段シフトさ
れる。そして１６段シフト後に再び出力端に現れる。こ
の時、ＣＣＤアレイは、１画素Ｘ方向に移動しているの
で、シフトレジスタ４２４２内容には、加算器４２３２
によってＹ方向１６画素分の検出大異物個数が加算され
る。大異物用１６段シフトレジスタ４２４２の内容は、
Ｘ方向の１画素移動毎に出力されるエンコーダのパルス
を１６分周して得られる信号によりクリアされる。即
ち、Ｘ方向の１６画素毎にクリアされる。従って、クリ
アされる直前の大異物用１６段シフトレジスタ４２４２
には１６画素×１６画素分の検出大異物の個数が蓄えら
れている。よって、個数が０個より大きいことを比較器
４２１５で判定し、異物メモリへ異物の個数およびブロ
ック座標を出力する。但し、比較器４２１５と比較すべ
き検出異物個数は、大、中、小、の異物の個数のすべて
を含んでいる（前述）小異物の検出個数である。

【０１０９】ここでは、大異物用の個数を例にとり説明
を行ったが、中異物、小異物用の回路も動作は同じであ
る。

【０１１０】次に、１つのブロック内での、検出器信号
の最大値を求める回路に関しても、１６画素×１６画素
の処理を、Ｙ方向１６画素毎のクリア信号と、Ｘ方向１
６段のシフトレジスタ４２４５を用いている点で検出個
数の計数と同様である。但し、この部分では、目的が最
大値検出なので、ＣＰＵにより設定されるラッチ４２０
１、４２０２、４２０３およびカウンタ４２２２、４２
２３、４２２４に代えて、Ｙ方向１６画素内の最大値を
保持するラッチ４２０５を、加算器４２３２、４２３
３、４２３４に代えて比較器４２１７およびセレクタ４
２５１を用いる点が異なる。

【０１１１】図３３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。

【０１１２】

【発明の効果】本発明によれば、試料表面側（概ね波長
７８０ｎｍ）および試料裏面側（概ね波長４８８ｎｍ）
から斜方照明を行い、試料表面側のＮＡ０．４以上の光
学系で、発生する散乱光を集光、照明方向別に波長分離
して、フーリエ変換面上に設けた空間フィルタにより回
路パターンからの回折光を遮光、検出器上に結像させる
検出光学系と、検出器の検出値を照明むらに合わせて補
正する回路と２×２画素の検出値の加算値を求める回路
および検出器がその周囲４方向へ１画素ずつシフトした
４つの加算値の最大値を求める回路等で構成することに
より、ホトマスク等の回路パターン付基板、特に転写解
像度の向上等を目的とした位相シフト膜を有するレチク
ル上に付着したサブミクロンオーダーの微細な異物等の
欠陥を、主として光学的な簡単な構成で容易に安定して
回路パターンから分離して検出することができる顕著な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係るレチクルの走査状況を示す図であ
る。

【図３】図１の照射系の構成例を示す図（この場合対称
側は同一構成のため省略している）である。

【図４】本発明に係るレチクルの検査状況を示す図であ
る。

【図５】本発明に係る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６】本発明に係る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７】図７（Ａ）は本発明に係る回路パターンのコー
ナー部を示す図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の”ア”部の
詳細図である。

【図８】本発明に係る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である。

【図９】本発明に係る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１０】本発明に係る異物および回路パターンコーナ
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１１】本発明に係る異物からの散乱光強度の理論値
を粒子の大きさ：ｄ、照明光源波長：λによる無次元数
πｄ／λについて示した図である。

【図１２】本発明に係る高ＮＡ光学系を用いて異物から
の散乱光を検出した図である。

【図１３】本発明に係る異物からの回折光の方向を示す
図である。

【図１４】本発明に係る光学系のＮＡの定義を示した図
である。

【図１５】本発明に係る異物からの散乱光強度に比例す
る散乱光断面積を異物径ｄに対して示した図である。

【図１６】従来技術の一例を示した概略構成図である。

【図１７】本発明の一実施例を示した概略構成図であ
る。

【図１８】本発明に係る粒子から発生する散乱光分布と
ｄ／λ（ｄ：粒子の大きさ、λ：照明光源波長）の関係
を示した図である。

【図１９】本発明に係る装置の構成と検出される散乱光
成分との関係を示した図である。

【図２０】本発明に係る表面照明方式での各光源波長に
おけるクロム上粒子（０．５μｍ）およびクロムパター
ンの検出出力を示す図である。

【図２１】本発明に係る表面照明方式での各光源波長に
おけるクロム上粒子（１．０μｍ）の検出出力および位
相シフタパターンの検出出力を示す図である。

【図２２】本発明に係る表面照明方式における弁別比
（クロム上０．５μｍ粒子／クロムパターン）と光源波
長の関係を示す図である。

【図２３】本発明に係る表面照明方式における弁別比
（クロム上１．０μｍ粒子／シフタパターン）と光源波
長の関係を示す図である。

【図２４】本発明に係る裏面照明方式での各光源波長に
おけるガラス上粒子（０．５μｍ）およびクロムパター
ンの検出出力を示す図である。

【図２５】本発明に係る裏面照明方式における弁別比
（ガラス上０．５μｍ粒子／クロムパターン）と光源波
長の関係を示す図である。

【図２６】本発明に係る４画素加算処理を行わずに２×
２μｍ画素で異物を検出した場合を示す図である。

【図２７】４画素加算処理によって１×１μｍ画素で異
物の検出を行った場合を示す図である。

【図２８】４画素加算処理回路の実施例を示すブロック
図である。

【図２９】シェーディングによる異物検出への影響を示
した図である。

【図３０】シェーディングの原理を示し、（ａ）はシェ
ーディングの測定結果（補正前）を示した図、（ｂ）は
シェーディング補正データを演算した結果を示した図、
（ｃ）はシェーディングの測定結果（補正後）を示した
図である。

【図３１】シェーディング補正回路の実施例を示すブロ
ック図である。

【図３２】ブロック処理回路の例のブロック図

【図３３】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した図

【図３４】本発明の他の一実施例を示した概略構成図

【図３５】本発明の他の一実施例を示した概略構成図

【図３６】本発明に係る位相シフタ膜付レチクルからの
散乱光・回折光を示す図

【符号の説明】

１…検査ステージ部、２…第１の表面照明系、２０…第
２の表面照明系、３…第１の裏面照明系、３０…第２の
裏面照明系、４…検出光学系 ５…信号処理系、６…レチクル、１０…Ｚステージ、１
１…Ｘステージ １２…Ｙステージ、２１，２０１、３１、３０１…レー
ザ光源、４４，４４４…空間フィルタ、５１，５５１…
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、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、２２３…凹レンズ ２２４…シリンドリカルレンズ、２２５…コリメータレ
ンズ ２２６…集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−127152（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−186324（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−296937（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201143（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 (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遮光膜、あるいは光透過膜で形成されたパ
   ターンを有する透明または半透明基板上に付着した異物
   等の欠陥を検出する欠陥検査装置において、前記基板を
   載置してＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移動可能なステー
   ジおよびその駆動制御系からなる検査ステージ部と、前
   記基板のパターン面に反射照明および透過照明を行う照
   明系と、直接反射光および直接透過光は集光せず、基板
   から発生する散乱光および回折光を集光して、照明方向
   別に光線分離し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた
   空間フィルタによりパターンの直線部分からの回折光を
   遮光して、各々検出器上に結像する検出光学系と、前記
   各検出器の出力に基づいて基板上の欠陥データを演算表
   示する信号処理系とを備えることを特徴とする欠陥検査
   装置。
2. 【請求項２】遮光膜、あるいは光透過膜で形成されたパ
   ターンを有する透明または半透明基板上に付着した異物
   等の欠陥を検出する欠陥検査装置において、前記基板を
   載置してＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移動可能なステー
   ジおよびその駆動制御系からなる検査ステージ部と、検
   出したい欠陥の最小寸法をｄとしたとき、前記基板のパ
   ターン面に概ね波長１.６ｄの光で反射照明を行い、概
   ね波長１.０ｄの光で透過照明を行う照明系と、直接反
   射光および直接透過光は集光せず、基板から発生する散
   乱光および回折光を集光して、照明方向別に光線分離
   し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタ
   によりパターンの直線部分からの回折光を遮光して、各
   々検出器上に結像する検出光学系と、前記各検出器の出
   力に基づいて基板上の欠陥データを演算表示する信号処
   理系とを備えることを特徴とする欠陥検査装置。
3. 【請求項３】遮光膜、あるいは光透過膜で形成されたパ
   ターンを有する透明または半透明基板上に付着した異物
   等の欠陥を検出する欠陥検査装置において、前記基板を
   載置してＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移動可能なステー
   ジおよびその駆動制御系からなる検査ステージ部と、前
   記基板のパターン面をその表面斜方から波長６００ｎｍ
   以上８００ｎｍ以下の波長の光で照明し、前記基板の回
   路パターン面をその裏面斜方から基板を透過して６００
   ｎｍよりも短い波長の光で照明する照明系と、前記パタ
   ーン面の表面側に位置し、該各照明系の照射による直接
   反射光および直接透過光は集光せず、基板から発生する
   散乱光および回折光を集光して、照明方向別に波長分離
   し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタ
   によりパターンの直線部分からの回折光を遮光して、各
   々検出器上に結像する検出光学系と、前記各検出器の出
   力に基づいて基板上の欠陥データを演算表示する信号処
   理系とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
4. 【請求項４】前記基板の回路パターン面をその裏面斜方
   から基板を透過して照明する光の波長が、４５０ｎｍ以
   上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載
   の欠陥検査装置。
5. 【請求項５】前記基板のパターン面をその表面斜方から
   照明する光の波長が概ね波長７８０ｎｍであり、前記基
   板の回路パターン面をその裏面斜方から基板を透過して
   照明する光の波長が概ね４８８ｎｍであることを特徴と
   する請求項４記載の欠陥検査装置。
6. 【請求項６】 一方の面に遮光膜、あるいは光透過膜によ
   るパターンを形成した基板の欠陥を検出する欠陥検査装
   置であって、前記遮光膜、あるいは光透過膜によるパタ
   ーンを形成した一方の面の側から該一方の面の側を照明
   する照明手段と、該照明手段の照射により前記基板から
   反射した光をＮＡが０．４よりも大きい第１の対物レン
   ズを介して検出する第１の検出手段と、照明手段の照射
   により前記基板を透過した光を前記第1の対物レンズと
   同じ光軸上に配置したＮＡが０．４よりも大きい第２の
   対物レンズを介して検出する第２の検出手段と、前記第
   １の検出手段で検出して得た第１の検出信号と前記第２
   の検出手段で検出して得た第２の検出信号とを用いて前
   記基板の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを
   特徴とする欠陥検査装置。
7. 【請求項７】 前記照明手段は、前記基板の前記一方の面
   の法線の方向に対して傾斜した方向から該基板を照明す
   ることを特徴とする請求項６記載の欠陥検査装置。
8. 【請求項８】 遮光膜、あるいは光透過膜で形成されたパ
   ターンを有する透明または半透明基板上に付着した異物
   等の欠陥を検出する欠陥検査方法において、ステージ上
   に載置された前記基板をＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移
   動させ、照明系により前記基板のパターン面に対して反
   射照明と透過照明とを行い、検出光学系により基板から
   発生する散乱光および回折光を集光して、照明方向別に
   光線分離し、分離後の各フーリエ変換面上に設けた空間
   フィルタによりパターンの直線部分からの回折光を遮光
   して、各々検出器上に結像させ、該各検出器の出力に基
   づいて基板試料上の欠陥データを演算表示することを特
   徴とする欠陥検査方法。
9. 【請求項９】 遮光膜、あるいは光透過膜で形成されたパ
   ターンを有する透明または半透明基板上に付着した異物
   等の欠陥を検出する欠陥検査方法において、ステージ上
   に載置された前記基板をＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に移
   動させ、照明系により、検出したい欠陥の最小寸法をｄ
   としたとき、前記基板のパターン面に概ね波長１.６ｄ
   の光で反射照明と概ね波長１.０ｄの光で透過照明とを
   行い、検出光学系により、基板から発生する散乱光およ
   び回折光を集光して、照明方向別に光線分離し、分離後
   の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタによりパタ
   ーンの直線部分からの回折光を遮光して、各々検出器上
   に結像し、該各検出器の出力に基づいて基板上の欠陥デ
   ータを演算表示することを特徴とする欠陥検査方法。
10. 【請求項１０】 遮光膜、あるいは光透過膜で形成された
    パターンを有する透明または半透明基板上に付着した異
    物等の欠陥を検出する欠陥検査方法において、ステージ
    上に載置された前記基板をＸ，Ｙ，Ｚの各方向へ任意に
    移動させ、照明系により、前記基板のパターン面を、そ
    の表面斜方から波長６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波
    長の光とその裏面斜方から基板を透過して波長が６００
    ｎｍよりも短い光とで照明し、検出光学系により、前記
    パターン面の表面側において、基板から発生する散乱光
    および回折光を集光して、照明方向別に波長分離し、分
    離後の各フーリエ変換面上に設けた空間フィルタにより
    パターンの直線部分からの回折光を遮光して、各々検出
    器上に結像し、該各検出器の出力に基づいて基板上の欠
    陥データを演算表示することを特徴とする欠陥検査方
    法。
11. 【請求項１１】 前記基板の回路パターン面をその裏面斜
    方から基板を透過して照明する光の波長が、４５０ｎｍ
    以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０
    記載の欠陥検査方法。
12. 【請求項１２】 前記基板のパターン面を概ね波長７８０
    ｎｍの光で照明し、前記基板の裏面を概ね波長４８８ｎ
    ｍの光で照明することを特徴とする請求項１０記載の欠
    陥検査方法。
13. 【請求項１３】 一方の面に遮光膜、あるいは光透過膜に
    よるパターンを形成した基板の欠陥を検出する欠陥検査
    方法であって、前記基板の前記遮光膜、あるいは光透過
    膜によるパターンを形成した一方の面の側から該一方の
    面の側を照明し、該照明により前記基板から反射した光
    をＮＡが０．４よりも大きい第１の対物レンズを介して
    検出し、前記照明により前記基板を透過した光を前記第
    1の対物レンズと同じ光軸上に配置したＮＡが０．４よ
    りも大きい第２の対物レンズを介して検出し、前記第１
    の対物レンズを介して検出して得た第１の検出信号と前
    記第２の対物レンズを介して検出して得た第２の検出信
    号とを用いて前記基板の欠陥を検出することを特徴とす
    る欠陥検査方法。
14. 【請求項１４】 前記遮光膜、あるいは光透過膜によるパ
    ターンを形成した一方の面の側の照明を、前記基板の前
    記一方の面の法線の方向に対して傾斜した方向から行う
    ことを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査方法。