JP2015219324A - フォトマスクの欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板上に半透明膜と遮光膜パターンとが形成されたフォトマスクにおいて、欠陥の検出感度を向上させることができるフォトマスクの欠陥検査方法を提供する。【解決手段】透明基板、半透明膜及び遮光膜を備えたフォトマスクの欠陥検査方法であって、マスクパターンにおける黒領域と白領域の輝度が所定の階調範囲に収まるように、指定された黒領域と白領域の階調目標値に基づいて、撮像センサのオフセット及びゲインを設定する第１シェーディング補正工程と、前記マスクパターンにおける黒領域と白領域との透過率の差が所定値以上となる波長域の検査光を前記フォトマスクに照射し、撮像センサにおいて前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する第１画像信号取得工程と、前記第１画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて前記フォトマスクの欠陥を検査する第１検査工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体の製造に用いられるフォトマスクの欠陥検査方法に関する。

半導体素子の高集積化及び微細化は、デザインルール４５ｎｍから３２ｎｍノードへと進展し、更に２２ｎｍノード以下の半導体素子の開発が進められている。これらの半導体素子の高集積化及び微細化を実現するため、近年、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、フォトマスクを用いてウェハ上にマスクパターン転写するフォトリソグラフィ技術が使われている。

フォトリソグラフィ技術に用いられるハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板上に半透明膜からなるマスクパターンを有するフォトマスクである。ハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程には、多くの複雑な工程が含まれる。そのため、マスクパターンに黒欠陥と呼ばれるエッチングの余剰部分、又は白欠陥と呼ばれるエッチングの欠け部分（以下、総称して「残渣欠陥部」ともいう）が発生しやすい。そこで、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造段階において、マスク表面の外観検査を実施することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この外観検査は、フォトマスクにおいて、透明基板上に半透明膜と遮光膜パターンとが形成された構造状態で実施される。

特開２０１１−１７９５２号公報

上記特許文献１に記載された検査方法では、検査光の光強度を高めるため、半透明膜をハーフエッチングした状態で外観検査を行っている。そのため、特許文献１に記載された検査方法では、半透明膜をハーフエッチングする際に、残膜厚を適切に制御することが求められる。

一方、半透明膜をハーフエッチングしない状態で外観検査を行う場合に、検査光を長波長として、半透明膜を透過する検査光の光強度を高めることが考えられる。しかし、検査光を長波長にすると、マスクパターンの解像度が低下するため、半導体素子の高集積化及び微細化に対応したマスクパターンにおいて、１００ｎｍ（０．１ｕｍ）程度の微細な残渣欠陥部を検出することが難しくなる。このように、検査光を長波長にした場合、光強度は高められるが、マスクパターンの解像度が低下するため、欠陥の検出感度を向上させることが難しい。

本発明は、透明基板上に半透明膜と遮光膜パターンとが形成されたフォトマスクにおいて、欠陥の検出感度を向上させることができるフォトマスクの欠陥検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段により、課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜に改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

・第１の発明は、透明基板（１１）と、当該透明基板上に形成され、露光光の位相及び透過率を制御する半透明膜（１２）と、当該半透明膜上に形成された遮光膜（１３）と、を備えたフォトマスク（１０）の欠陥検査方法であって、前記透明基板上に、前記半透明膜と、前記遮光膜の遮光パターンとがマスクパターンとして形成されたフォトマスクを準備する工程（Ｓ１１）と、撮像センサにおいて前記フォトマスクに形成されたマスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する際に、前記マスクパターンにおける黒領域と白領域の輝度が所定の階調範囲に収まるように、指定された黒領域と白領域の階調目標値に基づいて、前記撮像センサのオフセット及びゲインを設定する第１シェーディング補正工程（Ｓ１２）と、前記マスクパターンにおける黒領域と白領域との透過率の差が所定値以上となる波長域の検査光を前記フォトマスクに照射し、前記撮像センサにおいて前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する第１画像信号取得工程（Ｓ１３）と、前記第１画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて前記フォトマスクの欠陥を検査する第１検査工程（Ｓ１４）と、を備えることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第２の発明は、第１の発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記検査光の波長域は、前記マスクパターンにおける前記半透明膜（１２）と前記遮光膜（１３）との透過率の差が１２％以上となる、波長２１０〜２６０ｎｍの範囲であることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第３の発明は、第１の発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記検査光は、前記マスクパターンにおける前記半透明膜（１２）と前記遮光膜（１３）との透過率の差が２０％以上となる、波長１９３ｎｍの光であることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記第１検査工程（Ｓ１４）では、前記第１画像信号取得工程（Ｓ１３）で取得された前記画像信号に基づいて、ダイ対ダイ方式により前記フォトマスクの欠陥を検査することを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記第１検査工程（Ｓ１４）の後工程として、前記透明基板（１１）上に、前記半透明膜（１２）による半透明膜パターン及び前記遮光膜（１３）による遮光パターンがマスクパターンとして形成されたフォトマスクを準備する工程と、撮像センサにおいて前記フォトマスクに形成されたマスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する際に、前記マスクパターンにおける黒領域と白領域の輝度が所定の階調範囲に収まるように、指定された黒領域と白領域の階調目標値に基づいて、前記撮像センサが前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する際のオフセット及びゲインを設定する第２シェーディング補正工程と、前記第１検査工程で用いた検査光と同じ波長域の検査光、又はそれよりも短波長となる波長域の検査光を前記フォトマスクに照射し、前記撮像センサにおいて前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する第２画像信号取得工程と、前記第２画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて前記フォトマスクの欠陥を検査する第２検査工程と、を備えることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記遮光膜は、クロム（Ｃｒ）を含む材料又はタンタル（Ｔａ）を含む材料から構成され、前記半透明膜は、シリコン（Ｓｉ）を含む材料から構成されること、を特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記第１画像信号取得工程（Ｓ１３）及び／又は前記第２画像信号取得工程では、前記フォトマスクの前記透明基板側から照射され、前記半透明膜を透過した透過光により得られる前記マスクパターンの光学像を前記撮像センサで撮像して透過光の画像信号に変換すると共に、前記フォトマスクの前記遮光膜側から照射され、前記透明基板、前記半透明膜又は前記遮光膜で反射した反射光により得られる前記マスクパターンの光学像を前記撮像センサで撮像して反射光の画像信号に変換すること、を特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

・第８の発明は、第５から第７のいずれかの発明のフォトマスクの欠陥検査方法において、前記第２検査工程では、前記第２画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて、ダイ対ダイ方式により前記フォトマスクの欠陥を検査することを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法である。

本発明によれば、透明基板上に半透明膜と遮光膜パターンとが形成されたフォトマスクにおいて、欠陥の検出感度を向上させることができるフォトマスクの欠陥検査方法を提供することができる。

実施形態におけるフォトマスク製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態におけるフォトマスク製造装置１を示す概略構成図である。 実施形態におけるフォトマスク製造方法を示す概略工程図である。 実施形態におけるフォトマスク製造方法を示す概略工程図である。 １層目検査部３の概略構成図である。 １層目外観検査におけるフォトマスク欠陥検査方法の処理手順を示すフローチャートである。 第１実施例によるシェーディング補正の説明図である。 第１実施例の１層目外観検査における透過光及び反射光の信号出力の例を示す説明図である。 第１実施例の２層目外観検査における透過光及び反射光の信号出力の例を示す説明図である。 第２実施例によるシェーディング補正の説明図である。 第２実施例の１層目外観検査における透過光及び反射光の信号出力の例を示す説明図である。 第２実施例の２層目外観検査における透過光及び反射光の信号出力の例を示す説明図である。 実施例１における画像信号の実画像を示す図である。 実施例１における欠陥部のＳＥＭ画像を示す図である。 実施例２における画像信号の実画像を示す図である。 実施例２における欠陥部のＳＥＭ画像を示す図である。 実施例３における画像信号の実画像を示す図である。 実施例３における欠陥部のＳＥＭ画像を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るフォトマスクの欠陥検査方法の実施形態について説明する。本実施形態において、フォトマスクの欠陥検査工程は、フォトマスク製造の一工程として実施される。本実施形態では、フォトマスクの欠陥検査工程を、フォトマスク製造の全体構成と共に説明する。

図１は、本実施形態におけるフォトマスク製造方法の処理手順を示すフローチャートである。図１は、フォトマスク製造の主な工程のみを図示している。ここでは、フォトマスク製造の主な工程について説明する。

図１に示すように、フォトマスク製造方法は、フォトマスクの準備工程（Ｓ１）、遮光膜パターン形成工程（Ｓ２）、遮光膜パターンの欠陥検査工程（Ｓ３）、遮光膜パターンの欠陥修正工程（Ｓ４）、半透明膜パターン形成工程（Ｓ５）、半透明膜パターンの欠陥検査工程（Ｓ６）、半透明膜パターンの欠陥修正工程（Ｓ７）の各工程を順に備える。このうち、遮光膜パターンの欠陥検査工程（Ｓ３）において、本発明に係るフォトマスクの欠陥検査方法による検査が行われる。以下、各工程について説明する。

フォトマスクの準備工程（Ｓ１）は、透明基板の上に半透明膜が形成され、その上に遮光膜が形成されたフォトマスクを準備する工程である。本実施形態において、遮光膜は、最上層に形成される薄膜である。また、半透明膜は、遮光膜の下層に形成される薄膜である。

遮光膜パターン形成工程（Ｓ２）は、工程（Ｓ１）で準備されたフォトマスクの遮光膜をエッチング加工して、マスクパターンとしての遮光膜パターン（遮光膜の遮光パターン）を形成する工程である。

遮光膜パターンの欠陥検査工程（Ｓ３）は、工程（Ｓ２）で形成された遮光膜パターンの残渣欠陥部を検出する工程である。本工程（Ｓ３）については後述する。工程（Ｓ３）において、残渣欠陥部が検出された場合には、次の工程（Ｓ４）へ移行する。また、残渣欠陥部が検出されなかった場合には、工程（Ｓ５）に移行する。

遮光膜パターンの欠陥修正工程（Ｓ４）は、工程（Ｓ３）で検出された遮光膜パターンの残渣欠陥部を修正する工程である。なお、図示していないが、工程（Ｓ４）の後、洗浄工程が実施され、遮光膜パターンが洗浄される。その後、再び工程（Ｓ３）の欠陥検査が実施される。この欠陥検査において、残渣欠陥部が検出された場合には、工程（Ｓ４）に戻って、再び残渣欠陥部の修正が実施される。また、残渣欠陥部が検出されなかった場合には、次の工程（Ｓ５）に移行する。

半透明膜パターン形成工程（Ｓ５）は、遮光膜パターンから露出する半透明膜をエッチング加工して、マスクパターンとしての半透明膜パターンを形成する工程である。
半透明膜パターンの欠陥検査工程（Ｓ６）は、工程（Ｓ５）で形成された半透明膜パターンの残渣欠陥部を検出する工程である。この工程（Ｓ６）において、残渣欠陥部が検出された場合には、次の工程（Ｓ７）へ移行する。また、残渣欠陥部が検出されなかった場合には、他の加工工程（不図示）に移行する。

半透明膜パターンの欠陥修正工程（Ｓ７）は、工程（Ｓ６）で検出された半透明膜パターンの残渣欠陥部を修正する工程である。なお、図示していないが、工程（Ｓ７）の後、洗浄工程が実施され、半透明膜パターンが洗浄される。その後、例えばリソグラフィシミュレーション顕微鏡による品質検査が実施される。この品質検査において、残渣欠陥部を修正した部分の品質が、予め設定された品質基準を満たさない場合には、工程（Ｓ７）に戻って、再び残渣欠陥部の修正が実施される。また、残渣欠陥部を修正した部分の品質が、予め設定された品質基準を満たした場合には、次の加工工程（不図示）に移行する。

２．フォトマスク製造装置の構成
次に、本実施形態におけるフォトマスク製造装置について説明する。このフォトマスク製造装置は、上述したフォトマスク製造方法を実施するための装置である。図２は、本実施形態におけるフォトマスク製造装置１を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては、後述する図３及び図４に示す構成要件及びその符号を適宜に引用する。

図２に示すように、フォトマスク製造装置１は、薄膜パターン形成部２と、１層目検査部３と、薄膜パターン修正部４と、２層目検査部５と、を備える。

薄膜パターン形成部２は、フォトマスク１０に形成された２層の薄膜をそれぞれエッチング加工して、マスクパターンとしての半透明膜パターン１２及び遮光膜パターン１３を形成する装置である。パターン形成前のフォトマスク１０は、後述するように、透明基板１１と、透明基板１１の上に形成された半透明膜１２Ａ及び遮光膜１３Ａと、を有する。なお、薄膜パターン形成部２には、レジスト塗布装置、電子線描画装置、エッチング装置、レジスト剥離装置、洗浄装置等（いずれも不図示）が含まれる。

１層目検査部３は、遮光膜パターン１３の形成されたフォトマスク１０を検査し、遮光膜パターン１３の残渣欠陥部を検出する装置である。１層目検査部３の構成については後述する。

薄膜パターン修正部４は、遮光膜パターン１３の残渣欠陥部、及び半透明膜パターン１２の残渣欠陥部にアシストガスを供給しながら電子線を照射することにより、残渣欠陥部をエッチング除去する装置である。本実施形態では、薄膜パターン修正部４として、ＥＢ修正装置が用いられる。

２層目検査部５は、ＥＢ修正装置により修正された半透明膜パターン１２を評価する装置である。本実施形態では、２層目検査部５として、１層目検査部３と同じ構成の装置が用いられる。

３．フォトマスク製造の主な工程
次に、本実施形態におけるフォトマスク製造の全体的な流れを、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態におけるフォトマスク製造方法を示す工程図である。また、図４（ｆ）〜（ｉ）は、本実施形態におけるフォトマスク製造方法を示す概略工程図である。図３（ａ）〜（ｅ）及び図４（ｆ）〜（ｉ）は、連続する一連の工程図である。本実施形態では、フォトマスクとして、ハーフトーン型位相シフトマスクを製造する場合について説明する。以下、本実施形態におけるフォトマスクの製造工程を、（１）〜（５）の順に説明する。

＜フォトマスクの準備工程＞
（１） 図３（ａ）に示すように、フォトマスク１０を準備する。フォトマスク１０は、薄膜パターン形成部２に設置される。フォトマスク１０は、透明基板１１と、透明基板１１の上に形成された半透明膜１２Ａと、半透明膜１２Ａの上に形成された遮光膜１３Ａと、を有する。なお、本実施形態では、パターン化されていない膜には符号Ａを付して、例えば「半透明膜１２Ａ」と表記する。

透明基板１１としては、ＡｒＦエキシマレーザを高い透過率で透過する材料が好ましい。例えば、合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウム等が挙げられる。中でも、従来の位相シフトマスクにおける実績から、合成石英ガラスが好適に用いられる。

本実施形態において、半透明膜１２Ａの膜厚は、この部分を透過する波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザの光と、透明基板１１が露出している部分を透過する波長１９３ｎｍのエキシマレーザの光との位相が反転するように設定される。また、半透明膜１２Ａは、通常、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザの透過率が６％程度となるように設定される。

半透明膜１２Ａの材料としては、従来のＡｒＦエキシマレーザ用ハーフトーン型位相シフトマスクの半透明膜に用いられる材料が挙げられる。例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料であるモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）等の化合物を用いることができる。

また、半透明膜１２Ａは、例えば、モリブデンとシリコンの混合ターゲットを用い、アルゴン、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気中において、反応性スパッタリング法により形成することができる。

遮光膜１３Ａは、遮光膜パターン１３を形成するための薄膜である。遮光膜パターン１３は、半透明膜１２Ａをエッチング加工して、半透明膜パターン１２を形成する際のエッチングマスクとして機能する。

遮光膜１３Ａを構成する材料の具体例としては、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＮＯ等のクロム系の材料や、Ｔａ、ＴａＯ、ＴａＮ、ＴａＮＯ等のタンタル系の材料を挙げることができる。なお、遮光膜１３Ａは、同一材料から構成される単層構造であってもよく、２種以上の異なる材料から構成される多層構造であってもよい。

遮光膜１３Ａの形成には、公知の真空成膜の手法を適用することができる。例えば、遮光膜１３Ａがクロム膜（Ｃｒ）の場合は、クロムのターゲットを用い、アルゴンガス雰囲気中において、反応性スパッタリング法により形成することができる。

＜遮光膜パターンの形成工程＞
（２） 上記（１）の工程で準備されたフォトマスク１０を、薄膜パターン形成部２（図２参照）のレジスト塗布装置（不図示）にセットし、図３（ｂ）に示すように、遮光膜１３Ａの上に、レジスト層１４Ａを形成する。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、遮光膜１３Ａとレジスト層１４Ａの間に異物２１が混入したことにより、欠陥が生じる例を示している。なお、欠陥の発生する形態は、異物２１が混入する他に、レジスト層１４Ａの表面に異物が付着する場合がある。この場合は、薄膜パターン形成部２（図２参照）の電子線描画装置（不図示）において、電子線パターン描画を行った際に、その部位の電子線照射量が不足し、不要な余剰部分を残したレジストパターンが形成されてしまう。また、レジストパターンの形状不良に起因して不要な余剰部分が形成されることにより、残渣欠陥が発生する場合もある。なお、図２では、残渣欠陥となる箇所が１箇所の例を示すが、残渣欠陥は、複数箇所に発生することもある。

次に、図３（ｂ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、薄膜パターン形成部２（図２参照）の電子線描画装置（不図示）にセットし、図３（ｃ）に示すように、電子線パターン描画によるパターン形成方法を用いて、レジストパターン１４を形成する。

続いて、レジストパターン１４の形成されたフォトマスク１０を、薄膜パターン形成部２（図２参照）のエッチング装置（不図示）にセットし、図３（ｄ）に示すように、遮光膜１３Ａをエッチング加工して、遮光膜パターン１３を形成する。遮光膜１３Ａをエッチング加工する方法としては、例えば、遮光膜１３Ａがクロム系材料から構成される場合には、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングの方法を用いることができる。また、遮光膜１３Ａがタンタル系材料から構成される場合には、塩素系ガスを用いたドライエッチングの方法を用いることができる。

次に、図３（ｄ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、薄膜パターン形成部２（図２参照）のレジスト剥離装置（不図示）にセットし、図３（ｅ）に示すように、レジストパターン１４を除去する。通常、レジストパターン１４を除去する工程、又はその後の洗浄工程（不図示）において、異物２１も除去される。しかし、遮光膜１３Ａをエッチング加工する際に、レジストパターン１４から露出した異物２１の部分により覆われていた遮光膜１３Ａの部分には、不要な余剰部分である残渣欠陥部２２が形成される。

なお、残渣欠陥部２２は、遮光膜１３Ａから形成されたものである。残渣欠陥部２２を構成する材料は、遮光膜パターン１３を構成する材料と同じである。但し、図３（ｅ）等においては、残渣欠陥部２２の断面を、遮光膜パターン１３の断面とは異なる向き斜線で示している。

＜遮光膜パターンの欠陥検査工程＞
（３） 図３（ｅ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、１層目検査部３（図２参照）にセットし、遮光膜パターン１３に形成された残渣欠陥部２２を検出する前検査工程を実施する（以下、遮光膜パターンの欠陥検査を「１層目外観検査」ともいう）。

１層目外観検査では、１層目検査部３において、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍの検査光がフォトマスク１０に照射され、遮光膜パターン１３の透過像及び反射像が撮像される。

なお、１層目外観検査において、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が２０％以上となる、波長１９３ｎｍの検査光をフォトマスク１０に照射して、遮光膜パターン１３の透過像及び反射像を撮像してもよい。

１層目外観検査において、透過光で撮像する場合、黒領域は、遮光膜パターン１３となる。また、白領域は、半透明膜１２Ａとなる。一方、反射光で撮像する場合、黒領域は、半透明膜１２Ａとなる。また、白領域は、遮光膜パターン１３となる。ここで、黒領域とは、フォトマスク１０において、最も暗いとみなされる部分である。また、白領域とは、フォトマスク１０において、最も明るいとみなされる部分である。反射光においては、遮光膜パターン１３の反射率が高いため、遮光膜パターン１３が白領域となる。

また、１層目外観検査では、画像信号取得工程（後述）で取得された画像信号に基づいて、ダイ対ダイ（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ）の検査方式によりフォトマスク１０の欠陥が検査される。ダイ対ダイの検査方式とは、フォトマスク１０上の２つのダイ同士、即ち、フォトマスク１０に形成された同一のマスクパターン同士を比較する検査方式である。

この１層目外観検査において、残渣欠陥部２２が検出されない場合、フォトマスク１０は、他の加工工程に搬送される。一方、１層目外観検査において、残渣欠陥部２２が検出された場合、フォトマスク１０は、後述する遮光膜パターンの欠陥修正工程へ搬送される。１層目検査部３の具体的な構成については後述する。

＜遮光膜パターンの欠陥修正工程＞
（４） 図４（ｅ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、薄膜パターン修正部４（図２参照）にセットし、図４（ｆ）に示すように、アシストガス４１を供給しながら、遮光膜パターン１３の残渣欠陥部２２に電子線ＥＢを照射する。これにより、図４（ｇ）に示すように、残渣欠陥部２２がエッチング除去されたフォトマスクが得られる。

＜半透明膜パターンの形成工程＞
（５） 図４（ｇ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、薄膜パターン形成部２（図２参照）のエッチング装置（不図示）にセットする。そして、図４（ｈ）に示すように、遮光膜パターン１３から露出する半透明膜１２Ａをエッチング加工して、半透明膜パターン１２を形成する。

＜半透明膜パターンの欠陥検査工程＞
（６） 図４（ｈ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、２層目検査部５（図２参照）にセットし、半透明膜パターン１２に形成された残渣欠陥部を検出する後検査工程を実施する（以下、半透明膜パターンの欠陥検査を「２層目外観検査」ともいう）。２層目外観検査において、残渣欠陥部が検出されない場合、フォトマスク１０は、他の加工工程に搬送される。一方、２層目外観検査において、残渣欠陥部が検出された場合、フォトマスク１０は、後述する半透明膜パターンの欠陥修正工程へ搬送される。

２層目外観検査では、１層目外観検査と同じく、画像信号取得工程（後述）で取得された画像信号に基づいて、ダイ対ダイの検査方式によりフォトマスク１０の欠陥が検査される。
２層目外観検査では、２層目検査部５において、遮光膜パターン１３と半透明膜パターン１２との透過率の差が１２％未満となる、波長域の検査光がフォトマスク１０に照射され、半透明膜パターン１２の透過像及び反射像が撮像される。半透明膜パターンの欠陥検査工程では、Ｃｒ（遮光膜１３Ａ）の残り、異物の混入等、この段階でしか検出できない欠陥の有無が検査される。

なお、２層目外観検査において、透過光で撮像する場合に、黒領域は、半透明膜１２Ａとなる。また、白領域は、透明基板１１となる。反射光で撮像する場合、黒領域は、透明基板１１となる。また、白領域は、半透明膜１２Ａとなる。

＜半透明膜パターンの欠陥修正工程＞
（７） 図示は省略するが、図４（ｈ）までの工程で得られたフォトマスク１０を、薄膜パターン修正部４（図２参照）にセットし、アシストガスを供給しながら、半透明膜パターン１２の残渣欠陥部に電子線を照射する。これにより、図４（ｉ）に示すように、残渣欠陥部がエッチング除去されたフォトマスク１０が得られる。

４．１層目検査部３の構成
次に、１層目検査部３の構成について説明する。図５は、１層目検査部３の概略構成図である。図５に示すように、本実施形態の１層目検査部３は、レーザ光源３１と、ミラーＭ１，Ｍ２と、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ２と、コンデンサレンズＣＬと、対物レンズＯＬと、検査ステージ３２と、ＴＤＩセンサ３３と、画像処理装置３４と、を備える。１層目検査部３では、図３（ｅ）までの工程で得られたフォトマスク１０の検査が行われる。

１層目検査部３では、フォトマスク１０の透明基板１１側から照射され、半透明膜１２Ａを透過した透過光により得られる遮光膜パターン１３の透過像が撮像され、画像信号に変換される。また、１層目検査部３では、フォトマスク１０の遮光膜パターン１３側から照射され、透明基板１１、半透明膜１２Ａ又は遮光膜パターン１３で反射した反射光により得られる遮光膜パターンの反射像が撮像され、画像信号に変換される。

レーザ光源３１は、フォトマスク１０に検査光Ｌを照射する。レーザ光源３１から照射される検査光Ｌは、半透明膜１２Ａと遮光膜パターン１３との透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍのレーザ光である。

なお、後述するように、２層目検査部５として、１層目検査部３と同一構成の装置を用いる場合、レーザ光源３１から照射される検査光Ｌは、遮光膜パターン１３と半透明膜パターン１２との透過率の差が１２％未満となる波長域のレーザ光となる。

また、２層目検査部５として、１層目検査部３と同一構成の装置を用いる場合において、レーザ光源３１から照射される検査光Ｌは、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が２０％以上となる、波長１９３ｎｍの光であってもよい。

レーザ光源３１から照射された検査光Ｌは、ビームスプリッタＢＳ１により、透過像用の検査光Ｌ１と、反射光用の検査光Ｌ２とに分けられる。検査光Ｌ１は、ミラーＭ１及びコンデンサレンズＣＬを介して、フォトマスク１０に照射される。フォトマスク１０を透過した検査光Ｌ１は、対物レンズＯＬで集光され、透過光ＬＴとしてＴＤＩセンサ３３上に結像される。

一方、検査光Ｌ２は、ミラーＭ２、ビームスプリッタＢＳ２、及び対物レンズＯＬを介して、フォトマスク１０に照射される。そして、フォトマスク１０の透明基板１１、半透明膜１２Ａ又は遮光膜パターン１３において反射した検査光Ｌ２は、対物レンズＯＬで集光され、反射光ＬＲとしてＴＤＩセンサ３３上に結像される。

検査ステージ３２は、フォトマスク１０をＸ方向及びＹ方向に移動させる装置である。検査ステージ３２に保持されたフォトマスク１０を、Ｘ／Ｙ方向に移動させることにより、ＴＤＩセンサ３３（後述）において、フォトマスク１０に形成されたマスクパターンの全面を撮像することができる。

ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｒａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサ３３は、フォトマスク１０に形成されたマスクパターンの光学像（透過像、反射像）を撮像して画像信号に変換する撮像センサである。ＴＤＩセンサ３３は、ライン状に配置された受光素子（例えば、ＣＣＤ）を複数列備える。ＴＤＩセンサ３３では、複数列の受光素子で撮像された画像が積分露光され、画像信号に変換される。ＴＤＩセンサ３３の撮像により得られた透過光ＬＴ及び反射光ＬＲの画像信号は、不図示のセンサ回路（後述）を介して画像処理装置３４に出力される。

画像処理装置３４は、ＴＤＩセンサ３３で撮像された画像信号に基づいて、フォトマスク１０の欠陥を検出する装置である。画像処理装置３４は、シェーディング補正部３４１と、画像信号取得部３４２と、欠陥判定部３４３と、記憶部３４４と、を備える。なお、図示していないが、画像処理装置３４は、オペレータによるデータの入力等を受け付ける入力部（キーボード、マウス等）と、検査画像等を表示する表示部（モニタ装置）と、を備える。

シェーディング補正部３４１は、ＴＤＩセンサ３３においてマスクパターンの黒領域と白領域を撮像して得られた画像信号（後述するシェーディング補正用の画像信号）、入力部を介してオペレータにより指定された黒領域と白領域の階調目標値、予め設定された定数、初期ゲイン等に基づいて、ＴＤＩセンサ３３を構成する各受光素子のオフセット及びゲインを算出する。階調目標値とは、マスクパターンの黒領域と白領域において目標とする輝度である。なお、ＴＤＩセンサ３３のオフセット及びゲインは、透過光で検査する場合と、反射光で検査する場合とにおいて、それぞれ算出される。

オペレータが入力部を介して黒領域と白領域の階調目標値を指定すると、シェーディング補正部３４１において、マスクパターンにおける黒領域と白領域の輝度が、指定された階調目標値の階調範囲に収まるように、ＴＤＩセンサ３３を構成する各受光素子のオフセット及びゲインが算出される。

シェーディング補正部３４１において算出されたオフセット及びゲインは、ＴＤＩセンサ３３の各受光素子と接続されたセンサ回路（不図示）に設定される。センサ回路は、ＴＤＩセンサ３３の各受光素子で撮像されたアナログの画像信号を、デジタルの画像信号に変換した後、設定されたオフセット及びゲインに基づいて画像信号を補正する回路である。シェーディング補正部３４１で算出されたオフセット及びゲインをセンサ回路に設定することにより、ＴＤＩセンサ３３を構成する各受光素子の感度が補正される。なお、オペレータによる黒領域及び白領域の階調目標値の指定については後述する。

画像信号取得部３４２は、レーザ光源３１から、半透明膜１２Ａと遮光膜パターン１３との透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍの検査光Ｌをフォトマスク１０に照射させ、マスクパターンの光学像（透過像、反射像）をＴＤＩセンサ３３に撮像させる。上述した波長域の検査光Ｌをフォトマスク１０に照射することにより、ＴＤＩセンサ３３で撮像されるマスクパターンの解像度を向上させることができる。また、シェーディング補正部３４１で算出されたオフセット及びゲインを用いて、ＴＤＩセンサ３３を構成する各受光素子の感度を補正することにより、ＴＤＩセンサ３３で撮像されるマスクパターンのコントラストを向上させることができる。

画像信号取得部３４２は、フォトマスク１０上の２つのダイについて、ダイ対ダイの検査方式により、透過光ＬＴ及び反射光ＬＲの光学像をＴＤＩセンサ３３に撮像させて、検査用の画像信号を取得する。ＴＤＩセンサ３３で撮像された、２つのダイの検査用の画像信号は、記憶部３４４に記憶される。

また、画像信号取得部３４２は、フォトマスク１０の検査用の画像信号を撮像する前に、シェーディング補正部３４１がオフセット及びゲインを算出する際に使用するシェーディング補正用の画像信号（透過像、反射像）をＴＤＩセンサ３３に撮像させる。具体的には、画像信号取得部３４２は、フォトマスク１０に形成されたマスクパターンのうち、全面が黒領域及び全面が白領域となるそれぞれの領域の光学像をＴＤＩセンサ３３に撮像させ、シェーディング補正用の画像信号として記憶部３４４に記憶させる。

なお、ＴＤＩセンサ３３において、シェーディング補正用の画像信号を撮像する際には、検査用の画像信号を撮像する際に使用する検査光Ｌと同じ、半透明膜１２Ａと遮光膜パターン１３との透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍのレーザ光がフォトマスク１０のマスクパターンに照射される。

欠陥判定部３４３は、記憶部３４４に記憶された２つのダイの透過光ＬＴ及び反射光ＬＲの検査用の画像信号に基づいて、所定の比較論理回路により一致しない部分を検出し、その座標を欠陥位置情報として抽出する。

記憶部３４４は、ＴＤＩセンサ３３で撮像された検査用の画像信号、シェーディング補正用の画像信号、オペレータにより指定された黒領域と白領域の階調目標値、シェーディング補正部３４１により算出された各光学素子のオフセット及びゲインの値、欠陥判定部３４３により抽出された欠陥位置情報等を記憶する。

なお、２層目検査部５（図２参照）の基本的な構成は、１層目検査部３と同じであるため、図面を用いての説明を省略する。２層目検査部５による２層目外観検査では、遮光膜パターン１３と半透明膜パターン１２との透過率の差が１２％未満となる波長域の検査光がフォトマスク１０に照射される以外は、１層目検査部３による１層目外観検査とほぼ同じ手順により欠陥の検査が行われる。

５．フォトマスク欠陥検査（１層目外観検査）の処理手順
次に、１層目検査部３によるフォトマスク欠陥検査について説明する。図６は、１層目検査部３におけるフォトマスク欠陥検査方法の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、フォトマスク欠陥検査における主要な工程について説明する。図６に示すように、フォトマスク欠陥検査方法は、主な工程として、フォトマスクの準備工程（Ｓ１１）、シェーディング補正工程（Ｓ１２）、画像信号取得工程（Ｓ１３）、前検査工程（Ｓ１４）の各工程を順に備える。以下、各工程について説明する。

フォトマスクの準備工程（Ｓ１１）は、透明基板１１の上に半透明膜１２Ａが形成され、その上に遮光膜パターン１３が形成されたフォトマスク１０を準備する工程である。この工程で準備されるフォトマスク１０は、図３（ｅ）までの工程で得られたフォトマスク１０である。

シェーディング補正工程（Ｓ１２）では、シェーディング補正部３４１（画像処理装置３４）において、シェーディング補正用の画像信号、オペレータにより指定された黒領域と白領域の階調目標値等に基づいて、ＴＤＩセンサ３３を構成する各受光素子のオフセット及びゲインが算出される。算出されたオフセット及びゲインは、ＴＤＩセンサ３３の各受光素子と接続されたセンサ回路（不図示）に設定される。

画像信号取得工程（Ｓ１３）では、１層目検査部３のレーザ光源３１から、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍの検査光が、フォトマスク１０の所定領域に照射される。そして、１層目検査部３のＴＤＩセンサ３３により、フォトマスク１０の所定領域において、透明基板１１、及び透明基板１１上に形成された半透明膜１２Ａ及び遮光膜１３Ａの光学像（透過像及び反射像）が撮像され、画像信号に変換される。ＴＤＩセンサ３３の撮像により得られた画像信号は、記憶部３４４（画像処理装置３４）に記憶される。

前検査工程（Ｓ１４）では、欠陥判定部３４３（画像処理装置３４）において、ダイ対ダイの検査方式により、フォトマスク１０の欠陥が検査される。ここでは、ＴＤＩセンサ３３の撮像により得られた画像信号に基づいて、所定の比較論理回路により一致しない部分が検出され、その座標が欠陥位置情報として抽出される。抽出された欠陥位置情報は、記憶部３４４に記憶される。

６．シェーディング補正の実施例
次に、図６のシェーディング補正工程（Ｓ１２）におけるシェーディング補正の実施例について説明する。ここでは、マスクパターン上の黒領域を撮像した画像によりオフセットを設定する第１実施例と、レーザ光源１をシャッタオフして撮像した画像を黒領域としてオフセットを設定する第２実施例について説明する。

６−１．第１実施例によるシェーディング補正
図７は、第１実施例によるシェーディング補正の説明図である。図７（ａ）は、マスクパターンの各領域で撮像した画像信号の信号出力を示す図である。図７（ｂ）は、１層目外観検査において、シェーディング補正後に撮像した画像信号の信号出力を示す図である。図７（ｃ）は、２層目外観検査において、シェーディング補正後に撮像した画像信号の信号出力を示す図である。

図７（ａ）〜（ｃ）では、透過光の信号出力を実線、反射光の信号出力を破線で示す。また、図７は、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が１２％以上となる、波長２５７ｎｍの検査光をフォトマスク１０に照射したときに得られた信号出力を示している。なお、第１実施例では、欠陥検査装置として、ＫＬＡテンコール社製の「ＫＬＡ５ＸＸ ＸＲプラットフォーム」を用いた。

図７（ａ）〜（ｃ）において、上段は、フォトマスク１０のマスクパターン（平面図）であり、透明基板１１、半透明膜１２Ａ（半透明膜パターン１２）、遮光膜パターン１３の形状を模式的に示している。下段は、各領域で撮像された画像信号の信号出力を示している。下段の横軸は、上段に示したフォトマスク１０の左端から右端までの距離を示している。縦軸の０〜２５５は、２５６階調のデジタル値で示された信号出力であり、０値は黒、２５５値は白を示している。また、図７（ａ）〜（ｃ）では、透過光の信号出力を実線、反射光の信号出力を破線でそれぞれ示している。

図７（ａ）に示すように、シェーディング補正せずに撮像した画像信号の場合、黒領域（遮光膜パターン１３）及び白領域（半透明膜１２Ａ）の階調値は、階調範囲０〜４０に収まる。シェーディング補正せずに撮像した画像信号では、有効的に使用可能なダイナミックレンジが狭いため、黒領域と白領域において良好なコントラストを得ることが難しい。

一方、第１実施例によるシェーディング補正では、透過光において、黒領域（遮光膜パターン１３）の階調目標値を５、白領域（半透明膜１２Ａ）の階調目標値を２５０に指定した。その結果、図７（ｂ）に示すように、透過光の画像信号において、黒領域及び白領域の輝度を、階調範囲５〜２５０に収めることができた。図７（ｂ）に示す画像信号では、有効的に使用可能なダイナミックレンジが広いため、黒領域と白領域において良好なコントラストを得ることができる。

１層目外観検査では、黒領域が遮光膜パターン１３により遮光されているため、透過光において、位相差による干渉が起こりにくく、黒領域と白領域との境界付近におけるアンダーシュートの発生が抑制される。そのため、透過光による１層目外観検査では、黒領域の階調目標値を小さくして、算出されるゲインを増やすことができる。

なお、後述するように、反射光による１層目外観検査では、アンダーシュート及びオーバーシュートが発生しやすい。そのため、反射光による１層目外観検査では、透過光による１層目外観検査ほど階調範囲を大きくとることができない。しかし、透過光による１層目外観検査において良好なコントラストが得られていれば、１００ｎｍ以上の欠陥を検出することは可能である。

なお、アンダーシュートとは、黒領域と白領域の境界付近の位相反転による部分的な光強度低下をいう。また、オーバーシュートとは、黒領域と白領域の境界付近の位相反転による部分的な光強度上昇をいう。アンダーシュート及びオーバーシュートについては後述する。

上述したように、１層目外観検査では、レーザ光源３１において、半透明膜１２Ａと遮光膜パターン１３との透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍの検査光Ｌをフォトマスク１０に照射するため、ＴＤＩセンサ３３で撮像されたマスクパターンのコントラストの低下を抑制しつつ、解像度を向上させることができる。また、シェーディング補正部３４１において、ＴＤＩセンサ３３を構成する各受光素子のオフセット及びゲインを補正することにより、黒領域と白領域の階調範囲を最適化して、より良好なコントラストを得ることができる。従って、マスクパターンにおける欠陥の検出感度を向上させることができる。

また、１層目外観検査において、レーザ光源３１から、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が２０％以上となる、波長１９３ｎｍの検査光Ｌをフォトマスク１０に照射した場合においても、同様の効果を得ることができる。

なお、１層目外観検査において、ゲインが大きくなると、ノイズ成分も大きく引き伸ばされる。しかしながら、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が１２％以上となる、波長域２１０〜２６０ｎｍの検査光を用いることにより、図７（ｂ）に示すように、ノイズ成分の引き伸ばしを最小限に抑えつつ、階調範囲を最大限に広げることができる。

同様に、２層目外観検査のシェーディング補正においても、黒領域（半透明膜パターン１２）及び白領域（透明基板１１）の階調目標値をそれぞれ指定した。２層目外観検査では、１層目外観検査の場合よりもマスクパターンのコントラストが高くなるため、２層目外観検査では、解像度を向上させるため、１層目外観検査時のときよりも検査光Ｌを短波長とした。即ち、２層目外観検査では、１層目外観検査のときほどコントラストの低下を考慮する必要がないため、遮光膜パターン１３と半透明膜パターン１２との透過率の差が１２％未満となる波長域の検査光Ｌを用いることにより、１層目外観検査よりも解像度を向上させることができる。なお、半透明膜１２Ａとして、透過率が高い材料（ＳｉＮ等）を用いたフォトマスクの場合には、２層目外観検査において、１層目外観検査で用いた波長域と同じ波長域の検査光が用いられる。

上述したように、２層目外観検査では、マスクパターンのコントラストが１層目外観検査のときよりも高くなる。そのため、２層目外観検査において、１層目外観検査よりもゲインを減少させることにより、図７（ｃ）に示すように、ノイズの引き伸ばしを少なくすることができる。従って、２層目外観検査において、ノイズによる擬似欠陥の検出を抑制することができる。

ここで、第１実施例の１層目外観検査及び２層目外観検査におけるアンダーシュート及びオーバーシュートについて説明する。図８（ａ）は、第１実施例の１層目外観検査における透過光の信号出力の例を示す説明図である。図８（ｂ）は、第１実施例の１層目外観検査における反射光の信号出力の例を示す説明図である。図９（ａ）は、第１実施例の２層目外観検査における透過光の信号出力の例を示す説明図である。図９（ｂ）は、第１実施例の２層目外観検査における反射光の信号出力の例を示す説明図である。図８及び図９に示す縦横軸は、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す縦横軸にそれぞれ対応する。

図８に示す１層目外観検査において、黒領域は、遮光膜パターンとなり、遮光されているため、透過光の信号出力には、アンダーシュート及びオーバーシュートが発生しない。そのため、図８（ａ）に示すように、透過光による１層目外観検査では、ノイズ成分の引き伸ばしを最小限に抑えることを考慮して階調目標値を指定する。図８（ａ）における階調差Ｄは、約２１０階調である。

また、反射光による１層目外観検査では、アンダーシュート及びオーバーシュートが発生しやすい。そのため、図８（ｂ）に示すように、アンダーシュート及びオーバーシュートの影響を考慮して黒領域と白領域の階調目標値を指定する。本例では、アンダーシュート及びオーバーシュートの影響を考慮して黒領域と白領域の階調目標値を指定した結果、階調差Ｄが約１００階調となった。後述する反射光による２層目外観検査での階調差Ｄに対して６０％程度の階調差が確保されている。

図９に示す２層目外観検査では、白領域が透明基板となり、黒領域が半透明膜パターンとなる。透過光による２層目外観検査では、アンダーシュートが発生しやすい。そのため、図９（ａ）に示すように、透過光による２層目外観検査では、アンダーシュートの影響を考慮して黒領域の階調目標値を指定する。図９（ａ）では、黒領域の階調目標値を５０に指定した例を示す。図９（ａ）における階調差Ｄは、約１９０階調である。

また、反射光による２層目外観検査では、アンダーシュートが発生しやすい。そのため、反射光による２層目外観検査では、図９（ｂ）に示すように、アンダーシュートの影響を考慮して階調目標値を指定する。図９（ｂ）では、黒領域の階調目標値を６５に指定した例を示す。図９（ｂ）において、階調差Ｄは、約１６０階調となった。従って、２層目外観検査では、透過光及び反射光のいずれにおいても、約１６０階調以上の階調差を確保することができた。

なお、図示は省略するが、第１実施例の１層目外観検査及び２層目外観検査において、それぞれオフセット及びゲインが最適化されるように、黒領域及び白領域の階調目標値を指定したところ、ノイズ成分の差分は最大で６階調となった。２５６階調の範囲において、６階調の差は軽微と考えられる。

６−２．第２実施例によるシェーディング補正
図１０は、第２実施例によるシェーディング補正の説明図である。図１０（ａ）は、マスクパターンの各領域で撮像した画像信号の信号出力を示す図である。図１０（ｂ）は、１層目外観検査において、シェーディング補正後に撮像した画像信号の信号出力を示す図である。図１０（ｃ）は、２層目外観検査において、シェーディング補正後に撮像した画像信号の信号出力を示す図である。

図１０（ａ）〜（ｃ）では、透過光の信号出力を実線、反射光の信号出力を破線で示す。また、図１０は、遮光膜パターン１３と半透明膜１２Ａとの透過率の差が１２％以上となる、波長２１３ｎｍの検査光をフォトマスク１０に照射したときに得られた信号出力を示している。なお、第２実施例では、欠陥検査装置として、レーザーテック社製の「ＭＡＴＲＩＣＳシリーズ」を用いた。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示す上段、下段の図は、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）に示す上段、下段の図に対応するため説明を省略する。
第２実施例における検査光の波長は、第１実施例における検査光の波長２５７ｎｍよりも短い波長２１３ｎｍであるため、第１実施例よりも光強度が低下している。そのため、図１０（ａ）に示すように、透過光の半透明膜１２Ａにおける信号出力は、図７（ａ）に示す第１実施例の場合よりも低下している。

第２実施例において、透過光による１層目外観検査では、レーザ光源３１をシャッタオフして撮像した画像を黒領域として撮像し、半透明膜１２Ａを白領域として撮像する。一方、反射光による１層目外観検査では、レーザ光源３１をシャッタオフして撮像した画像を黒領域として撮像し、遮光膜パターン１３を白領域として撮像する。

第２実施例によるシェーディング補正では、透過光において、白領域となる半透明膜１２Ａの階調目標値を２２０に指定した。黒領域側は、レーザ光源３１をシャッタオフして撮像した画像を使用するため、目標階調値を指定していない。その結果、図１０（ｂ）に示すように、ＴＤＩセンサ３３により撮像された画像信号において、半透明膜１２Ａ及び遮光膜パターン１３における黒領域及び白領域の輝度を、所定の階調範囲に収めることができた。図１０（ｂ）に示すように、透過光による画像信号の信号出力では、有効的に使用可能なダイナミックレンジが広いため、黒領域と白領域において良好なコントラストを得ることができる。

第２実施例において、反射光は、レーザ光源３１をシャッタオフして撮像した画像を黒領域としている。そのため、図１０（ｂ）に示すように、１層目外観検査では、第１実施例（図７（ｂ）参照）に比べて、黒領域の信号出力は大きく引き伸ばされていない。一方、透過光の信号出力は、第１実施例と同じく大きく引き伸ばすことができるため、黒領域及び白領域において良好なコントラストを得ることができる。

また、第２実施例による１層目外観検査においても、黒領域が遮光膜パターン１３により遮光されているため、黒領域と白領域との境界でアンダーシュートが発生しない。そのため、第１実施例の場合と同様に、透過光による１層目外観検査において、白領域の目標階調値を大きくして、算出されるゲインを増やすことができる。従って、第２実施例においても、透過光による１層目外観検査において、良好なコントラストが得られるため、マスクパターンにおける欠陥の検出感度を向上させることができる。

また、第２実施例のシェーディング補正においても、信号出力を大きく引き伸ばすと、信号に含まれるノイズ成分も大きく引き伸ばされる。そのため、設定するゲインを最適化することにより、ノイズ成分の引き伸ばし量を最小限に抑制することができる。

また、第２実施例においても、２層目外観検査では、１層目外観検査の場合よりもゲインを減少させることにより、図１０（ｃ）に示すように、ノイズの引き伸ばしを少なくすることができる。そのため、２層目外観検査において、ノイズによる擬似欠陥の検出を抑制することができる。

ここで、第２実施例の１層目外観検査及び２層目外観検査におけるアンダーシュート及びオーバーシュートについて説明する。図１１（ａ）は、第２実施例の１層目外観検査における透過光の信号出力の例を示す説明図である。図１１（ｂ）は、第２実施例の１層目外観検査における反射光の信号出力の例を示す説明図である。図１２（ａ）は、第２実施例の２層目外観検査における透過光の信号出力の例を示す説明図である。図１２（ｂ）は、第２実施例の２層目外観検査における反射光の信号出力の例を示す説明図である。図１１及び図１２に示す縦横軸は、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す縦横軸にそれぞれ対応する。

第２実施例の１層目外観検査では、レーザ光源３１をシャッタオフして撮像した画像が黒領域となる。図１１（ａ）に示すように、透過光による１層目外観検査では、ノイズ成分の引き伸ばしを最小限に抑えることを考慮して階調目標値を指定する。図１１（ａ）における階調差Ｄは、約２１０階調である。

また、反射光による１層目外観検査では、アンダーシュートの影響が大きくなる。そのため、図１１（ｂ）に示すように、反射光による１層目外観検査での階調差Ｄは、本例では約１５階調程度となった。このように、反射光による１層目外観検査では、十分な階調差を得ることはできないが、マスクパターンのエッジ部分に欠陥が生じると、アンダーシュートのグラフが変動する。そのため、アンダーシュートのグラフを検証することにより、マスクパターンのエッジ部分に生じる欠陥を検出することができる。

図１２示す２層目外観検査では、白領域が透明基板となり、レーザ光源３１をシャッタオフして撮像した画像が黒領域となる。図１２（ａ）に示すように、透過光による２層目外観検査では、ノイズ成分の引き伸ばしを最小限に抑えることを考慮して階調目標値を指定する。図１２（ａ）における階調差Ｄは、約２２５階調である。

また、反射光による２層目外観検査では、アンダーシュートが発生しやすい。そのため、反射光による２層目外観検査では、図１２（ｂ）に示すように、アンダーシュートの影響を考慮して階調目標値を指定する。図１２（ｂ）では、白領域の階調目標値を２２０に指定した例を示す。図１２（ｂ）における階調差Ｄは、約１７０階調である。従って、２層目外観検査では、透過光及び反射光のいずれにおいても、約１７０階調以上の階調差を確保することができた。

なお、図示は省略するが、第２実施例の１層目外観検査と２層目外観検査において、それぞれゲインが最適化されるように、白領域の階調目標値を指定したところ、ノイズ成分の差分は最大で２階調となった。２５６階調の範囲において、２階調の差は軽微と考えられる。

７．検査画像の実施例
＜実施例１：第１実施例による検査画像＞
実施例１は、第１実施例のシェーディング補正により画像信号を撮像した例を示す。図１３は、実施例１における画像信号の実画像を示す図である。図１３（ａ）は、実施例１において、透過光により撮像した画像信号をモニタ画面に表示した実画像を示す。図１３（ｂ）は、実施例１において、反射光により撮像した画像信号をモニタ画面に表示した実画像を示す。図１４は、実施例１における欠陥部のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）画像を示す図である。

図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１実施例のシェーディング補正により撮像された画像信号では、透過光及び反射光のいずれにおいても、微細な欠陥部（図中、黒枠の部分）が検出されている。この欠陥部は、図１４のＳＥＭ画像に示すように、フォトマスクにおいて、半透明膜パターンと遮光膜パターンとの境界付近に存在している（図中、丸枠の部分）。なお、図１３及び図１４にはスケールを示していないが、欠陥部の大きさは、およそ１００ｎｍである。

＜実施例２：第２実施例による検査画像１＞
実施例２は、第２実施例のシェーディング補正により画像信号（検査画像１）を撮像した例を示す。図１５は、実施例２における画像信号の実画像を示す図である。図１５（ａ）は、実施例２において、反射光により撮像した画像信号をモニタ画面に表示した実画像を示す。図１５（ｂ）は、実施例２において、反射光により撮像した画像信号をモニタ画面に表示した実画像を示す。図１６は、実施例２における欠陥部のＳＥＭ画像を示す図である。

図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施例のシェーディング補正により撮像した画像信号では、微細な欠陥部（図中、黒線の部分）が検出されている。この欠陥部は、図１６のＳＥＭ画像に示すように、フォトマスクの遮光膜パターン（図中、黒ラインの部分）上に存在している。図１５（ａ）に示す実画像では、欠陥部を視認しにくいが、図１５（ｂ）に示す実画像では、遮光膜パターン上の欠陥部を明瞭に視認することができる。なお、図１５（ａ）、（ｂ）に示す１ｕｍのスケールを参照すると、欠陥部の大きさは、およそ１００ｎｍである。

＜実施例３：第２実施例による検査画像２＞
実施例３は、第２実施例のシェーディング補正により画像信号（検査画像２）を撮像した例を示す。図１７は、実施例３における画像信号の実画像を示す図である。図１７（ａ）は、実施例３において、透過光により撮像した画像信号をモニタ画面に表示した実画像を示す。図１７（ｂ）は、実施例３において、反射光により撮像した画像信号をモニタ画面に表示した実画像を示す。図１８は、実施例３における欠陥部のＳＥＭ画像を示す図である。

図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施例のシェーディング補正により撮像した画像信号では、透過光及び反射光のいずれにおいても、微細な欠陥部（図中、黒点の部分）が検出されている。この欠陥部は、図１８のＳＥＭ画像に示すように、フォトマスクの微小パターン（図中、二重の白ラインの部分）上に存在している。このように、本例では、ノイズ成分が少ないため、ノイズによる擬似欠陥の発生を抑えて、微細な欠陥部のみを検出することができた。なお、図１７（ａ）、（ｂ）に示す１ｕｍのスケールを参照すると、欠陥部の大きさは、およそ１００ｎｍである。

以上説明したように、本実施形態におけるフォトマスクの欠陥検査方法によれば、透明基板上に半透明膜と遮光膜パターンとが形成されたフォトマスクの外観検査において、ノイズによる擬似欠陥の発生を抑制しつつ、１００ｎｍ程度の微細な残渣欠陥部の検出感度を向上させることができる。

また、本実施形態におけるフォトマスクの欠陥検査方法を実施することにより、製造段階のフォトマスクに発生した致命的な欠陥を早期に発見することができる。また、フォトマスクの製造段階において、欠陥の発生したプロセスの絞り込みが容易となる。更に、後段で実施される本検査後のマスクパターン修正により、歩留まりの向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した各実施形態の構成は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
（変形形態）

本実施形態では、１層目外観検査において、ダイ対ダイの検査方式によりフォトマスク１０の欠陥を検査する例について説明した。これに限らず、１層目外観検査において、ダイ対データベースの検査方式によりフォトマスク１０の欠陥を検査するようにしてもよい。ダイ対データベース検査方式とは、フォトマスク１０上のダイから取得した画像信号による遮光パターンと、データベースに記憶された設計パターンとに基づいて、所定の比較論理回路により一致しない部分を検出し、その座標を欠陥位置情報として抽出する検査方式である。

同様に、本実施形態では、２層目外観検査において、ダイ対ダイの検査方式によりフォトマスク１０の欠陥を検査する例について説明した。これに限らず、２層目外観検査において、ダイ対データベースの検査方式によりフォトマスク１０の欠陥を検査してもよい。

１ フォトマスク製造装置
２ 薄膜パターン形成部
３ １層目検査部
４ 薄膜パターン修正部
５ ２層目検査部
１０ フォトマスク
１１ 透明基板
１２ 半透明膜パターン
１２Ａ 半透明膜
１３ 遮光膜パターン
１３Ａ 遮光膜
３１ レーザ光源
３３ ＴＤＩセンサ
３４ 画像処理装置
３３１ シェーディング補正部
３４２ 画像信号取得部
３４３ 欠陥判定部
３４４ 記憶部

Claims (8)

1. 透明基板と、当該透明基板上に形成され、露光光の位相及び透過率を制御する半透明膜と、当該半透明膜上に形成された遮光膜と、を備えたフォトマスクの欠陥検査方法であって、
   前記透明基板上に、前記半透明膜と、前記遮光膜の遮光パターンとがマスクパターンとして形成されたフォトマスクを準備する工程と、
   撮像センサにおいて前記フォトマスクに形成されたマスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する際に、前記マスクパターンにおける黒領域と白領域の輝度が所定の階調範囲に収まるように、指定された黒領域と白領域の階調目標値に基づいて、前記撮像センサのオフセット及びゲインを設定する第１シェーディング補正工程と、
   前記マスクパターンにおける黒領域と白領域との透過率の差が所定値以上となる波長域の検査光を前記フォトマスクに照射し、前記撮像センサにおいて前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する第１画像信号取得工程と、
   前記第１画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて前記フォトマスクの欠陥を検査する第１検査工程と、
   を備えることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
2. 請求項１に記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記検査光の波長域は、前記マスクパターンにおける前記半透明膜と前記遮光膜との透過率の差が１２％以上となる、波長２１０〜２６０ｎｍの範囲であることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
3. 請求項１に記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記検査光は、前記マスクパターンにおける前記半透明膜と前記遮光膜との透過率の差が２０％以上となる、波長１９３ｎｍの光であることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記第１検査工程では、前記第１画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて、ダイ対ダイ方式により前記フォトマスクの欠陥を検査することを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記第１検査工程の後工程として、
   前記透明基板上に、前記半透明膜による半透明膜パターン及び前記遮光膜による遮光パターンがマスクパターンとして形成されたフォトマスクを準備する工程と、
   撮像センサにおいて前記フォトマスクに形成されたマスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する際に、前記マスクパターンにおける黒領域と白領域の輝度が所定の階調範囲に収まるように、指定された黒領域と白領域の階調目標値に基づいて、前記撮像センサが前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する際のオフセット及びゲインを設定する第２シェーディング補正工程と、
   前記第１検査工程で用いた検査光と同じ波長域の検査光、又はそれよりも短波長の検査光を前記フォトマスクに照射し、前記撮像センサにおいて前記マスクパターンの光学像を撮像して画像信号に変換する第２画像信号取得工程と、
   前記第２画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて前記フォトマスクの欠陥を検査する第２検査工程と、
   を備えることを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記遮光膜は、クロム（Ｃｒ）又はタンタル（Ｔａ）を含む材料から構成され、
   前記半透明膜は、シリコン（Ｓｉ）を含む材料から構成されること、
   を特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記第１画像信号取得工程及び／又は前記第２画像信号取得工程では、
   前記フォトマスクの前記透明基板側から照射され、前記半透明膜を透過した透過光により得られる前記マスクパターンの光学像を前記撮像センサで撮像して透過光の画像信号に変換すると共に、前記フォトマスクの前記遮光膜側から照射され、前記透明基板、前記半透明膜又は前記遮光膜で反射した反射光により得られる前記マスクパターンの光学像を前記撮像センサで撮像して反射光の画像信号に変換すること、
   を特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。
8. 請求項５から７のいずれかに記載のフォトマスクの欠陥検査方法において、
   前記第２検査工程では、前記第２画像信号取得工程で取得された前記画像信号に基づいて、ダイ対ダイ方式により前記フォトマスクの欠陥を検査することを特徴とするフォトマスクの欠陥検査方法。