JP6373074B2 - マスク検査装置及びマスク検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスク検査装置及びマスク検査方法に関する。

大規模集積回路（Large Scale Integration; LSI）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路寸法は微細化の一途を辿っている。そして、半導体素子においては、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパまたはスキャナと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造されている。

多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。一方、最先端のデバイスでは、十数ｎｍの線幅のパターン形成が要求される状況となってきている。ここで、歩留まりを低下させる大きな要因として、マスクパターンの欠陥が挙げられる。半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴い、マスクパターンの欠陥も微細化している。

また、マスクの寸法精度を高めることで、プロセス諸条件の変動を吸収しようとしてきたこともあり、マスク検査においては、極めて小さなパターンの欠陥を検出することが必要になっている。こうしたことから、マスクのパターンを検査する検査装置に対して高い検査精度が要求されている。

マスク検査装置では、光源から出射された光が光学系を介してマスクに照射される。マスクはステージ上に保持され載置されており、ステージが移動することによって、照射された光がマスク上を走査する。マスクを透過あるいは反射した光は、レンズを介してセンサに結像する。そして、センサで撮像された光学画像を基に、マスクの欠陥検査が行われる。

マスク検査装置におけるマスク検査方法としては、ダイ−ダイ比較（Die-to-Die）検査方法と、ダイ−データベース（Die-to-Database）比較検査方法とが知られている。ダイ−ダイ比較検査方法は、異なる位置にある同一パターンの光学画像同士を比較する方法である。一方、ダイ−データベース検査方法は、マスク作成時に使用した描画データから生成される参照画像と、実際のマスクパターンの光学画像とを比較する方法である。

光学画像を生成するために、電荷蓄積型のＴＤＩ（Time Delay Integration）センサと、このＴＤＩセンサの出力を増幅するセンサアンプとが用いられている。透過光で検査する場合においては、例えば、ハーフトーン型位相シフトマスクは遮光膜とガラス基板のコントラストがある程度得られるため、クロムマスクと同様に検出光学系で受光したセンサ画像の光強度信号でマスクパターンを認識して欠陥判定を行う手法を採用している。

欠陥の形状によっては、マスク面の反射光を利用する方がコントラストを得やすい場合があり、異物検査機能などの用途で反射検査光学系を用いた検査方法もある。また、マスク厚のばらつきによる透過照明光の焦点ズレを容易に補正することにより、検出感度の高い欠陥検査を行う手法を採用している。

上記のダイ−ダイ比較検査方法において、一方の被検査領域を撮像する際にパルス光の光量変動があった場合に、センサ画素の出力変動により撮像されたパターンは、形状に変形が生じた如く撮像されてしまう。これに対し、他方の被検査領域を撮像する際にパルス光の光量変動がない場合に、撮像されたパターンは、対応するパターンの形状に変形が生じない。この場合、一方のセンサ画素と他方のセンサ画素との比較において欠陥と誤判定されてしまうことになる。このような場合に、センサ画素の出力変動を総光量で補正する方法が開示されている（特許文献１参照）。

また、マスクパターンを認識して欠陥判定を行う手法において、検出光学系の透過光と反射光とを分離するために、偏光ビームスプリッタ等ではなく全反射ミラー等からなる空間分離機構を設け試料からの透過光と反射光とをパターンの観察視野内で、空間的に分離された視野から得られるように分離することが開示されている。このように透過光と反射光を分離することで検出光学系において光量損失が生じるのを防止し、透過光と反射光の両方を利用して試料上のパターン欠陥を検査し、短波長光を用いた場合にあっても検出光学系における光量損失を抑制している（特許文献２参照）。

特許５３５０１２１号公報 特開２００４−３０１７５１号公報

ダイ−データベース比較検査では、検査中にレーザ光量低下、透過率異常などでセンサ画像が暗くなると、参照画像とのレベルを比較することでエラーを検知することができる。また、上記のとおりダイ−ダイ比較検査においては、一方のダイの検査時における光量と、他方のダイの検査時における光量が変化した場合に、センサ画素の出力変動を総光量で補正している。

しかし、ダイ−ダイ比較検査では、同一ストライプの各ダイで同様に光量低下、透過率異常などが生じている場合、ダイ比較において差分が生じず、欠陥を検出できないという問題がある。特に、マスク面内で徐々に変化すると透過率異常はダイ−ダイ比較検査において検知は困難である。また、透過光と反射光の両方を利用して試料上のパターン欠陥を検査するダイ−ダイ比較検査においても、透過光と反射光のそれぞれでダイ比較が行われることにより、光量低下、透過率異常などが生じている場合、欠陥を検出することは困難である。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、透過光で採取した画像と反射光で採取した画像を併用するダイ−ダイ比較検査において、光源光量低下、マスクの透過率異常、遮光膜の異物欠陥などを監視することができるマスク検査装置及びマスク検査方法を提供することにある。

本発明の１の態様は、パターンが形成されたマスクを保持するステージを駆動する駆動手段と、前記マスクに光を照射する光照射手段と、前記光を前記マスクに透過させる透過光学系と、前記光を前記マスクで反射させる反射光学系と、前記透過した透過光の光量信号を検出する透過光画像センサと、前記反射した反射光の光量信号を検出する反射光画像センサと、前記透過光画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、透過画像を生成する透過光センサアンプと、前記反射光画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、反射画像を生成する反射光センサアンプと、前記マスクの繰り返し領域の第１の領域から生成された前記透過画像と、前記第１の領域とは異なる第２の領域から生成された前記透過画像とを比較し、且つ、前記第１の領域から生成された前記反射画像と、前記第２の領域から生成された前記反射画像とを比較することにより、前記マスクのパターンの欠陥を判定するダイ−ダイ比較手段と、前記反射画像をトーン反転して振幅調整した反転反射画像を生成し、前記透過画像と前記反転反射画像との差分に基づいた透過反射差分画像を生成し、前記透過反射差分画像に設定された光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値とを比較することにより、異常を判定する監視手段とを備え、前記光量監視ポイントは、前記繰り返し領域に設定された光量監視領域に基づいて設定されることを特徴とするものである。

本発明の第１の態様において、前記光量監視領域は、パターンエッジと前記パターンエッジと隣接するパターンエッジとの間のベタパターンに設定されることが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記光量監視領域は、透過部分に設定された第１の光量監視領域と、遮光膜で形成された部分に設定された第２の光量監視領域を有し、前記光量監視ポイントは、第１の光量監視ポイントと第２の光量監視ポイントを有し、前記第１の光量監視ポイントは、前記第１の光量監視領域に基づいて設定され、前記第２の光量監視ポイントは、前記第２の光量監視領域に基づいて設定され、前記第１の光量監視ポイントの光量は、基準値より低く設定された第１のしきい値と比較され、前記第２の光量監視ポイントの光量は、基準値より低く設定された第２のしきい値と比較され、且つ、基準値より高く設定された第３のしきい値と比較されることが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記基準値は、前記第１の光量監視ポイントの光量及び前記第２の光量監視ポイントの光量が、正常時の光量の値であることが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記監視手段は、前記透過画像と前記反射画像の位置のアライメントをするアライメント手段を有することが好ましい。

本発明の第２の態様は、光源の光をマスクに照射し、前記マスクを透過した透過光を透過画像センサに結像し、前記マスクで反射した反射光を反射画像センサに結像し、前記透過画像センサ及び前記反射画像センサを前記マスクに対して相対的に移動させ、前記画像センサの各画素の出力を画素毎に透過センサアンプで増幅し透過画像を生成し、前記反射画像センサの各画素の出力を画素毎に反射センサアンプで増幅し反射画像を生成し、前記マスクに形成されたパターンの欠陥検査を行うマスク検査方法であって、前記マスクの繰り返し領域の第１の領域から生成された前記透過画像と、前記第１の領域とは異なる第２の領域から生成された前記透過画像とを比較し、前記第１の領域から生成された前記反射画像と、前記第２の領域から生成された前記反射画像とを比較することにより、前記マスクのパターンの欠陥を判定するステップと、前記反射画像をトーン反転して振幅調整した反転反射画像を生成し、前記透過画像と前記反転反射画像との差分に基づいた透過反射差分画像を生成し、前記透過反射差分画像に設定された光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値を比較することにより、異常を判定するステップと、を含むことを特徴とするものである。

本発明のマスク検査装置及びマスク検査方法によれば、透過光で採取した画像と反射光で採取した画像を併用するダイ−ダイ比較検査において、光源光量低下あるいは被検査マスクの透過率異常、さらには遮光腰部の異物欠陥を指摘するよう監視することができる。

実施形態のマスク検査装置の構成を示す概略図である。 ダイ−ダイ比較を示す模式図である。 ダイ−ダイ比較回路の構成を示す概略図である。 監視回路の構成を示す概略図である。 光量監視領域及び光量分布を示す光量分布図である。 異常時の光量分布を示す光量分布図である。 光学画像の取得手順を示す模式図である。

図１は、本発明のマスク検査装置の一例としてのマスク検査装置１００の構成を示す概略図である。

図１に示すマスク検査装置１００では、本実施の形態で必要な構成部を記載しているが、検査に必要な他の公知の構成部が含まれていてもよい。また、本明細書において、「〜手段」及び「〜回路」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができるが、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せやファームウェアとの組合せによって実施されるものであってもよい。プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置などの記録装置に記録される。

図１に示すマスク検査装置１００は、検査対象であるマスク１を保持するステージ２を有している。マスク１は、オートローダ３Ａからステージ２上に搬送される。オートローダ３Ａは、オートローダ制御回路３により制御される。

ステージ２は、駆動手段の一例として、Ｘ方向モータ４Ａと、Ｙ方向モータ４Ｂと、θ方向（水平回転方向）モータ４Ｃとによって、Ｘ方向、Ｙ方向及びθ方向に駆動される。これらのモータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの駆動制御は、ステージ制御回路４によって実行される。

ステージ２のＸ方向及びＹ方向の位置は、例えば、レーザ干渉計等のレーザ測長手段５と、このレーザ測長手段５に接続された位置回路５Ａとによって検出される。マスク１は、例えば、Ｘ方向に一定速度で連続移動しながらセンサの撮像が行われ、終端でＹ方向に移動した後、Ｘ方向に逆向きに一定速度で連続移動しながらセンサの撮像を行うといったことを、繰り返して被検査マスクの検査領域全面を撮像する。

また、マスク検査装置１００は、光照射手段の一例としてレーザ光を発する光源６を備えている。マスク検査装置１００は、光源６から発せられたレーザ光を、ビームスプリッタ７を介してマスク１に照射し透過させる透過光学系８と、光源６から発せられたレーザ光を、ビームスプリッタ７を介してマスク１に照射し反射させる反射光学系９を有している。

透過光学系８は、ミラー８ａ、対物レンズ８ｂ及び透過光画像センサの一例である透過光ＴＤＩセンサ１１Ａに透過光を結像させる対物レンズ８ｃを有している。また、反射光学系９は、ミラー９ａ、ビームスプリッタ９ｂ及び反射光画像センサの一例である反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂに反射光を結像させる対物レンズ９ｃを有している。

透過光ＴＤＩセンサ１１Ａ及び反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂの各ＴＤＩセンサは、例えば、２０４８画素×５１２画素（１画素が７０ｎｍ×７０ｎｍの場合、１４４μｍ×３６μｍ）の撮像領域を有する２次元のＣＣＤセンサで構成されている。すなわち、各ＴＤＩセンサは、ＴＤＩ方向に複数段（例えば、５１２段）のラインによって構成され、各ラインＬは複数の画素（例えば、２０４８画素）によって構成されている。

上記の各ＴＤＩセンサは、ＴＤＩ方向（５１２段方向）とステージ２のＸ方向が一致するように設置され、ステージ２が移動することにより、各ＴＤＩセンサがマスク１に対して相対的に移動することになり、各ＴＤＩセンサにマスク１のパターンが撮像されることになる。また、ステージ２の移動方向が反転されると、各ＴＤＩセンサの移動方向も反転され、各ＴＤＩセンサがマスク１に対して相対的に移動することになる。

なお、本実施形態のマスク検査装置１００では、画像センサとしてＴＤＩセンサを用いているが、ＴＤＩセンサに代えてラインセンサやエリアセンサのような他の画像センサを用いてもよい。

透過光ＴＤＩセンサ１１Ａは、透過光センサアンプ１２Ａと接続され、反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂは、反射光センサアンプ１２Ｂと接続されている。各センサアンプは、各ＴＤＩセンサから入力された各画素を画素毎に増幅し、光学画像を生成すると共に、例えば画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを設定しノーマライズする。

すなわち、透過光センサアンプ１２Ａは、透過光ＴＤＩセンサ１１Ａから入力された各画素を画素毎に増幅し、透過画像を生成し、反射光センサアンプ１２Ｂは、反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂから入力された各画素を画素毎に増幅し、反射画像を生成する。

透過光センサアンプ１２Ａで生成された透過画像及び反射光センサアンプ１２Ｂで生成された反射画像は、ダイ−ダイ比較手段の一例であるダイ−ダイ比較回路１３、及び監視手段の一例である監視回路１４に入力される。

ダイ−ダイ比較回路１３は、バッファメモリ１３ａ、バッファメモリ１３ｂ、透過光比較回路１３ｃ、反射光比較回路１３ｄ及び比較判定回路１３ｅを有している。また、監視回路１４は、透過画像入力回路１４ａ、反射画像入力回路１４ｂ、アライメント手段であるアライメント調整回路１４ｃとアライメント回路１４ｄ、トーン反転振幅調整回路１４ｅ、差分回路１４ｆ及び判定回路１４ｇを有している。ダイ−ダイ比較回路１３及び監視回路１４については後述する。

マスク検査装置１００は、通常のパターン欠陥検査のほか、透過光センサアンプ１２Ａ及び反射光センサアンプ１２Ｂのオフセット及びゲインの調整、ステージ２のアライメントなどの全体的な制御を実行する制御計算機２０を備えている。

この制御計算機２０には、上記の位置回路５Ａ、オートローダ制御回路３、ステージ制御回路４、ダイ−ダイ比較回路１３、監視回路１４、記憶装置２１、表示装置２２などが接続されている。

図２に示すようにダイ−ダイ比較は、マスク１に設けられた繰り返し領域としての複数のチップ（ダイ）の隣り合う２つのチップを比較し欠陥を判定するものである。例えば、図２に示すチップ１ａ内の第１の領域３１と、チップ１ａと隣接するチップ１ｂ内の第２の領域３２に対して光源６からの光の照射により生成された２つの光学画像を用いてダイ−ダイ比較をすることで、欠陥の有無を判定する。なお、実施形態ではチップ１ａとチップ１ｂは隣接しているがこれに限定されず、例えば、両チップは離れていてもよく、つまり第１の領域と第２の領域は異なる領域であればよい。

図２に示す第１の領域３１と第２の領域３２は、チップ１ａとチップ１ｂのそれぞれの部分を模式的に拡大したものである。これらの領域において、ハッチングが施された部分は、透明領域（ガラス露出部）で形成されている部分であり、ハッチングが施されていない部分は、遮光膜または遮光性のある半透明膜で形成されている部分である。なお、透明領域は膜のないガラス露出部であり、透明領域を透過部分という。また、遮光膜または遮光性のある半透明膜で形成されている部分を遮光膜という。

なお、この実施形態では、チップ内に形成されているパターン同士を比較しているがこれに限定されず、例えば、セル内に形成されている異なる領域のパターン同士を比較してもよい。

図３を用いてダイ−ダイ比較回路１３について説明する。図３に示すバッファメモリ１３ａでは、第１の領域３１を基に生成された透過画像Ｔ１と、第２の領域３２を基に生成された透過画像Ｔ２が一時的に記憶される。

また、バッファメモリ１３ｂでは、第１の領域３１を基に生成された反射画像Ｈ１と、第２の領域３２を基に生成された反射画像Ｈ２が一時的に記憶される。

バッファメモリ１３ａに記憶されている透過画像Ｔ１と透過画像Ｔ２は、透過光比較回路１３ｃに入力されて比較される。また、バッファメモリ１３ｂに記憶されている反射画像Ｈ１と反射画像Ｈ２は、反射光比較回路１３ｄに入力されて比較される。

透過光比較回路１３ｃ及び反射光比較回路１３ｄでの比較結果は、比較判定回路１３ｅに入力される。比較判定回路１３ｅは、透過光比較回路１３ｃ及び反射光比較回路１３ｄでの比較結果を算出し、予め定められた値を用いてマスク１の欠陥を判定する

比較判定回路１３ｅでは、例えば、透過と反射を組み合わせた比較判定アルゴリズムを用いて比較し、両者の差異がしきい値を超えた場合に、その箇所が欠陥と判定されるが、透過画像同士での比較、反射画像同士での比較であってもよい。

比較判定回路１３ｅでの検査結果は、記憶装置２１に保存される。その後、オペレータは、保存された検査結果を磁気ディスク装置などの記憶装置２１から読み出してディスプレイなどの表示装置２２に表示させ確認する。

また、保存されたマスク検査結果は、レビュー装置に送られ、オペレータによってレビューされる。このレビュー装置は検査装置の構成要素の１つであってもよく、また、検査装置の外部装置であってもよい。

上記のレビューは、オペレータによって検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかを判断する動作であり、このオペレータは、例えば、欠陥判定の根拠となった基準画像と、欠陥が含まれる光学画像とを見比べて修正の必要な欠陥であるか否かを判断する。

レビュー装置で判別された欠陥情報は、例えば、図１に示す記憶装置２１に保存される。レビュー装置で、例えば、１つでも修正すべき欠陥が確認されると、マスク１は、欠陥情報リストとともに、マスク検査装置１００の外部装置である修正装置に送られる。修正方法は、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって異なるので、欠陥情報リストには、凹凸の区別を含む欠陥の種別と欠陥の座標が添付される。

ダイ−ダイ比較回路１３を用いたダイ−ダイ比較検査について説明したが、ダイ−ダイ比較検査は上記の構成に限定されず、例えば、比較される２つのチップに対して別々の光学系を用いて光学画像を取得する構成であってもよい。

図４を用いて監視回路１４について説明する。図４に示す透過画像入力回路１４ａには、透過光センサアンプ１２Ａからの透過画像Ｔ１が入力され、同時に、反射画像入力回路１４ｂには、反射光センサアンプ１２Ｂからの反射画像Ｈ１が入力される。

なお、監視回路１４に入力される透過画像及び反射画像は、透過画像Ｔ１及び反射画像Ｈ１に限定されず、例えば、図２に示す繰り返し領域の一の領域で同時に生成される透過画像及び反射画像であればよい。

透過画像入力回路１４ａから出力された透過画像Ｔ１と反射画像入力回路１４ｂから出力された反射画像Ｈ１は、アライメント調整回路１４ｃに入力される。アライメント調整回路１４ｃでは、透過画像Ｔ１と反射画像Ｈ１の位置ずれが検知され、この位置ずれの結果は、アライメント回路１４ｄに入力される。

反射画像入力回路１４ｂから出力された反射画像Ｈ１は、アライメント回路１４ｄに入力され、上記の位置ずれの結果に基づいて位置の調整が行われる。すなわち、このアライメント手段により、透過画像Ｔ１と反射画像Ｈ１の位置、つまりタイミングが一致するように制御される。

アライメント回路１４ｄにおいて透過画像Ｔ１との位置ずれが調整された反射画像Ｈ１は、トーン反転振幅調整回路１４ｅに入力され、そして反転反射画像ＨＨ１として出力される。

この反転反射画像ＨＨ１は、例えば、反射画像Ｈ１を構成する光量の平均値を中心として、反射画像Ｈ１の各画素を反転させ、この反転された画像の振幅が調整されたものである。

透過画像入力回路１４ａから出力された透過画像Ｔ１及びトーン反転振幅調整回路１４ｅから出力された反転反射画像ＨＨ１は、差分回路１４ｆに入力される。差分回路１４ｆでは、（透過画像Ｔ１−反転反射画像ＨＨ１）のレベル差を求め、このレベル差に基づいて透過反射差分画像Ｓ１が生成される。

透過反射差分画像Ｓ１は、判定回路１４ｇに入力され、透過反射差分画像Ｓ１に設定された光量監視ポイントの光量と予め定められたしきい値が比較される。判定回路１４ｇでは、この比較に基づいてマスク検査装置１００及びマスク１の異常、例えば、光源６から照射される光量の低下、マスク１の透過率異常、遮光膜の異物欠陥などの異常が判定される。

上記の光量監視ポイントは、繰り返し領域、例えば、第１の領域３１に設定された光量監視領域に基づいて設定される。光量監視領域は、上記の繰り返し領域内のパターンエッジと、このパターンエッジと隣接するパターンエッジとの間のベタパターンに設定されている。

図５は、光量監視領域及び光量分布を示す光量分布図である。図５（ａ）〜図５（ｅ）を用いて光量監視領域及び光量分布について説明する。なお、実施形態では第１の領域３１の光量監視領域及び光量分布を示しているが、これに限定されず他の領域であってもよい。

図５（ａ）に示すように、光量監視領域は、第１の領域３１において、透過部分に設定された第１の光量監視領域３１ａと、遮光膜に設定された第２の光量監視領域３１ｂを有している。第１の光量監視領域３１ａは、透過部分と遮光膜の変化箇所であるパターンエッジから所定寸法（画素）離れた透過部分に設定されている。また、第２の光量監視領域３１ｂは、透過部分と遮光膜の変化箇所であるパターンエッジから所定寸法（画素）離れた遮光膜に設定されている。なお、図５（ａ）に示すＡ−Ａ’断面は、図５（ｂ）〜図５（ｅ）及び図６（ａ）〜図６（ｄ）において断面の光量分布を示す横断補助線である。

図５（ｂ）は、第１の領域３１に光源６からの光が照射され、透過光学系８及び透過光ＴＤＩセンサ１１Ａを介して透過光センサアンプ１２Ａで生成された透過画像Ｔ１の光量分布を示す光量分布図である。この光量分布図の縦軸は透過光の光量（明るさ）であり、横軸は第１の領域３１の位置を示しており、以下に示す光量分布図においても同様である。

図５（ｃ）は、第１の領域３１に光源６からの光が照射され、反射光学系９及び反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂを介して反射光センサアンプ１２Ｂで生成された反射画像Ｈ１の光量分布を示している。

図５（ｄ）は、図５（ｃ）で示す反射画像Ｈ１が監視回路１４に入力され、トーン反転振幅調整回路１４ｅで反転され振幅調整された反転反射画像ＨＨ１の光量分布を示している。この反転反射画像ＨＨ１は、監視回路１４に設けられている上記のアライメント手段により、透過画像Ｔ１との位置ずれが調整されたものとなっている。

図５（ｅ）は、差分回路１４ｆに、図５（ｂ）に示す透過画像Ｔ１と図５（ｄ）に示す反転反射画像ＨＨ１が入力され、差分処理された透過反射差分画像Ｓ１の光量分布を示している。

図５（ｅ）に示すように透過反射差分画像Ｓ１の光量分布に設定された光量監視ポイントは、第１の光量監視ポイントＫ１と第２の光量監視ポイントＫ２を有する。第１の光量監視ポイントＫ１は、第１の光量監視領域３１ａに基づいており、第２の光量監視ポイントＫ２は、第２の光量監視領域３１ｂに基づいている。

判定回路１４ｇでは、透過反射差分画像Ｓ１の光量分布に設定された上記の光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値とを比較することで異常を判定する。

すなわち、第１の光量監視ポイントＫ１の光量は、正常時の光量を基準とした基準値ＳＴより低く設定された第１のしきい値ＴＨ１と比較され、第２の光量監視ポイントＫ２の光量は、基準値ＳＴより低く設定された第２のしきい値ＴＨ２と比較され、且つ、基準値ＳＴより高く設定された第３のしきい値ＴＨ３と比較される。

図６は、異常時の光量分布を示す光量分布図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）を用いて監視回路１４により異常が判定される一例について説明する。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１の領域３１において、光源からの光量の低下、透過部分の透過率異常、遮光膜の欠陥などにより透過光及び反射光が低下している場合、これら透過光及び反射光に基づいた光量分布を示す光量分布図である。

図６（ａ）は、第１の領域３１に照射された光が透過され、透過光ＴＤＩセンサ１１Ａを介して透過光センサアンプ１２Ａで生成された透過画像Ｔ１ａの光量分布を示している。

図６（ａ）に示すように、第１の光量監視領域３１ａを透過した透過光に基づいた光量は、点線で示す基準値よりも低いものとなっている。一方、第２の光量監視領域３１ｂを透過した透過光に基づいた光量は、基準値と同等なものとなっている。

図６（ｂ）は、第１の領域３１に照射された光が反射され、反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂを介して反射光センサアンプ１２Ｂで生成された反射画像Ｈ１ａの光量分布を示している。

図６（ｂ）に示すように、第２の光量監視領域３１ｂで反射した反射光に基づいた光量は、点線で示す基準値よりも低いものとなっている。一方、第１の光量監視領域３１ａで反射した反射光に基づいた光量は、基準値と同等なものとなっている。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）で示す反射画像Ｈ１ａが監視回路１４に入力され、トーン反転振幅調整回路１４ｅで反転され振幅調整された反転反射画像ＨＨ１ａの光量分布を示している。この反転反射画像ＨＨ１ａは、監視回路１４に設けられている上記のアライメント手段により、透過画像Ｔ１ａとの位置ずれが調整されたものとなっている。

図６（ｃ）に示す実線は、反射画像Ｈ１ａが反転された反転反射画像ＨＨ１ａの光量分布である。また、図６（ｃ）に示す破線は、基準値に基づく反射画像が反転された反転反射画像の光量分布である。

図６（ｃ）に示すように、反転反射画像ＨＨ１ａでは、第２の光量監視領域３１ｂでの反射光に基づいて生成される部分の光量は、反射画像Ｈ１ａと比べ反転し、点線で示す基準値よりも高いものとなっている。一方、透過部分で形成されている第１の光量監視領域３１ａに基づいて生成されている部分の光量は、反射画像Ｈ１ａと同様に、基準値と同等なものとなっている。

図６（ｄ）は、差分回路１４ｆに、図６（ａ）に示す透過画像Ｔ１ａと図６（ｃ）に示す反転反射画像ＨＨ１ａが入力され、差分処理された透過反射差分画像Ｓ１ａの光量分布を示している。すなわち、透過反射差分画像Ｓ１ａは、（透過画像Ｔ１ａ−反転反射画像ＨＨ１ａ）のレベル差に基づいて生成されている。

図６（ｄ）に示すように、透過反射差分画像Ｓ１ａの光量分布には、第１の光量監視ポイントＫ１と第２の光量監視ポイントＫ２が設定されている。上記のとおり第１の光量監視ポイントＫ１は、第１の光量監視領域３１ａに基づいており、また、第２の光量監視ポイントＫ２は第２の光量監視領域３１ｂに基づいている。

判定回路１４ｇは、第１の光量監視ポイントＫ１での（透過画像Ｔ１ａ−反転反射画像ＨＨ１ａ）のレベル差と、第１のしきい値ＴＨ１を比較し、異常か否かを判定する。また、判定回路１４ｇは、第２の光量監視ポイントＫ２での（透過画像Ｔ１ａ−反転反射画像ＨＨ１ａ）のレベル差と、第２のしきい値ＴＨ２及び第３のしきい値ＴＨ３を比較し、異常か否かを判定する。

上記のとおりダイ−ダイ比較回路１３では、第１のダイ（領域）と第２のダイ（領域）において、両ダイに共通して発生する輝度変化などに対応することができない。すなわち、ダイ−ダイ比較回路１３を用いてダイ−ダイ比較検査を行っているときに、光源６からの光量の低下、透過光異常などで透過画像が暗くなると、ダイ−ダイ比較では、この異常を判定できない。

しかし、監視回路１４では、透過画像とトーン反転して振幅調整した反射画像との差分をとった評価用画像（透過反射差分画像）を生成することができ、光源光量低下あるいはマスクの透過率異常，さらには遮光膜の異物欠陥などを指摘することができる。

監視回路１４では、上記の評価用画像を用いてマスク検査装置１００やマスク１の異常を判定するために、３つのしきい値を設定している。つまり遮光膜に欠陥がある場合、反射率が高くなる場合と低くなる場合が想定される。したがって、このような欠陥を判定するために第２のしきい値ＴＨ２と第３のしきい値ＴＨ３が設定されている。

すなわち、第１のしきい値ＴＨ１を用いて透過部分の異常が判定され、第２のしきい値ＴＨ２と第３のしきい値ＴＨ３を用いて遮光膜の異常が判定される。なお、監視回路１４では、上記のとおり３つのしきい値が設定されているが、これに限定されず必要に応じて、しきい値を追加してもよい。

次に、マスク検査装置１００を用いてマスク１を検査する方法について説明する。図７は、マスク１に形成されたパターンの光学画像の取得手順を示す模式図である。

図７に示すマスク１は、図１のステージ２の上に載置されているものとする。また、マスク１上の検査領域は、図７に示すように、短冊状の複数の検査領域、すなわち、ストライプ２０_１，２０_２，２０_３，２０_４，・・・に仮想的に分割されている。各ストライプは、例えば、幅が数百μｍであって、長さがマスク１のＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の領域とすることができる。

光学画像は、ストライプ毎に取得される。すなわち、図７で示す光学画像を取得する際には、各ストライプ２０_１，２０_２，２０_３，２０_４，・・・が連続的に走査されるようにステージ２の動作が制御される。具体的には、ステージ２が図７に示す−Ｘ方向に移動しながら、マスク１の光学画像が取得される。そして、透過光ＴＤＩセンサ１１Ａ及び反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂに、図７に示すような走査幅Ｗの画像が連続的に入力される。

すなわち、第１のストライプ２０_１における画像を取得した後、第２のストライプ２０_２における画像が取得される。この場合、ステージ２が−Ｙ方向にステップ移動した後、第１のストライプ２０_１における画像の取得時の方向（−Ｘ方向）とは逆方向（Ｘ方向）に移動しながら光学画像が取得され、走査幅Ｗの画像が、透過光ＴＤＩセンサ１１Ａ及び反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂに連続的に入力される。

また、第３のストライプ２０_３における画像を取得する場合には、ステージ２が−Ｙ方向にステップ移動した後、第２のストライプ２０_２における画像を取得する方向（Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、第１のストライプ２０_１における画像を取得した方向（−Ｘ方向）にステージ２が移動する。なお、図７の矢印は、光学画像が取得される方向と順序を示しており、ハッチングされた部分は、光学画像の取得が済んだ領域を示している。

図１に示す透過光ＴＤＩセンサ１１Ａ及び反射光ＴＤＩセンサ１１Ｂに結像したパターンの像は、光電変換され、さらに透過光センサアンプ１２Ａ及び反射光センサアンプ１２ＢによってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。その後、Ａ／Ｄ変換されたセンサデータ（透過画像及び反射画像）は、透過光センサアンプ１２Ａ及び反射光センサアンプ１２Ｂからダイ−ダイ比較回路１３及び監視回路１４のそれぞれに送られる。

以上述べた本実施形態のマスク検査装置及びマスク検査方法によれば、透過光学系で採取された透過光による透過画像と、反射光学系で採取された反射光による反射画像を併用するダイ−ダイ比較検査において、光源からの光量の低下あるいはマスクの透過率異常、さらにはマスクの異物欠陥などを、監視回路１４で検知し監視することができる。

すなわち、第１のしきい値を用いて光源からの光量の低下又はマスクの透過率異常が判定され、第２のしきい値と第３のしきい値を用いて遮光膜の異常が判定される。このように本実施形態では、ダイ−ダイ比較検査において両ダイに共通して起き得る輝度変化などの検知を行うことがきる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

また、上記実施の形態では、装置構成や制御手法など、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いてもよい。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての検査装置または検査方法は、本発明の範囲に包含される。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
パターンが形成されたマスクを保持するステージを駆動する駆動手段と、
前記マスクに光を照射する光照射手段と、
前記光を前記マスクに透過させる透過光学系と、
前記光を前記マスクで反射させる反射光学系と、
前記透過した透過光の光量信号を検出する透過光画像センサと、
前記反射した反射光の光量信号を検出する反射光画像センサと、
前記透過光画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、透過画像を生成する透過光センサアンプと、
前記反射光画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、反射画像を生成する反射光センサアンプと、
前記マスクの繰り返し領域の第１の領域から生成された前記透過画像と、前記第１の領域とは異なる第２の領域から生成された前記透過画像とを比較し、且つ、前記第１の領域から生成された前記反射画像と、前記第２の領域から生成された前記反射画像とを比較することにより、前記マスクのパターンの欠陥を判定するダイ−ダイ比較手段と、
前記反射画像をトーン反転して振幅調整した反転反射画像を生成し、前記透過画像と前記反転反射画像との差分に基づいた透過反射差分画像を生成し、前記透過反射差分画像に設定された光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値とを比較することにより、異常を判定する監視手段とを備え、
前記光量監視ポイントは、前記繰り返し領域に設定された光量監視領域に基づいて設定されることを特徴とするマスク検査装置。
［Ｃ２］
前記光量監視領域は、パターンエッジと前記パターンエッジと隣接するパターンエッジとの間のベタパターンに設定されることを特徴とする［Ｃ１］に記載のマスク検査装置。
［Ｃ３］
前記光量監視領域は、透過部分に設定された第１の光量監視領域と、遮光膜で形成された部分に設定された第２の光量監視領域を有し、
前記光量監視ポイントは、第１の光量監視ポイントと第２の光量監視ポイントを有し、前記第１の光量監視ポイントは、前記第１の光量監視領域に基づいて設定され、前記第２の光量監視ポイントは、前記第２の光量監視領域に基づいて設定され、
前記第１の光量監視ポイントの光量は、基準値より低く設定された第１のしきい値と比較され、前記第２の光量監視ポイントの光量は、基準値より低く設定された第２のしきい値と比較され、且つ、基準値より高く設定された第３のしきい値と比較されることを特徴とする［Ｃ１］又は［Ｃ２］に記載のマスク検査装置。
［Ｃ４］
前記基準値は、前記第１の光量監視ポイントの光量及び前記第２の光量監視ポイントの光量が、正常時の光量の値であることを特徴とする［Ｃ３］に記載のマスク検査装置。
［Ｃ５］
前記監視手段は、前記透過画像と前記反射画像の位置のアライメントをするアライメント手段を有することを特徴とする［Ｃ１］乃至［Ｃ４］のいずれか１項に記載のマスク検査装置。
［Ｃ６］
光源の光をマスクに照射し、前記マスクを透過した透過光を透過画像センサに結像し、前記マスクで反射した反射光を反射画像センサに結像し、前記透過画像センサ及び前記反射画像センサを前記マスクに対して相対的に移動させ、
前記画像センサの各画素の出力を画素毎に透過センサアンプで増幅し透過画像を生成し、前記反射画像センサの各画素の出力を画素毎に反射センサアンプで増幅し反射画像を生成し、前記マスクに形成されたパターンの欠陥検査を行うマスク検査方法であって、
前記マスクの繰り返し領域の第１の領域から生成された前記透過画像と、前記第１の領域とは異なる第２の領域から生成された前記透過画像とを比較し、前記第１の領域から生成された前記反射画像と、前記第２の領域から生成された前記反射画像とを比較することにより、前記マスクのパターンの欠陥を判定するステップと、
前記反射画像をトーン反転して振幅調整した反転反射画像を生成し、前記透過画像と前記反転反射画像との差分に基づいた透過反射差分画像を生成し、前記透過反射差分画像に設定された光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値を比較することにより、異常を判定するステップと、
を含むことを特徴とするマスク検査方法。

１００ マスク検査装置
１ マスク
２ ステージ
３ オートローダ制御回路
３Ａ オートローダ
４ ステージ制御回路
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ モータ
５ レーザ測長手段
５Ａ 位置回路
６ 光源
７ ビームスプリッタ
８ 透過光学系
９ 反射光学系
１１Ａ 透過光ＴＤＩセンサ
１１Ｂ 反射光ＴＤＩセンサ
１２Ａ 透過光センサアンプ
１２Ｂ 反射光センサアンプ
１３ ダイ−ダイ比較回路
１４ 監視回路
２０ 制御計算機
２１ 記憶装置
２２ 表示装置

Claims (9)

1. 少なくとも光透過性の部分と遮光性の膜の部分とを含む繰り返しパターンが形成されたマスクを保持するステージを駆動する駆動手段と、
   前記マスクに光を照射する光照射手段と、
   前記光を前記マスクに透過させる透過光学系と、
   前記光を前記マスクで反射させる反射光学系と、
   前記透過した透過光の光量信号を検出する透過光画像センサと、
   前記反射した反射光の光量信号を検出する反射光画像センサと、
   前記透過光画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、透過画像を生成する透過光センサアンプと、
   前記反射光画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、反射画像を生成する反射光センサアンプと、
   前記マスクのパターンの複数の繰り返し領域の第１の領域から生成された前記透過画像と、第２の領域から生成された前記透過画像とを比較し、且つ、前記第１の領域から生成された前記反射画像と、前記第２の領域から生成された前記反射画像とを比較することにより、前記マスクのパターンの欠陥を判定するダイ−ダイ比較手段と、
   前記反射画像をトーン反転して振幅調整した反転反射画像を生成し、前記透過画像と前記反転反射画像との差分に基づいた透過反射差分画像を生成し、前記透過反射差分画像に設定された光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値とを比較することにより、異常を判定する監視手段とを備え、
   前記光量監視ポイントは、前記複数の繰り返し領域の各々において、前記光透過性の部分に設定された第１の光量監視ポイントと、前記遮光性の膜の部分に設定された第２の光量監視ポイントとを有し、
   前記予め定められたしきい値は、前記光透過性の部分に設定された前記第１の光量監視ポイントと、前記遮光性の膜の部分とに設定された前記第２の光量監視ポイントとで、前記第１と第２の光量監視ポイントについてそれぞれの正常時の光量に基づく基準値に基づいて別々に設定される、
   ことを特徴とするマスク検査装置。
2. 前記光量監視ポイントは、遮光性の膜の部分のパターンエッジの間と、前記パターンエッジと隣接する遮光性の膜の部分のパターンエッジとの間のベタパターンに設定されることを特徴とする請求項１に記載のマスク検査装置。
3. 前記複数の繰り返し領域の各々には、前記光透過性の部分において第１の光量監視領域が、前記遮光性の膜の部分において第２の光量監視領域が設定され、
   前記第１の光量監視ポイントは、前記第１の光量監視領域に設定され、前記第２の光量監視ポイントは、前記第２の光量監視領域に設定され、
   前記第１の光量監視ポイントの光量は、前記基準値より低く設定された第１のしきい値と比較され、前記第２の光量監視ポイントの光量は、前記基準値より低く設定された第２のしきい値と比較され、且つ、前記基準値より高く設定された第３のしきい値と比較されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマスク検査装置。
4. 前記基準値は、前記第１の光量監視ポイントの光量及び前記第２の光量監視ポイントの光量が、正常時の光量の値であることを特徴とする請求項３に記載のマスク検査装置。
5. 前記監視手段は、前記透過画像と前記反射画像の位置のアライメントをするアライメント手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のマスク検査装置。
6. 光源の光を、少なくとも光透過性の部分と遮光性の膜の部分を含む繰り返しパターンが形成されたマスクに照射し、前記マスクを透過した透過光を透過画像センサに結像し、前記マスクで反射した反射光を反射画像センサに結像し、前記透過画像センサ及び前記反射画像センサを前記マスクに対して相対的に移動させ、
   前記透過画像センサの各画素の出力を画素毎に透過センサアンプで増幅し透過画像を生成し、前記反射画像センサの各画素の出力を画素毎に反射センサアンプで増幅し反射画像を生成し、前記マスクに形成されたパターンの欠陥検査を行うマスク検査方法であって、
   前記マスクのパターンの複数の繰り返し領域の第１の領域から生成された前記透過画像と、第２の領域から生成された前記透過画像とを比較し、前記第１の領域から生成された前記反射画像と、前記第２の領域から生成された前記反射画像とを比較することにより、前記マスクのパターンの欠陥を判定するステップと、
   前記反射画像をトーン反転して振幅調整した反転反射画像を生成し、前記透過画像と前記反転反射画像との差分に基づいた透過反射差分画像を生成し、前記透過反射差分画像に設定された光量監視ポイントの光量と、予め定められたしきい値を比較することにより、異常を判定するステップと、
   を含み、
   前記光量監視ポイントは、前記複数の繰り返し領域の各々において、前記光透過性の部分に設定された第１の光量監視ポイントと、前記遮光性の膜の部分に設定された第２の光量監視ポイントとを有し、
   前記予め定められたしきい値は、前記光透過性の部分に設定された前記第１の光量監視ポイントと、前記遮光性の膜の部分とに設定された前記第２の光量監視ポイントとで、前記第１と第２の光量監視ポイントについてそれぞれの正常時の光量に基づく基準値に基づいて別々に設定される、
   むことを特徴とするマスク検査方法。
7. 前記光量監視ポイントは、遮光性の膜の部分のパターンエッジの間と、前記パターンエッジと隣接する遮光性の膜の部分のパターンエッジとの間のベタパターンに設定されることを特徴とする請求項６に記載のマスク検査方法。
8. 前記複数の繰り返し領域の各々には、前記光透過性の部分において第１の光量監視領域が、前記遮光性の膜の部分において第２の光量監視領域が設定され、
   前記第１の光量監視ポイントは、前記第１の光量監視領域に設定され、前記第２の光量監視ポイントは、前記第２の光量監視領域に設定され、
   前記第１の光量監視ポイントの光量は、前記基準値より低く設定された第１のしきい値と比較され、前記第２の光量監視ポイントの光量は、前記基準値より低く設定された第２のしきい値と比較され、且つ、前記基準値より高く設定された第３のしきい値と比較されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のマスク検査方法。
9. 前記基準値は、前記第１の光量監視ポイントの光量及び前記第２の光量監視ポイントの光量が、正常時の光量の値であることを特徴とする請求項８に記載のマスク検査方法。