JP6502230B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関する。

従来から、ウェハに転写すべきパターンを有するマスクの検査装置には、ＴＤＩ(Time Delay Integration)センサが備えられていた。ＴＤＩセンサは、照明光学系を通してマスクを照明したレーザ光を受光することでマスクに応じた階調値を出力する。

具体的には、ＴＤＩセンサは、互いに直交する２方向に並んだ複数の撮像素子を有する。ＴＤＩセンサは、１方向に並んだ撮像素子で構成されるラインの単位でマスクを撮像することで、階調値を撮像素子毎に出力する。より具体的には、ＴＤＩセンサは、ラインに直交する方向にマスクすなわちステージが移動するのにともなって、１ラインずつ順に、マスクを照明したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光を電荷に変えて出力することで、階調値を出力する。各ラインでの階調値の出力において、ＴＤＩセンサは、１つのラインで出力された階調値を次のラインに電荷として蓄積させる。電荷を蓄積させることで、ＴＤＩセンサは、次のラインにおいて直前のラインの階調値を加算した階調値を出力する。このような階調値の蓄積と加算とを繰り返すことで、ＴＤＩセンサは、最終ラインにおいて、積算された高い階調値を出力できる。

階調値を出力した後、検査装置は、出力された階調値を有するマスクの撮像画像（以下、光学画像ともいう）に基づいてパターンの線幅すなわちＣＤ(Critical Dimension)を測定する。そして、検査装置は、測定された線幅と設計上の線幅とを比較することでマスクの欠陥を検査する。

ところで、レーザ光の光量すなわち明るさが時間経過に応じて変動する場合、マスクを照明したレーザ光に基づく光学画像の階調値も変動する。階調値が変動することで、線幅を正確に測定することが困難となり、マスクの欠陥を正確に検査することも困難となる。そこで、レーザ光の光量変動にともなう階調値の変動を補正するため、フォトダイオードが用いられることがある。

具体的には、ＴＤＩセンサでの階調値の出力中に、フォトダイオードは、マスクを照明する光から分岐した光の光量を検出する。そして、検査装置は、フォトダイオードで検出された光量に対して、ＴＤＩセンサの階調値の蓄積段数（すなわち、ライン総数から１を減じた数）に応じた移動平均値を算出し、算出された移動平均値で、ＴＤＩセンサで出力された階調値を補正する。

特開平２００７−９３３１７号公報

しかしながら、従来の検査装置は、フォトダイオードで光量を検出する際に、ＴＤＩセンサのライン間の感度差および照明むらを考慮していなかった。このため、フォトダイオードで検出された光量に基づいて階調値を高精度に補正することが困難であるといった問題があった。

本発明の目的は、検査対象に応じた階調値を高精度に補正できる検査装置および検査方法を提供することにある。

本発明の一態様である検査装置は、光源からの光で、パターンを有する検査対象を照明する照明光学系と、検査対象を照明する光から分岐した光の光量を検出する第１センサと、検査対象を照明した光を受光する複数の撮像素子が、第１方向およびこれに直交する第２方向に並んだ第２センサであって、検査対象に対して第２方向に相対移動しながら、第１方向に並んだ撮像素子で構成されるラインで１ラインずつ順に、検査対象に応じた撮像素子毎の階調値を出力し、各ラインでの階調値の出力において、直前のラインで出力された階調値を加算した階調値を出力することで、最終ラインにおいて階調値の撮像素子毎の積算値を出力する第２センサと、各ライン同士の感度差および照明むらの少なくとも一方に応じたライン毎の第１補正値で、各ラインで階調値が出力されたときに第１センサで検出された各ラインに対応する光量を補正する第１補正部と、補正された各ラインに対応する光量に基づく第２補正値で、積算値を補正する第２補正部と、を備えるものである。

本発明の一態様である検査方法は、光源からの光で、パターンを有する検査対象を照明し、第１センサで、検査対象を照明する光から分岐した光の光量を検出し、検査対象を照明した光を受光する複数の撮像素子が、第１方向およびこれに直交する第２方向に並んだ第２センサを、検査対象に対して第２方向に相対移動させながら、第１方向に並んだ撮像素子で構成されるラインで１ラインずつ順に、検査対象に応じた撮像素子毎の階調値を出力し、各ラインでの階調値の出力において、直前のラインで出力された階調値を加算した階調値を出力することで、最終ラインにおいて階調値の撮像素子毎の積算値を出力し、各ライン同士の感度差および照明むらの少なくとも一方に応じたライン毎の第１補正値で、各ラインで階調値が出力されたときに第１センサで検出された各ラインに対応する光量を補正し、補正された各ラインに対応する光量に基づく第２補正値で、積算値を補正すること、を含むものである。

上述の検査方法において、積算値の出力開始前に第１補正値を算出することを含み、第１補正値の算出は、全ラインの全撮像素子で同時に検査対象に応じた階調値を出力し、全撮像素子で出力された階調値に基づいて、全撮像素子での平均階調値を算出し、全撮像素子での平均階調値が積算値の目標値となるように検査対象を照明する光の光量を調整し、全撮像素子での平均階調値が積算値の目標値となったときに各撮像素子で出力された階調値に基づいて、ライン毎の平均階調値を算出し、第１補正値として、積算値の目標値に対するライン毎の平均階調値の割合を算出すること、を含んでもよい。

上述の検査方法において、第２補正値を算出することを含み、第２補正値の算出は、積算値の出力開始前に、第１センサで、全撮像素子での平均階調値が積算値の目標値となったときの第１光量を検出し、積算値の出力開始後に、第１補正値で補正された各ラインに対応する光量を合計した第２光量を算出し、第２補正値として、第２光量に対する第１光量の割合を算出すること、を含んでもよい。

上述の検査方法において、第２補正値で補正された積算値を有する検査対象の画像に基づいて、パターンの線幅を測定し、測定された線幅と設計上の線幅とに基づいて、線幅誤差を算出し、線幅誤差と線幅誤差の位置座標とを対応付けた線幅誤差マップを作成すること、を含んでもよい。

本発明によれば、検査対象に応じた階調値を高精度に補正することができる。

本実施形態を示す検査装置の概略図である。 本実施形態の検査装置のＴＤＩセンサを示す概略図である。 図３Ａは、本実施形態の検査装置において、ラインに応じたＴＤＩセンサの感度差及び照明むらを示す模式図であり、図３Ｂは、ラインに応じたフォトダイオードの検出光量の変動を示す模式図である。 本実施形態を示す検査方法のフローチャートである。 本実施形態の検査方法において、第１補正値の算出工程を示すフローチャートである。 本実施形態の検査方法において、階調値の検出手順を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（検査装置）
図１は、本実施形態を示す検査装置１の概略図である。図１に示すように、検査装置１は、光源２と、第２センサの一例である第１ＴＤＩセンサ５Ａおよび第２ＴＤＩセンサ５Ｂとを備える。光源２は、検査対象の一例であるマスク３に向けてレーザ光を出射する。第１ＴＤＩセンサ５Ａおよび第２ＴＤＩセンサ５Ｂは、光源２の光で照明されたマスク３を撮像することで、マスク３に応じた階調値を出力する。

また、検査装置１は、光源２と第１ＴＤＩセンサ５Ａとを結ぶ第１の光路８上に、光の進行方向に向かって順に、減光フィルタ１０と、１／２波長板１２と、第１偏光ビームスプリッタ１４と、第１ビームスプリッタ１５と、第１ミラー１６と、第１対物レンズ１７と、ステージ１８と、第２偏光ビームスプリッタ１９と、第２対物レンズ２０とを備える。ステージ１８上には、マスク３が保持される。光源２とマスク３との間の第１の光路８上の光学部材１０、１２、１４、１５、１６、１７は、マスク３を透過する光でマスク３を照明する透過照明光学系を構成する。なお、透過照明光学系の構成は、図１の構成に限定されない。

さらに、検査装置１は、光源２と第２ＴＤＩセンサ５Ｂとを結ぶ第２の光路２１上に、光の進行方向に向かって順に、減光フィルタ１０と、１／２波長板１２と、第１偏光ビームスプリッタ１４と、第２ビームスプリッタ２２と、第２ミラー２３と、第２偏光ビームスプリッタ１９と、ステージ１８と、第３対物レンズ２４とを備える。減光フィルタ１０と、１／２波長板１２と、第１偏光ビームスプリッタ１４と、第２偏光ビームスプリッタ１９とは、第１の光路８と第２の光路２１との間で共通の光学部材である。光源２とマスク３との間の第２の光路２１上の光学部材１０、１２、１４、２２、２３、１９は、マスク３で反射される光でマスク３を照明する反射照明光学系を構成する。なお、反射照明光学系の構成は、図１の構成に限定されない。

さらにまた、検査装置１は、第１センサの一例である第１フォトダイオード２７Ａおよび第２フォトダイオード２７Ｂと、第１アンプ２８Ａおよび第２アンプ２８Ｂと、バス２９とを備える。第１フォトダイオード２７Ａは、第１ビームスプリッタ１５に対して光の反射側に配置されている。第１アンプ２８Ａは、第１フォトダイオード２７Ａの出力端とバス２９との間に配置されている。第２フォトダイオード２７Ｂは、第２ビームスプリッタ２２に対して光の反射側に配置されている。第２アンプ２８Ｂは、第２フォトダイオード２７Ｂの出力端とバス２９との間に配置されている。第１フォトダイオード２７Ａは、第１ビームスプリッタ１５で反射された光の光量を電気信号として検出し、検出された電気信号（以下、光量信号ともいう）を第１アンプ２８Ａに出力する。第１アンプ２８Ａは、設定されたゲインにしたがって第１フォトダイオード２７Ａからの光量信号を増幅し、増幅した光量信号をバス２９に出力する。第２フォトダイオード２７Ｂは、第２ビームスプリッタ２２で反射された光の光量を光量信号として検出し、検出された光量信号を第２アンプ２８Ｂに出力する。第２アンプ２８Ｂは、設定されたゲインにしたがって第２フォトダイオード２７Ｂからの光量信号を増幅し、増幅した光量信号をバス２９に出力する。後述するように、光量信号は、階調値の補正に用いられる。

また、検査装置１は、オートローダ３０と、Ｘ方向モータ３１Ａと、Ｙ方向モータ３１Ｂと、θ方向モータ３１Ｃと、レーザ測長部３２とを備える。オートローダ３０は、ステージ１８上にマスク３を自動搬送する。Ｘ方向モータ３１Ａ、Ｙ方向モータ３１Ｂおよびθ方向モータ３１Ｃは、それぞれ、ステージ１８をＸ方向、Ｙ方向およびθ方向に駆動することで、ステージ１８上のマスク３に対して光源２の光を走査する。レーザ測長部３２は、ステージ１８のＸ方向およびＹ方向の位置を検出する。

さらに、検査装置１は、バス２９に接続された各種の回路を備える。具体的には、検査装置１は、キャリブレーション回路３３と、センサ回路３４と、オートローダ制御回路３５と、ステージ制御回路３６と、位置回路３８と、展開回路４０と、参照回路４１と、比較回路４２と、マップ作成回路４３とを備える。キャリブレーション回路３３は、ゲイン設定部３３１と第１補正値算出部３３２とを備える。センサ回路３４は、第１補正部３４１と第２補正部３４２とを備える。

キャリブレーション回路３３は、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの性能の個体差を是正するためのキャリブレーションを行う。センサ回路３４は、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂで取得された光学画像を取り込み、補正部３４１、３４２で光学画像の階調値を補正する。オートローダ制御回路３５は、オートローダ３０を制御する。ステージ制御回路３６は、モータ３１Ａ〜Ｃを駆動制御する。位置回路３８は、レーザ測長部３２と協働してステージ１８の位置を検出する。展開回路４０および参照回路４１は、光学画像に対する比較基準となる参照画像を生成する。比較回路４２は、光学画像のパターンの線幅と参照画像のパターンの線幅とを比較してパターンの欠陥を検出する。マップ作成回路４３は、比較回路４２で得られた線幅に基づいて線幅誤差マップ（ＣＤマップ）を作成する。

さらにまた、検査装置１は、制御計算機４５と、記憶装置４６と、表示装置４７とを備える。制御計算機４５、記憶装置４６および表示装置４７は、いずれもバス２９に接続されている。制御計算機４５は、パターンの欠陥検査に関連する各種の制御を実行する。記憶装置４６には、比較回路４２が検出した欠陥のデータが記憶される。表示装置４７は、記憶装置４６に記憶された欠陥のデータを画像表示する。

（ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂ）
ここで、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂについて更に詳述する。図２は、本実施形態の検査装置の第１ＴＤＩセンサ５Ａを示す概略図である。なお、図示はしないが、第２ＴＤＩセンサ５Ｂも、第１ＴＤＩセンサ５Ａと同じ構成を有する。図２に示すように、第１ＴＤＩセンサ５Ａは、第２方向の一例であるＸ方向と、第１方向の一例であるＹ方向とに並んだ複数の撮像素子５１すなわちＣＣＤ（Charge Coupled Device）を有する。撮像素子５１は、マスク３を照明した光を受光して電荷に変換することでマスク３を撮像する。

Ｙ方向に並んだ複数の撮像素子５１はラインＬを構成する。１ラインずつ順に階調値の出力と出力された階調値の直後のラインへの蓄積とを繰り返すＴＤＩモードでの撮像において、同じラインＬに属する撮像素子５１は、同時に階調値を出力する。ラインＬの総数は、Ｘ方向への撮像素子５１の配列総数（画素数）と同じあってもよく、または、Ｘ方向への撮像素子５１の配列総数より少なくてもよい。ラインＬの総数は、例えば、１０２４であってもよい。

ＴＤＩモードでの撮像において、第１ＴＤＩセンサ５Ａは、例えば、＋Ｘ方向へのステージ１８の移動にともなって、ステージ１８上のマスク３に対して−Ｘ方向に相対移動する。マスク３に対して−Ｘ方向に相対移動しながら、第１ＴＤＩセンサ５Ａは、１ラインＬずつ順に、マスク３に応じた撮像素子５１毎の階調値を電荷として出力する。各ラインＬでの階調値の出力において、第１ＴＤＩセンサ５Ａは、出力された電荷を直後のラインＬに蓄積すなわち転送する。これにより、各ラインＬでの階調値の出力において、第１ＴＤＩセンサ５Ａは、現在のラインＬで出力された階調値に、直前のラインＬで出力された階調値を加算した階調値を出力する。このような階調値の蓄積と加算を繰り返すことで、第１ＴＤＩセンサ５Ａは、最終ラインにおいて、各ラインＬの階調値を撮像素子５１毎に積算すなわち積分した撮像素子５１毎の積算値（以下、積算階調値ともいう）を出力する。なお、センサ回路３４は、第２センサの一部として、積算階調値の出力処理の一部を実行してもよい。

ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂで出力された積算階調値は、比較回路４２においてパターンの欠陥の検出に用いられる。

（フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂ）
次に、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂについて更に詳述する。既述したように、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、光源２から出射されてマスク３を照明した光に基づいて、積算階調値を出力する。光源２から出射される光の光量が時間経過に応じて変動した場合、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂで出力される積算階調値は、光量変動の影響を受ける。光量変動の影響を受けた積算階調値をパターンの欠陥の検査に用いる場合、比較回路４２は、欠陥を正確に検査できない。欠陥を正確に検査するためには、光量を監視して、光量に応じて積算階調値を補正することが望ましい。

そこで、光量を監視するため、第１フォトダイオード２７Ａは、第１ビームスプリッタ１５においてマスク３を照明する光から分岐した反射光を受光し、反射光の光量を検出する。また、第２フォトダイオード２７Ｂは、第２ビームスプリッタ２２においてマスク３を照明する光から分岐した反射光を受光し、反射光の光量を検出する。

第１ＴＤＩセンサ５Ａの各ラインＬで階調値が出力されたときに第１フォトダイオード２７Ａで検出された光量は、第１ＴＤＩセンサ５Ａで出力された積算階調値の補正に用いられる。第２ＴＤＩセンサ５Ｂの各ラインＬで階調値が出力されたときに第２フォトダイオード２７Ｂで検出された光量は、第２ＴＤＩセンサ５Ｂで出力された積算階調値の補正に用いられる。積算階調値の補正は、第２補正部３４２で行われる。

（キャリブレーション回路３３）
次に、キャリブレーション回路３３について更に詳述する。既述したように、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量は、積算階調値の補正に用いられる。しかるに、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの性能（例えば、感度）には個体差があるため、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂで同じ光量が受光された場合でも、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量すなわち光量信号は一様でない。したがって、積算階調値と検出光量との対応関係も、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂ毎に個体差があるため一様でない。もし、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量をそのまま積算階調値の補正に用いる場合、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの個体差が影響することで積算階調値を正確に補正できない。

そこで、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの個体差を吸収して検出光量を積算階調値の補正に用いることができるようにするため、キャリブレーション回路３３は、積算階調値と検出光量との対応関係を求めるキャリブレーションを行う。なお、キャリブレーション回路３３は、マスク３と異なるキャリブレーション専用のマスクを用いて行ってもよい。

キャリブレーション回路３３は、全ラインＬの全撮像素子５１で同時にマスク３を撮像するスチルモードでの撮像を行うことで、全ラインＬの全撮像素子５１で同時にマスク３に応じた階調値を出力する。キャリブレーション回路３３は、マスク３を照明する光の光量を変更しながら、全ラインＬの全撮像素子５１での平均階調値が積算階調値の目標値Ｘ_ｔｇｔとなるまで、スチルモードでの階調値の出力を継続する。目標値Ｘ_ｔｇｔは、例えば、２００階調であってもよい。

キャリブレーション回路３３のゲイン設定部３３１は、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂから、全ラインＬの全撮像素子５１での平均階調値が積算階調値の目標値Ｘ_ｔｇｔとなったときの検出光量である第１光量Ｉ１を取得する。

ゲイン設定部３３１は、第１光量Ｉ１が基準値（例えば、１）となるように、アンプ２８Ａ、２８Ｂのゲインを設定する。このようなゲインを設定することで、個体間でフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの性能が一様でない場合であっても、目標値Ｘ_ｔｇｔが得られるときの検出光量は基準値となる。このため、検出光量を積算階調値の補正に用いることが可能となる。

キャリブレーションの過程で、キャリブレーション回路３３の第１補正値算出部３３２は、第１補正値Ａ_ｉを算出する。ただし、ｉは、ラインの総数ｎを上限とした自然数である（以下、同様）。第１補正値Ａ_ｉは、各ラインＬ_ｉで階調値が出力されたときにフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂで検出された各ラインＬ_ｉに対応する検出光量を補正するための補正値である。第１補正値Ａ_ｉは、各ラインＬ_ｉ同士の感度差および照明むらに応じたラインＬ_ｉ毎の補正値である。

第１補正値Ａ_ｉは、次の数式（１）を満足する。

但し、数式（１）において、Ｘ_ｔｇｔは、積算階調値の目標値である。Ｘ_{ａｖｇ＿i}は、キャリブレーションにおいて、全ラインＬの全撮像素子５１で同時に階調値を出力した際に、全ラインＬの全撮像素子５１での平均階調値が目標値Ｘ_ｔｇｔとなったときのラインＬ毎の平均階調値である。すなわち、第１補正値Ａ_ｉは、積算階調値の目標値に対するライン毎の平均階調値の割合である。

第１補正値Ａ_ｉは、ラインＬ_ｉに応じたフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量Ｉ_ｉの重みということもでき、また、ラインＬ_ｉ毎の感度ということもできる。

第１補正値算出部３３２によれば、キャリブレーションで得られるパラメータを用いて第１補正値Ａ_ｉを効率的に算出できる。

（第１補正部３４１）
次に、第１補正部３４１について詳述する。図３Ａは、本実施形態の検査装置１において、ラインＬに応じたＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂの感度差及び照明むらを示す模式図である。図３Ｂは、ラインＬに応じたフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量の変動を示す模式図である。図３Ｂは、時間経過に応じた光源２の光量変動にともなう検出光量の変動は無視して、ラインＬの感度差及び照明（照度）むらに応じた検出光量の変動を示している。

図３Ａの縦軸に示すように、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂの感度および照度（照明）は、ラインＬ（横軸）に応じて異なる。ここで、感度は、例えば、ＩＳＯ感度に相当するＣＣＤの感度である。ラインＬに応じてＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂの感度および照度が異なることで、図３Ｂに示すように、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量もラインＬに応じて異なる。

既述したキャリブレーションによってフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの個体差を吸収できたとしても、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂの感度差及び照明むらによって、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量は変動する。このため、検出光量をそのまま第２補正部３４２での積算階調値の補正に用いる場合、光源２の光量変動に追従した高精度の補正ができない。例えば、光源２の光量変動が少ないにもかかわらず、ライン同士の感度差及び照明むらによるフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂの検出光量の変動が大きい場合、この変動を抑えようとして積算階調値を過補正してしまうこともある。

そこで、積算階調値を高精度に補正するため、第１補正部３４１は、第１補正値Ａ_ｉで、各ラインＬ_ｉで階調値が出力されたときにフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂで検出された各ラインＬ_ｉに対応する検出光量を補正する。検出光量の補正は、次の数式（２）にしたがう。

但し、数式（２）において、Ｉ_ｉは、各ラインＬ_ｉで階調値が出力されたときにフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂで検出された各ラインＬ_ｉに対応する検出光量である。

数式（２）に示される検出光量Ｉ_ｉの補正は、検出光量Ｉ_ｉをラインＬ_ｉの感度および照度に応じた光量に補正することを内容としている。例えば、感度が低いラインＬ_ｉについては、検出光量Ｉ_ｉが相対的に低い光量Ａ_ｉＩ_ｉに補正され、感度が高いラインＬ_ｉについては、検出光量Ｉ_ｉが相対的に高い光量Ａ_ｉＩ_ｉに補正される。

第１補正値Ａ_ｉで補正された検出光量Ａ_ｉＩ_ｉを用いることで、第２補正部３４２は、各ライン同士の感度差及び照明むらにかかわらず、積算階調値を正確に補正できる。

（第２補正部３４２）
次に、第２補正部３４２について更に詳述する。第２補正部３４２は、第１補正部３４１で補正された各ラインＬ_ｉに対応する光量Ａ_ｉＩ_ｉに基づく第２補正値で、積算階調値を補正する。積算階調値の補正は、次の数式（３）および数式（４）にしたがう。

但し、数式（３）において、Ｘ_ｃｏｒｒは、補正後の積算階調値である。Ｘ_ｎは、補正前の積算階調値すなわち最終ラインＬ_ｎで出力された階調値である。Ｉ１は、既述した第１光量である。数式（４）において、Ｉ２は、第２光量である。第２光量I２は、補正後の検出光量Ａ_ｉＩ_ｉの総和である。数式（３）において、Ｉ１／Ｉ２は、第２補正値である。第２補正値は、第２光量Ｉ２に対する第１光量Ｉ１の割合である。

各ライン同士の感度差および照明むらを加味した第２補正値で積算階調値を補正することにより、第２補正部３４２は、光源２の光量変動に応じた積算階調値の補正を高精度に行うことができる。

本実施形態の検査装置１によれば、第１補正部３４１により、ライン同士の感度差および照明むらに応じたライン毎の第１補正値で、各ラインで階調値が出力されたときにフォトダイオード２７Ａ、２７Ｂで検出された各ラインに対応する光量を補正できる。また、第２補正部３４２により、第１補正部３４１で補正された各ラインに対応する光量に基づく第２補正値で、積算階調値を補正できる。これにより、マスク３に応じた階調値を高精度に補正することができる。

（検査方法）
次に、検査装置１を適用した検査方法について説明する。図４は、本実施形態を示す検査方法のフローチャートである。

先ず、検査装置１は、スチルモードでのキャリブレーションを行う。具体的には、図４に示すように、第１補正値算出部３３２は、既述した数式（１）にしたがって第１補正値Ａ_ｉを算出する（ステップＳ１）。また、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂは、既述した第１光量Ｉ１を検出する（ステップＳ２）。第１光量Ｉ１の検出（ステップＳ２）の後、ゲイン設定部３３１は、第１光量Ｉ１が基準値となるようにアンプ２８Ａ、２８Ｂのゲインを設定する（ステップＳ３）。なお、制御計算機４５は、不図示の入力操作部によるモード設定操作に応じて、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂをスチルモードに設定してもよい。

図５は、本実施形態の検査方法において、第１補正値Ａ_ｉの算出工程を示すフローチャートである。図５に示すように、第１補正値Ａ_ｉの算出において、先ず、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、スチルモードで、全ラインの全撮像素子５１を用いて同時にマスク３の光学画像の階調値を出力する（ステップＳ１０１）。

スチルモードでの階調値の出力（ステップＳ１０１）において、光源２は、レーザ光を出射する。レーザ光は、例えば、直線偏光である。光源２から出射されたレーザ光は、減光フィルタ１０において減光され、１／２波長板１２において偏光方向を調整されたうえで、第１偏光ビームスプリッタ１４において、第１の光路８側と第２の光路２１側とに分離される。

第１偏光ビームスプリッタ１４を透過した光は、第１の光路８上を進行した後、第１ビームスプリッタ１５において部分的に反射される。第１ビームスプリッタ１５で反射された光は、第１フォトダイオード２７Ａに入射して光量信号として検出される。第１ビームスプリッタ１５を透過した光は、第１ミラー１６で反射された後に、第１対物レンズ１７でマスク３上に集光されてマスク３を照明する。マスク３を照明した光は、マスク３を透過する。マスク３を透過した光は、第２偏光ビームスプリッタ１９を透過した後に第２対物レンズ２０で第１ＴＤＩセンサ５Ａ上に集光される。第１ＴＤＩセンサ５Ａ上に集光された光は、第１ＴＤＩセンサ５Ａの全ラインの全撮像素子５１に入射する。第１ＴＤＩセンサ５Ａの全ラインの全撮像素子５１は、同時にマスク３に応じた階調値を出力する。

一方、第１偏光ビームスプリッタ１４で反射された光は、第２の光路２１上を進行した後、第２ビームスプリッタ２２において部分的に反射される。第２ビームスプリッタ２２で反射された光は、第２フォトダイオード２７Ｂに入射して光量信号として検出される。第２ビームスプリッタ２２を透過した光は、第２ミラー２３で反射された後に第２偏光ビームスプリッタ１９で反射される。第２偏光ビームスプリッタ１９で反射された光は、マスク３を照射してマスク３で反射される。マスク３で反射された光は、第２偏光ビームスプリッタ１９を透過した後に第２ＴＤＩセンサ５Ｂの全ラインの全撮像素子５１に入射する。第２ＴＤＩセンサ５Ｂの全ラインの全撮像素子５１は、同時にマスク３に応じた階調値を出力する。

以上のようなスチルモードでの階調値の出力（ステップＳ１０１）の後、第１補正部３４１は、出力された階調値に基づいて、全ラインの全撮像素子５１での平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}を算出する（ステップＳ１０２）。

次いで、第１補正部３４１は、平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}が数式（１）に示した積算階調値の目標値Ｘ_ｔｇｔに達したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここでの判定（ステップＳ１０３）は、平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}と積算階調値の目標値Ｘ_ｔｇｔとの差分が閾値以下となったか否かの判定であってもよい。

平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}が積算階調値の目標値Ｘ_ｔｇｔに達した場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、第１補正部３４１は、このときの全撮像素子５１の階調値に基づいて、数式（１）に示したライン毎の平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ｉ}を算出する（ステップＳ１０５）。このとき、図４に示すように、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂは、第１光量Ｉ１を検出する（ステップＳ２）。

一方、図５に示すように、平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}が積算階調値の目標値Ｘ_ｔｇｔに達していない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、マスク３を照明する光の光量を変更する（ステップＳ１０４）。光量の変更は、例えば、キャリブレーション回路３４が、減光フィルタ１０の一例である連続可変濃度フィルタの位置を自動調整する電動式の調整装置（例えば、モータを有する装置等）に電気信号を出力することで行ってもよい。あるいは、キャリブレーション回路３４は、光量の変更を促すメッセージを表示装置４７に表示してもよい。

ライン毎の平均階調値Ｘ_{ａｖｇ＿ｉ}の算出（ステップＳ１０５）の後、第１補正部３４１は、数式（１）にしたがって第１補正値Ａ_ｉを算出する（ステップＳ１０６）。

第１補正値Ａ_ｉの算出（ステップＳ１）の後、図４に示すように、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、ＴＤＩモードでの階調値の出力を開始する（ステップＳ４）。

図６は、本実施形態の検査方法において、階調値の出力手順を示す模式図である。なお、図６では、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂによるマスク３の撮像範囲を理解し易いように、マスク３上に第１ＴＤＩセンサ５Ａを仮想的に図示している。図６に示すように、マスク３上の検査領域は、短冊状の複数のストライプ３００＿１〜４に仮想的に分割されている。ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、ステージ１８の移動にともなって、マスク３をストライプ３００＿１〜４毎に撮像する。このとき、図６の破線矢印に示す方向に各ストライプ３００＿１〜４が連続的に走査されるように、ステージ制御回路３６はステージ１８の動作を制御する。ＴＤＩモードにおいて、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、ステージ１８の移動に応じて１ラインずつ順にマスク３を撮像する。

具体的には、図４に示すように、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、ｉ番目のラインＬ_ｉで階調値Ｘ_ｉを出力する（ステップＳ５）。このとき、フォトダイオード２７Ａ、２７Ｂは、ｉ番目のラインＬ_ｉに対応する光量（図４におけるＰＤ光量）Ｉ_ｉを検出する（ステップＳ６）。このとき検出される光量Ｉ_ｉは、キャリブレーション（ステップＳ３）で設定されたゲインを有するアンプ２８Ａ、２８Ｂで増幅されたものである。

次いで、第１補正部３４１は、数式（２）にしたがって、第１補正値Ａ_ｉでｉ番目のラインＬ_ｉに対応する光量Ｉ_ｉを補正する（ステップＳ７）。

次いで、最終ラインＬ_ｎの階調値Ｘ_ｎすなわち補正前の階調値が出力された（ｉ＝ｎ）場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、第２補正部３４２は、数式（４）にしたがって第２光量Ｉ２を算出する（ステップＳ１１）。

一方、最終ラインＬ_ｎの階調値Ｘ_ｎが出力されていない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ＴＤＩセンサ５Ａ、５Ｂは、階調値Ｘ_ｉすなわち電荷をｉ＋１番目のラインＬ_ｉ＋１に蓄積する（ステップＳ９）。この場合、第２補正部３４は、階調値を出力するラインをｉ＋１番目のラインＬ_ｉ＋１に変更する（ステップＳ１０）。

第２光量Ｉ２の算出（ステップＳ１１）の後、第２補正部３４２は、第１光量Ｉ１および第２光量Ｉ２に基づいて第２補正値Ｉ１／Ｉ２を算出する（ステップＳ１２）。

次いで、第２補正部３４２は、数式（３）にしたがって、階調値Ｘ_ｎを補正する（ステップＳ１３）。

次いで、比較回路４２は、補正された階調値Ｘ_ｃｏｒｒを有するマスク３の光学画像に基づいて、マスク３のパターンの線幅を測定する（ステップＳ１４）。このとき、階調値Ｘ_ｃｏｒｒが高精度に補正されたものであることで、比較回路４２は、線幅を正確に測定できる。

次いで、比較回路４２は、設計パターンデータに基づいて展開回路４０および参照回路４１で生成された参照画像の線幅（すなわち設計上の線幅）と、光学画像から測定された線幅とを比較する。なお、設計パターンデータは、記憶装置４６に記憶されていてもよい。線幅を比較することで、比較回路４２は、線幅誤差を算出する（ステップＳ１５）。

次いで、比較回路４２は、パターンの欠陥の有無を判定する（ステップＳ１６）。欠陥の有無の判定は、線幅誤差の大きさに基づいて、ストライプを矩形領域に分割した検査フレーム毎に行う。

次いで、マップ作成回路４３は、線幅誤差を位置座標と対応づけることで、線幅誤差マップを作成する（ステップＳ１７）。

以上述べたように、本実施形態によれば、ライン同士の感度差および照明むらを考慮した階調値の補正を行うことで、階調値を高精度に補正できる。これにより、マスク３の欠陥を正確に検査でき、正確な線幅誤差マップを作成できる。

検査装置１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、検査装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 検査装置
５Ａ 第１ＴＤＩセンサ
５Ｂ 第２ＴＤＩセンサ
２７Ａ 第１フォトダイオード
２７Ｂ 第２フォトダイオード
３４１ 第１補正部
３４２ 第２補正部

Claims (5)

1. 光源からの光で、パターンを有する検査対象を照明する照明光学系と、
   前記検査対象を照明する光から分岐した光の光量を検出する第１センサと、
   前記検査対象を照明した光を受光する複数の撮像素子が、第１方向およびこれに直交する第２方向に並んだ第２センサであって、前記検査対象に対して前記第２方向に相対移動しながら、前記第１方向に並んだ撮像素子で構成されるラインで１ラインずつ順に、前記検査対象に応じた前記撮像素子毎の階調値を出力し、各ラインでの階調値の出力において、直前のラインで出力された前記階調値を加算した階調値を出力することで、最終ラインにおいて前記階調値の前記撮像素子毎の積算値を出力する第２センサと、
   各ライン同士の感度差および照明むらの少なくとも一方に応じたライン毎の第１補正値で、各ラインで前記階調値が出力されたときに前記第１センサで検出された各ラインに対応する光量を補正する第１補正部と、
   補正された前記各ラインに対応する光量に基づく第２補正値で、前記積算値を補正する第２補正部と、を備えることを特徴とする検査装置。
2. 光源からの光で、パターンを有する検査対象を照明し、
   第１センサで、前記検査対象を照明する光から分岐した光の光量を検出し、
   前記検査対象を照明した光を受光する複数の撮像素子が、第１方向およびこれに直交する第２方向に並んだ第２センサを、前記検査対象に対して前記第２方向に相対移動させながら、前記第１方向に並んだ撮像素子で構成されるラインで１ラインずつ順に、前記検査対象に応じた前記撮像素子毎の階調値を出力し、各ラインでの前記階調値の出力において、直前のラインで出力された前記階調値を加算した階調値を出力することで、最終ラインにおいて前記階調値の前記撮像素子毎の積算値を出力し、
   各ライン同士の感度差および照明むらの少なくとも一方に応じたライン毎の第１補正値で、各ラインで前記階調値が出力されたときに前記第１センサで検出された各ラインに対応する光量を補正し、
   補正された前記各ラインに対応する光量に基づく第２補正値で、前記積算値を補正すること、を含むことを特徴とする検査方法。
3. 前記積算値の出力開始前に前記第１補正値を算出することを含み、
   前記第１補正値の算出は、
   全ラインの全撮像素子で同時に前記検査対象に応じた階調値を出力し、
   前記全撮像素子で出力された階調値に基づいて、前記全撮像素子での平均階調値を算出し、前記全撮像素子での平均階調値が前記積算値の目標値となるように前記検査対象を照明する光の光量を調整し、
   前記全撮像素子での平均階調値が前記積算値の目標値となったときに各撮像素子で出力された階調値に基づいて、ライン毎の平均階調値を算出し、
   前記第１補正値として、前記積算値の目標値に対する前記ライン毎の平均階調値の割合を算出すること、を含む請求項２に記載の検査方法。
4. 前記第２補正値を算出することを含み、
   前記第２補正値の算出は、
   前記積算値の出力開始前に、前記第１センサで、前記全撮像素子での平均階調値が前記積算値の目標値となったときの第１光量を検出し、
   前記積算値の出力開始後に、前記第１補正値で補正された前記各ラインに対応する光量を合計した第２光量を算出し、
   前記第２補正値として、前記第２光量に対する前記第１光量の割合を算出すること、を含むことを特徴とする請求項３に記載の検査方法。
5. 前記第２補正値で補正された前記積算値を有する前記検査対象の画像に基づいて、前記パターンの線幅を測定し、
   測定された線幅と設計上の線幅とに基づいて、線幅誤差を算出し、
   前記線幅誤差と当該線幅誤差の位置座標とを対応付けた線幅誤差マップを作成すること、を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の検査方法。

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