JP7201631B2

JP7201631B2 - 輝度補正装置、検査装置、輝度補正方法、及び輝度補正プログラム

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Publication number: JP7201631B2
Application number: JP2020028021A
Authority: JP
Inventors: 大樹金原; 至真継; 徹足立
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: JP2021131359A

Description

本発明は、輝度補正装置、検査装置、輝度補正方法、及び輝度補正プログラムに関する。

半導体プロセスノードの微細化に伴い、マスク検査のさらなる高感度化が急務となっている。マスク検査方法として、Ｄｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査、Ｍａｓｋ－ｔｏ－Ｍａｓｋ検査が知られている。

Ｄｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査は、隣接するチップ（Ｄｉｅ）の画像を比較し、輝度の差を検出する方法である。Ｍａｓｋ－ｔｏ－Ｍａｓｋ検査は、露光処理前のマスクの画像と露光処理後のマスクの画像とを比較し、輝度の差を検出する方法である。Ｄｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査、Ｍａｓｋ－ｔｏ－Ｍａｓｋ検査のいずれにおいても、比較する２つの画像の輝度には、照明条件の違いによる差が生じる場合がある。照明条件の違いは、例えば、マスク検査装置の光源の出力の時間的な揺らぎにより発生する。

特開２００９－５３０２１号公報特開２０１７－２２０４９７号公報特開２００３－２８７４１９号公報特開２００５－２８５８９８号公報特開２０１９－１６３９９３号公報特表２００２－５４３４６３号公報

上記の様に、マスク検査において、比較する２つの画像の輝度に差が生じる場合がある。このような場合、関連するマスク検査装置は、照明条件の違いに起因する輝度の差をマスクの欠陥として誤検出してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、比較する２つの画像の輝度の平均値と標準偏差とに基づいて、画像の輝度を補正することができる輝度補正装置、検査装置、輝度補正方法、及び輝度補正プログラムを提供することである。

本発明に係る輝度補正装置は、第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得する第１の取得部と、前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得する第２の取得部と、前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正する補正部と、を備える。

本発明に係る検査装置は、第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得する第１の取得部と、前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得する第２の取得部と、前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正する補正部と、前記補正部が補正した第１画像と、前記第２画像とを比較し、比較結果に応じて検査対象の欠陥を検出する検出部と、を備える。

本発明に係る輝度補正方法は、第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得するステップと、前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得するステップと、前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正するステップと、を備える。

本発明に係る輝度補正プログラムは、コンピュータに、第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得するステップと、前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得するステップと、前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正するステップと、を実行させる。

本発明によれば、比較する２つの画像の輝度の平均値と標準偏差とに基づいて、画像の輝度を補正する輝度補正装置、検査装置、輝度補正方法、及び輝度補正プログラムを提供することができる。

実施形態１に係る検査装置の構成を例示する構成図である。図１の処理装置の構成を例示する構成図である。実施形態１に係る輝度補正装置の構成を示す構成図である。比較する２つの画像領域を例示する図である。図４に示す２つの画像領域の輝度の分布を示す図である。輝度分布の正規化の概要を示す概略図である。正規化した輝度分布に対する処理の概要を示す概略図である。実施形態１に係る輝度補正方法の概要を示す概略図である。関連する輝度補正装置の動作の概要を示す概略図である。実施形態１に係る輝度補正装置の動作の概要を示す概略図である。検証に使用した２つの画像を示す図である。図１１に示す２つの画像の輝度の差の分布を示す図である。検証に使用した検査範囲を示す概略図である。補正を行わない場合の検査結果を示す図である。輝度補正装置を使用した場合の検査結果を示す図である。低感度な検査を行った結果を示す図である。実施形態１に係る輝度補正装置を使用し、高感度な検査を行った結果を示す図である。輝度補正装置が行う補正方法の概要を例示する概略図である。平均値及び標準偏差の算出に用いられるブロックの例を示す概略図である。実施形態２にかかる輝度補正装置が、平均値を算出する方法の概要を示す概略図である。実施形態２にかかる輝度補正装置の構成を示すブロック図である。輝度補正装置を用いた検査方法の流れを示すフローチャートである。

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

（実施形態１）

本実施の形態にかかる検査装置１の構成例について、図１を用いて説明する。図１は、検査装置１の全体構成を模式的に示す図である。検査装置１は、ステージ１０と、撮像光学系２０と、処理装置１００と、を備えている。処理装置１００は、プロセッサ、及びメモリなどを備えたコンピュータである。

図１では、説明の明確化のため、ＸＹＺの３次元直交座標系を示している。なお、Ｚ方向が鉛直方向であり、試料４０の厚さ方向と平行な方向である。したがって、Ｚ方向が高さ方向となる。試料４０の上面には、遮光膜などのパターン４１が形成されている。Ｚ方向は、試料４０のパターン形成面（主面）の法線方向である。Ｘ方向、及びＹ方向が水平方向であり、試料４０のパターン方向と平行な方向である。Ｚ方向は、試料４０の厚さ方向である。試料４０は、微細なパターンが形成されたフォトマスクや半導体ウェハ等である。試料４０がフォトマスクである場合、試料４０は、矩形状のガラス基板となる。そして、Ｘ方向、及びＹ方向は試料４０の端辺と平行な方向となっている。

ステージ１０には、撮像対象の試料４０が載置されている。上記のように、試料４０はフォトマスクであり、ステージ１０上に保持されている。ステージ１０上において、試料４０はＸＹ平面に平行に保持されている。ステージ１０は、駆動機構１１を有する３次元駆動ステージである。処理装置１００が駆動機構１１を制御することで、ステージ１０がＸＹＺ方向に駆動される。

撮像光学系２０は、光源２１と、ビームスプリッタ２２と、対物レンズ２３と、光検出器２４と、を備えている。なお、図１に示す撮像光学系２０は、適宜、簡略されている。撮像光学系２０は上記の構成以外の光学素子、レンズ、光スキャナ、ミラー、フィルタ、ビームスプリッタなどが設けられていてもよい。例えば、撮像光学系２０はコンフォーカル光学系であってもよい。

光源２１は、照明光Ｌ１１を発生する。光源２１は、ランプ光源、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）光源、レーザ光源などである。光源２１からの照明光Ｌ１１は、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２は、例えば、ハーフミラーであり、照明光Ｌ１１のほぼ半分を試料４０の方向に反射する。ビームスプリッタ２２で反射した照明光Ｌ１１は、対物レンズ２３に入射する。対物レンズ２３は照明光Ｌ１１を試料４０に集光する。これにより、試料４０の表面（パターン形成面）を照明することができる。対物レンズ２３の光軸ＯＸは、Ｚ方向と平行となっている。また、照明光Ｌ１１は、試料４０において、Ｘ方向を長手方向とするライン状の照明領域を照明している。

試料４０の表面で反射した反射光Ｌ１２は、対物レンズ２３で集光されて、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２は、反射光Ｌ１２のほぼ半分を透過する。ビームスプリッタ２２を透過した反射光Ｌ１２は、光検出器２４に入射する。これにより、光検出器２４が試料４０を撮像することができる。対物レンズ２３により試料４０の像が光検出器２４に拡大投影される。また、反射光Ｌ１２を光検出器２４の受光面に結像するためのレンズなどを設けてもよい。

図１では、検査装置１が明視野照明方式の顕微鏡となっているが、検査装置１の照明方式は特に限定されるものではない。例えば、透過照明方式を用いた場合、光検出器２４は、試料４０を透過した透過光を検出する。光検出器２４が検出する検出光は、試料４０で反射した反射光に限られるものではなく、試料４０を透過した透過光であってもよい。

光検出器２４は、試料４０を撮像するための撮像素子を有している。光検出器２４は、ＣＣＤ（(Charge Coupled Device)カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどである。光検出器２４は、照明光Ｌ１１で照明された検出領域からの反射光Ｌ１２を検出する。

光検出器２４は、Ｘ方向に配列された複数の画素を有している。ここでは、光検出器２４として、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサを用いている。光検出器２４の受光面では、Ｘ方向に沿って複数の画素が配列されている。もちろん、光検出器２４はＴＤＩセンサに限られるものではない。光検出器２４は、複数の画素が１列に配列されたラインセンサであってもよい。

パターン４１の有無に応じて、照明光に対する反射率が異なる。例えば、フォトマスクの場合、パターン４１がある箇所では反射率が高くなり、パターン４１がない箇所では反射率が低くなる。よって、パターン４１の有無に応じて、光検出器２４の受光量が変化する。光検出器２４は、画素毎に、受光量に応じた検出信号（検出データ）を処理装置１００に出力する。

ステージ１０は駆動ステージであり、試料４０をＸＹ方向に移動させることができる。処理装置１００の駆動制御部１５０が、駆動機構１１を制御している。駆動機構１１が、試料４０における検出領域を相対的に移動させる。駆動制御部１５０が、ステージ１０をＸＹ方向に移動させることで、試料４０において、照明光Ｌ１１による照明位置を変化させることができる。

このため、試料４０の任意の位置を撮像することができ、試料４０のほぼ全面を検査することができる。もちろん、駆動制御部１５０が、ステージ１０ではなく、撮像光学系２０を駆動してもよい。すなわち、ステージ１０に対する撮像光学系２０の相対位置が移動可能になっていればよい。あるいは、光スキャナなどを用いて、照明光Ｌ１１を走査してもよい。

具体的には、ステージ１０は試料４０をＹ方向に移動させることができる。照明光Ｌ１１は、試料４０においてＸ方向に沿ったライン状の領域を照明している。また、光検出器２４における画素の配列方向がＸ方向になっている。

図２は、処理装置１００の機能を示す構成図である。処理装置１００は、撮影画像取得部１１０、参照画像取得部１２０、輝度補正部１３０、検出部１４０、及び駆動制御部１５０を備える。輝度補正部１３０は、輝度補正装置１３０ともいう。撮影画像取得部１１０は、試料４０の検査画像を、光検出器２４から取得する。以下では、試料４０が露光処理後のフォトマスクであるとして説明する。撮影画像取得部１１０は、検査画像を、輝度補正部１３０に出力する。

参照画像取得部１２０は、露光処理前のフォトマスクを撮影した参照画像を取得する。参照画像取得部１２０は、参照画像を、処理装置１００が備える図示しない記憶装置から取得してもよく、図示しないサーバから取得してもよい。参照画像取得部１２０は、取得した参照画像を、輝度補正部１３０に出力する。

輝度補正部１３０は、検査画像または参照画像の輝度を補正する。補正する画像を第１画像、補正しない画像を第２画像という。輝度補正部１３０は、補正後の第１画像と、第２画像とを検出部１４０に出力する。なお、輝度補正部１３０の機能については、後述する。輝度補正部１３０の機能は、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）を用いて実現されてもよく、ソフトウェアによって実現されてもよい。

検出部１４０は、輝度補正部１３０が補正した第１画像と、第２画像とを比較し、比較結果に応じて検査対象である試料４０の欠陥を検出する。例えば、検出部１４０は、補正後の第１画像の輝度と、第２画像の輝度との差分をとり、差分が所定の閾値を超えた箇所を欠陥として検出してもよい。駆動制御部１５０は、図１のステージ１０を駆動する。

次に、輝度補正装置１３０の機能について説明する。上述したように、輝度補正装置１３０は、検査画像と参照画像のうちのいずれか一方の輝度を補正する。輝度を補正する画像を第１画像という。例えば、第１画像が参照画像の場合、第２画像は検査画像となる。輝度補正装置１３０は、第１画像内の補正画素の輝度を補正する。補正画素は、第１画像に含まれる全ての画素であってもよい。補正画素は、第１画像に含まれる画素の一部であってもよい。例えば、輝度補正装置１３０は、第１画像の端部の輝度を補正しなくてもよい。

図３は、輝度補正装置１３０の機能構成を示す構成図である。輝度補正装置１３０は、第１取得部１３１と、第２取得部１３２と、補正部１３３とを備える。第１取得部１３１は、第１画像内の補正画素について、当該補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得する。第１取得部は、第１の平均値及び第１の標準偏差を算出し、算出結果を取得してもよい。第１取得部１３１は、予め算出された第１の平均値及び第１の標準偏差を、図示しない記憶装置から取得してもよい。

第１の画像領域は、補正画素ごとに異なる画像領域が設定されてもよい。第１の画像領域は、複数の補正画素に対して同一の画像領域が設定されてもよい。第１の画像領域は、第１画像全体であってもよく、第１画像の一部であってもよい。第１の画像領域は、例えば、補正画素を中心とする１２８×１２８ｐｉｘｅｌの画像領域である。

第２取得部１３２は、第１画像と比較する第２画像において、第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得する。第２の画像領域は、第１の画像領域に対応する画像領域である。例えば、第１の画像領域が補正画素を中心とする１２８×１２８ｐｉｘｅｌの画像領域である場合、第２の画像領域は、対応する１２８×１２８ｐｉｘｅｌの画像領域となる。第２取得部１３２は、第２の平均値及び第２の標準偏差を算出し、算出結果を取得してもよい。第２取得部１３２は、第２の平均値及び第２の標準偏差を、図示しない記憶装置から取得してもよい。補正部１３３は、補正画素の輝度を、第１の平均値、第１の標準偏差、第２の平均値、及び第２の標準偏差に基づいて補正する。

尚、輝度補正装置１３０は、図示しない構成としてプロセッサ、メモリ及び記憶装置を備えてもよい。当該記憶装置には、本実施形態にかかる輝度補正方法の処理が実装されたコンピュータプログラムが記憶されている。そして、当該プロセッサは、記憶装置からコンピュータプログラムを前記メモリへ読み込ませ、当該コンピュータプログラムを実行する。これにより、前記プロセッサは、第１取得部１３１、第２取得部１３２、補正部１３３の機能を実現する。

または、第１取得部１３１、第２取得部１３２、補正部１３３は、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、汎用または専用の回路（circuitry）、プロセッサ等やこれらの組合せによって実現されもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組合せによって実現されてもよい。また、プロセッサとして、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を用いることができる。

本実施形態１にかかる輝度補正装置１３０は、第１画像と第２画像の撮影時の照明条件が異なる場合でも、輝度の分布が一致するように第１画像の輝度を補正することができる。以下、輝度の分布について説明する。

図４に示す２つの画像は、第１の画像領域、及び第２の画像領域の例である。図４の上図は、図４の下図よりも明るい画像である。図５は、図４に示す２つの画像の輝度の分布を示す。図５の上図と下図とは、分布のピークとなる位置、及びピークの広がりが異なる。つまり、２つの分布は、輝度の平均値、及び標準偏差が異なる。輝度の分布は、輝度ヒストグラムともいう。

次に、上述した第１の平均値、第１の標準偏差、第２の平均値、及び第２の標準偏差の算出方法の例について、数式を用いて説明する。なお、２つの画像領域は、１２８×１２８ｐｉｘｅｌであるものとする。また、以下では、検査画像と参照画像のうち、参照画像の輝度を補正するものとする。つまり、参照画像を第１画像とし、検査画像を第２画像として説明する。

第１の平均値Ｉ_ｒｅｆ ^ａｖｇは、式（１）により算出される。Ｉ_ｒｅｆ（ｘ、ｙ）は、第１の画像領域の位置（ｘ、ｙ）における輝度である。第１の標準偏差σ_ｒｅｆは、式（２）により算出される。

なお、第２の平均値Ｉ_ｄｅｆ ^ａｖｇは、第２の画像領域の位置（ｘ、ｙ）における輝度Ｉ_ｄｅｆ（ｘ、ｙ）を用いて、式（１）と同様に算出される。第２の標準偏差σ_ｄｅｆは、輝度Ｉ_ｄｅｆ（ｘ、ｙ）、及び第２の平均値Ｉ_ｄｅｆ ^ａｖｇを用いて、式（２）と同様に算出される。

次に、補正部１３３の処理について数式を用いて説明する。補正部１３３は、第１の平均値Ｉ_ｒｅｆ ^ａｖｇ、及び第１の標準偏差σ_ｒｅｆを用いて、式（３）に従ってＩ_ｒｅｆ ^ｎｏｒｍ（ｘ、ｙ）を算出する。つまり、補正部１３３は、輝度Ｉ_ｒｅｆ（ｘ、ｙ）について、輝度の平均値が０、標準偏差が１．０になるように正規化を行う。

図６は、上述した正規化の概要を示す概略図である。図６の上図は、第１の画像領域の輝度分布を例示する図である。上述した様に、輝度から第１の平均値を減算し、減算結果を第１の標準偏差で除算することにより、下図に示す標準化した輝度分布が得られる。標準化を行う前の輝度の分布が正規分布である場合、補正後の輝度分布は、ピークの位置が０、ピークの広がりが１となる。

式（３）によりＩ_ｒｅｆ ^ｎｏｒｍを算出した後、補正部１３３は、式（４）により補正後の輝度Ｉ’_ｒｅｆを算出する。まず、補正部１３３は、補正後の標準偏差が第２の標準偏差σ_ｄｅｆとなるように、Ｉ_ｒｅｆ ^ｎｏｒｍ（ｘ、ｙ）に第２の標準偏差σ_ｄｅｆを乗算する。次に、補正部１３３は、補正後の輝度の平均値が第２の平均値Ｉ_ｄｅｆ ^ａｖｇとなるように、乗算結果に第２の平均値Ｉ_ｄｅｆ ^ａｖｇを加算する。補正部１３３は、第１の画像領域内の全ての画素を補正してもよい。補正部１３３は、第１の画像領域の中央の画素の輝度のみを補正してもよい。

図７は、式（４）の処理の概要を示す概略図である。図７上図は、標準化した輝度分布Ｉ_ｒｅｆ ^ｎｏｒｍ（ｘ、ｙ）を示す。図７の下図は、補正後の輝度分布Ｉ’_ｒｅｆ（ｘ、ｙ）を示す。式（４）の処理は、標準化した輝度分布に第２の標準偏差を乗算し、乗算結果に第２の平均値を加算する処理である。上述した処理により、補正後の輝度分布において、ピークの位置は、第２の平均値となる。補正後の輝度分布において、ピークの広がりは、第２の標準偏差となる。

補正部１３３は、式（５）に従って補正画素の輝度の補正を行ってもよい。式（５）は、式（３）と式（４）とを組み合わせたものである。

図８は、上述した式（３）および式（４）を用いた処理の概要を示す概略図である。左上図は、第１の画像領域の輝度分布を表す。第１の画像領域の輝度の分布に対して、式（３）の処理を行うことにより、右上図に示す正規化した輝度の分布が得られる。正規化した輝度分布に対して式（４）で示す処理を行うことにより、右下図に示す補正後の輝度分布が得られる。補正後の輝度分布は、第２の画像領域の輝度分布と類似する分布となる。

次に、本実施形態にかかる輝度補正方法と、関連技術とを比較する。なお、以下の説明では、参照画像の輝度を補正するケースを説明する。つまり、参照画像を第１画像とし、検査画像を第２画像とする。

図９は、関連技術による輝度補正方法の概要を示す概略図である。関連する輝度補正装置は、参照用のＲｅｆＤｉｅの参照画像において、注目している注目ｐｉｘｅｌの周辺の１２８×１２８ｐｉｘｅｌの平均輝度Ａｖｅ＿ｒｅｆをリアルタイムに求める。なお、注目ｐｉｘｅｌは、本実施形態の補正画素に対応する。また、関連する輝度補正装置は、検査を行うＴｅｓｔＤｉｅの検査画像において、対応する１２８×１２８ｐｉｘｅｌの平均輝度Ａｖｅ＿ｔｅｓｔを求める。そして、関連する輝度補正装置は、Ｇａｉｎ＝（Ａｖｅ＿ｔｅｓｔ）／（Ａｖｅ＿ｒｅｆ）を算出する。最後に、関連する輝度補正装置は、算出したＧａｉｎを注目Ｐｉｘｅｌの輝度に乗算することにより補正する。つまり、関連する輝度補正装置は、（注目ｐｉｘｅｌの補正輝度）＝（注目ｐｉｘｅｌの補正前の輝度）＊Ｇａｉｎにしたがって輝度を補正する。

関連する輝度補正装置は、２つの画像領域の輝度の平均値が一致するように、輝度を補正することができる。しかし、標準偏差を用いていないため、関連する輝度補正装置は、２つの画像領域の輝度分布が一致するように輝度の補正を行うことはできない。したがって、関連する輝度補正装置は、照明条件の違いによる誤検出の発生を防ぐことはできなかった。

図１０は、本実施形態１にかかる輝度補正装置１３０が行う輝度補正方法を例示する図である。輝度補正装置１３０は、ＲｅｆＤｉｅの参照画像において注目している注目ｐｉｘｅｌの周辺の１２８×１２８ｐｉｘｅｌの平均輝度Ａｖｅ＿ｒｅｆ（第１の平均値）、及び標準偏差Ｓｔｄ＿ｒｅｆ（第１の標準偏差）をリアルタイムに求める。また、輝度補正装置１３０は、検査画像の１２８×１２８ｐｉｘｅｌの平均輝度Ａｖｅ＿ｔｅｓｔ（第２の平均値）、及び標準偏差Ｓｔｄ＿ｔｅｓｔ（第２の標準偏差）を求める。輝度補正装置１３０は、参照画像の１２８×１２８ｐｉｘｅｌの画像領域と、検査画像の１２８×１２８ｐｉｘｅｌの画像領域との輝度分布が等しくなるよう補正する。つまり、輝度補正装置１３０は、式（５）と同様に、（注目ｐｉｘｅｌの補正後の輝度）＝（注目ｐｉｘｅｌの輝度―Ａｖｅ＿ｒｅｆ）＊（Ｓｔｄ＿ｔｅｓｔ／Ｓｔｄ＿ｒｅｆ）＋Ａｖｅ＿ｔｅｓｔとして補正を行う。

輝度補正装置１３０は、２つの画像の輝度分布が一致するように輝度を補正することができる。例えば、輝度補正装置１３０は、明度やコントラストの異なる２つの画像の輝度が一致するように補正することが可能である。

次に、本実施形態の効果を検証した結果を示す。まず、発明者は、ＴＤＩセンサカメラを用いて、マスクの同一箇所を１００回スナップ撮影した。図１１の上図は、１００枚のスナップ画像から明るい画像を１０枚抽出し平均した画像である。図１１の下図は、１００枚のスナップ画像から暗い画像を１０枚抽出し平均した画像である。なお、暗い画像は、明るい画像よりも３０％ほど輝度が低い。なお、１０枚の画像の平均を用いているのは、輝度補正装置１３０の補正能力を確認するために、ノイズの影響を抑制する必要があったためである。

図１２は、上述した明るい画像と暗い画像とを比較した結果を示す。「補正なし」は、補正を行わなかった場合の２つの画像の輝度の差分値の分布を表す。「関連技術」及び「本実施形態」は、いずれか一方の画像を補正した場合の２つの画像の輝度の差分値の分布を表す。「関連技術」は、２つの画像の輝度の平均値のみを用いて補正を行った結果を示す。「本実施形態」は、２つの画像の輝度の平均値及び標準偏差を用いて補正を行った結果を示す。

「本実施形態」において、輝度の差分値の最大値は４であり、補正しなかった場合の１６、関連技術を用いた場合の８よりも小さい。よって、本実施形態１にかかる輝度補正方法は、関連技術に対して優位性があるといえる。本発明者は、輝度補正装置１３０の導入により、マスク検査装置の光源の光量変動による疑似欠陥の検出数を、数千、数百から数十に減らすことができた。

また、発明者は、ＧｏｌｄｅｎＳｈａｒｅというマスク検査方法において疑似欠陥の検出数を減らすことができた。ＧｏｌｄｅｎＳｈａｒｅでは、まず、ある装置が、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ用の参照画像を取得し、サーバに保存する。その後、別の検査装置が、当該参照画像を使用して、同一マスクに対してＭａｓｋ－ｔｏ－Ｍａｓｋ検査を行う。このような場合、装置が違うことから撮影に使用する光源の光量も異なるため、疑似欠陥が大量に検出されるという問題がある。本発明者は、輝度補正装置１３０の導入により、疑似欠陥が多く全面検査を行えないマスクに対して全面検査を行うことができた。なお、このときの疑似欠陥の個数は、約４００個であった。

次に、輝度補正装置１３０をＤｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査に使用する場合の効果について説明する。近年、Ｄｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査は、検査感度を上げて行われる場合がある。検査感度を上げた場合、画像の僅かなボケにより、疑似欠陥が検出されることとなる。以下、輝度補正装置１３０の導入が、Ｄｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査におけるボケの対策として有効であることを示す。

本発明者は、２つの同一のＤｉｅを有するマスクにおいて、一方のＤｉｅをキャプチャした画像を使用し、他方のＤｉｅに対してＭａｓｋ－ｔｏ－Ｍａｓｋ検査を行った。検査装置は、ＭＡＴＲＩＣＳＸ８ＵＬＴＲＡを使用した。マスクは、ＳＣ６１１ＯＭＯＧ（ｏｐｔｉｃｓ）を使用した。ボケに対する補正力を確認するため、発明者は、焦点をずらした状態で検査を行った。なお、図１３に示すようにＤｉｅの左側のみの検査を行った。

図１４は、補正を行わない場合の検査結果を示す。２つのＤｉｅ画像の輝度の差分値が１５以上の場合に、欠陥を検出するように設定している。なお、画像の輝度値は、８ｂｉｔとする。Ａ１は、検出された疑似欠陥の数を表す。なお、Ｂ１は上側のＤｉｅの画像を表示する領域であり、Ｃ１は下側のＤｉｅの画像を表示する領域である。また、Ｄ１は、２つの画像の輝度の差分をとった結果を表示する領域である。焦点のずれにより、正常パターン上に２３１個の疑似欠陥が検出されている。また、Ｄｉｅ間の輝度の差分値は、最大で２２であった。

図１５は、輝度補正装置１３０により補正を行った場合の検査結果を示す。補正を行わない場合と同様に、Ｄｉｅ間の輝度の差分値が１５以上の場合に、欠陥を検出するように設定している。Ａ２は、検出された疑似欠陥の数を表す。補正により、疑似欠陥の数は２４に低減されている。また、Ｄｉｅ間の輝度の差分値は、最大で１４であった。したがって、輝度補正装置１３０による補正は、Ｄｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査における画像のボケに対しても有効であるといえる。

次に、本実施形態を用いて高感度なＤｉｅ－ｔｏ－Ｄｉｅ検査を行った結果を示す。発明者は、欠陥としてソフトディフェクトを有するマスクを使用して検査を行った。図１６は、輝度補正装置１３０を使用せずに低感度な測定を行った結果である。正方形のマークは、検出された欠陥を表す。なお、上向きの三角形は、疑似欠陥を表す。検査装置は、１時間３分３３秒で欠陥を１３２個検出した。

図１７は、輝度補正装置１３０を導入し、高感度な測定を行った結果を示す。検査装置１は、１時間３分４５秒で、欠陥を１６６個検出した。輝度補正装置１３０の導入により、同程度の時間でより多くの欠陥を検出することが可能となった。また、発明者は、疑似欠陥を大量に検出する高い検出感度で本検証を行ったが、輝度補正装置１３０の導入により疑似欠陥の検出数を３０個程度に抑えることができた。

（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１の輝度補正装置１３０の各機能をＦＰＧＡによって実現する。本実施形態２にかかる輝度補正装置１３０は、第１画像及び第２画像の輝度を１ラインずつ取得し、リアルタイムに輝度の補正を行う。なお、輝度補正装置１３０を含む検査装置の構成は、図１と同様であるため説明を省略する。

実施形態２にかかる輝度補正装置１３０は、実施形態１と同様に、検査画像または参照画像の輝度を補正する。以下、輝度補正装置１３０は、参照画像の輝度を補正するものとする。つまり、参照画像は第１画像であり、検査画像は第２画像である。

輝度補正装置１３０は、参照画像において、所定サイズのブロック毎に第1の平均値と第1の標準偏差とを算出する。ここで、各ブロックは、第１の画像領域に対応する。また、輝度補正装置１３０は、検査画像において、所定サイズのブロック毎に第２の平均値と第２の標準偏差とを算出する。ここで、各ブロックは、第２の画像領域に対応する。ブロックは、例えば、１６×１６ｐｉｘｅｌ、３２×３２ｐｉｘｅｌ、６４×６４ｐｉｘｅｌ、１２８×１２８ｐｉｘｅｌの画像領域である。輝度補正装置１３０は、ブロックの大きさを選択可能であってもよい。

図１８の左図は、検査するＤｉｅの形状を例示する。輝度補正装置１３０は、制御信号Ｓｙｎｃ＿ｓｃａｎ（ｌｎｓ＿ｅｎａ）がＨｉｇｈの場合に検査Ｄｉｅの画像を取得する。輝度補正装置１３０は、図１８右図に示すように、検査の始まりと終わりにおいては輝度の補正を行わず輝度をそのまま出力してよい。検査開始から１／２ブロックの領域は、補正画素を中心とする１ブロック分の輝度を取得できないためである。検査終了前の１／２ブロックについても同様である。輝度補正装置１３０は、参照画像において、上述した範囲以外の画素を補正画素とする。輝度補正装置１３０は、補正画素の計算輝度を出力する。

なお、ステージの揺らぎ等により位置ずれが発生する場合、検査装置は、レジストレーションによる画像の位置合わせを行う。このような場合、検査画像の端部の数ピクセル分は、検査に使用できない無意味な輝度となる可能性がある。輝度補正装置１３０は、所定のレジスタの値を変更することにより、輝度の補正を行う画像範囲を変更してもよい。例えば、入力画像の１ラインが１２８ピクセルの場合、輝度補正装置１３０は、１２８ピクセルより数ピクセル分狭い範囲で輝度の補正を行ってもよい。

図１９は、上述したブロックを例示する概略図である。１ｃｈ分のＦＰＧＡに入力される画像の横幅を、１２８ピクセルとする。ブロック１２Ａのサイズは、１６×１６ｐｉｘｅｌである。ブロック１２Ｂは、３２×３２ｐｉｘｅｌである。ブロック１２Ｃは、６４×６４ｐｉｘｅｌである。ブロック１２Ｄは、１２８×１２８ｐｉｘｅｌである。輝度補正装置１３０は、検査画像の輝度を１ラインずつ取得する。つまり、ブロック１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、図１９のｘ方向には動かず、ｙ方向に検査画像をスキャンする。輝度補正装置１３０は、ブロック内の輝度の平均値、標準偏差に基づいて、当該ブロックの中央の１ラインの輝度を補正する。輝度補正装置１３０は、検査画像の１ライン分の輝度を取得したとき、ブロックの輝度の平均値及び標準偏差を更新する。なお、輝度補正装置１３０が行う処理の詳細については、後述する。

図２０は、輝度補正装置１３０が、ブロック内の輝度を計算する方法を例示する。輝度補正装置１３０は、ブロック１２Ｄの輝度の平均値を計算しているものとする。輝度補正装置１３０は、新たに輝度を取得したライン１３を含む１２８×１２８ｐｉｘｅｌの領域を新たなブロックとして、ブロックの輝度の平均値を計算する。ここで、ブロックの輝度の総和は、新たなブロックに入るライン１３の輝度の和を加算し、新たなブロックから外れるライン１４の輝度の和を減算することにより更新できる。したがって、本実施形態２にかかる輝度補正装置１３０は、効率よくブロック内の輝度の総和を算出できるため、効率よく第１の平均値および第２の平均値を算出できる。

図２１は、本実施形態２にかかる輝度補正装置１３０のブロック図である。輝度補正装置１３０は、第１取得部１３１、第２取得部１３２、及び補正部１３３を備える。第１取得部１３１は、第１画像の輝度を１ラインずつ取得する。第１取得部１３１は、第１の平均値Ａｖｇ＿ｒｅｆと、第１の標準偏差σ＿ｒｅｆと、第１画像１ライン分の輝度Ｒｅｆとを補正部１３３に出力する。第２取得部１３２は、第２画像の輝度を１ラインずつ取得する。第２取得部１３２は、第２の平均値Ａｖｇ＿ｄｅｆと、第２の標準偏差σ＿ｄｅｆと、第２画像１ライン分の輝度Ｄｅｆと、を補正部１３３に出力する。

補正部１３３は、第１画像１ライン分の輝度Ｒｅｆを、第１の平均値Ａｖｇ＿ｒｅｆ、第１の標準偏差σ＿ｒｅｆ、第２の平均値Ａｖｇ＿ｄｅｆ、及び第２の標準偏差σ＿ｄｅｆに基づいて補正する。補正部１３３は、式（５）と同様に、補正後の輝度Ｒｅｆ‘を、Ｒｅｆ’＝（Ｒｅｆ－Ａｖｇ＿ｒｅｆ）＊（σ＿ｄｅｆ／σ＿ｒｅｆ）＋Ａｖｇ＿ｄｅｆとする。

第１取得部１３１は、第１遅延部１３１１と、二乗平均算出部１３１２と、平均値算出部１３１３と、標準偏差算出部１３１４と、第２遅延部１３１５とを備える。第２取得部１３２は、第１取得部１３１と同様に、第１遅延部１３２１と、二乗平均算出部１３２２と、平均値算出部１３２３と、標準偏差算出部１３２４と、第２遅延部１３２５とを備える。第２取得部１３２の構成は第１取得部１３１の構成と同様であるため、以下では、第１取得部１３１の構成について説明し、第２取得部１３２についての説明は省略する。

図２１のＲｅｆは、入力画像である。入力画像は、ブロックのスキャン方向前方の１ライン分の画像である。Ｒｅｆは、二乗平均算出部１３１２及び平均値算出部１３１３に入力される。なお、第１遅延部１３１１が出力する１ブロック分遅延させた画像も、二乗平均算出部１３１２及び平均値算出部１３１３に入力される。１ブロック分遅延させた画像とは、ブロックのスキャン方向後方の１ライン分の画像である。二乗平均算出部１３１２は、（１／ｎ）ΣＲｅｆ＾２モジュールともいう。平均値算出部１３１３は、（１／ｎ）ΣＲｅｆモジュールともいう。

第１遅延部１３１１は、第１画像１ライン分の輝度を１ブロック分遅延させ、二乗平均算出部１３１２と、平均値算出部１３１３と、補正部１３３とに出力する。遅延させた１ラインを、遅延ラインという。二乗平均算出部１３１２は、１ブロック分の輝度の二乗の平均値を算出し、標準偏差算出部１３１４に出力する。ここで、二乗平均算出部１３１２は、新たに取得した１ライン分の輝度の二乗の平均を加算し、１ブロック分遅延させた１ライン分（遅延ライン）の輝度の二乗の平均を減算することにより輝度の二乗の平均を更新する。

平均値算出部１３１３は、１ブロック分の輝度の平均値を算出し、標準偏差算出部１３１４と、第２遅延部１３１５とに出力する。ここで、平均値算出部１３１３は、新たに取得した１ライン分の輝度の和を加算し、１ブロック分遅延させた１ライン分（遅延ライン）の輝度の二乗の平均値を減算することにより輝度の第１の平均値を更新する。

標準偏差算出部１３１４は、１ブロック分の輝度の第１の標準偏差を算出し、第２遅延部１３１５に出力する。標準偏差算出部１３１４は、二乗平均算出部１３１２および平均値算出部１３１３からの出力結果を用いて第１の標準偏差を算出する。ここで、標準偏差算出部１３１４は、分散公式を用いて第１の標準偏差を更新する。分散公式を式（６）に示す。ここで、μは、第１の平均値を表す。σは、第１の標準偏差を表す。ｎは、ブロック内の画素の数である。

第２遅延部１３１５は、平均値算出部１３１３から取得した第１の平均値と、標準偏差算出部１３１４から取得した第１の標準偏差とを、１／２ブロック分遅延させて補正部１３３に出力する。なお、１／２ブロック遅延させる理由は、第１遅延部１３１１が遅延して画像を出力するタイミングと、当該画像を中心とするブロックの平均値及び標準偏差を出力するタイミングとを合わせるためである。

図２２は、本実施形態２にかかる輝度補正装置１３０を使用した検査方法の流れを例示するフローチャートである。まず、検査装置１は、第１画像と第２画像とを取得する（ステップＳ１１）。次に、輝度補正装置１３０は、上述した輝度補正を行う（ステップＳ１２）。最後に、検査装置１は、第２画像と補正した第１画像とを比較し、輝度の差分から検査対象の欠陥を検出する（ステップＳ１３）。

本実施形態にかかる輝度補正装置１３０は、リアルタイムに画像の輝度の補正を行うことができる。したがって、検査時間を増やさずに輝度の補正を行うことが可能となる。

尚、上述の実施形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではない。本開示は、任意の処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。また、実施形態１～２の各構成を組み合わせた実施形態も、発明の詳細な説明に記載の技術的思想に含まれる。

１検査装置
１０ステージ
１１駆動機構
２０撮像光学系
２１光源
２３対物レンズ
２４光検出器
４０試料
１００処理装置
１１０撮影画像取得部
１２０参照画像取得部
１３０輝度補正部
１３１第１取得部
１３２第２取得部
１３３補正部
１４０検出部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄブロック
１３１１、１３２１第１遅延部
１３１２、１３２２二乗平均算出部
１３１３、１３２３平均値算出部
１３１４、１３２４標準偏差算出部
１３１５、１３２５第２遅延部

Claims

第１画像内の補正画素について、当該補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得する第１の取得部と、
前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得する第２の取得部と、
前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正する補正部と、
前記第１の画像領域の輝度をライン毎に取得する輝度取得部と、
備え、
前記第１の標準偏差は、前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値に基づいて算出され、
前記第１の画像領域は、ライン毎の輝度の取得に応じて更新され、
前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値は、前記第１の画像領域に新たに入る１ライン分の輝度の二乗の平均値を加算し、前記第１の画像領域から外れる１ライン分の輝度の二乗の平均値を減算することで更新される
輝度補正装置。
前記補正部は、前記第１の画像領域の補正後の輝度の標準偏差が、前記第２の標準偏差と一致するように補正する請求項１に記載の輝度補正装置。
前記第１の取得部は、前記第１の平均値及び前記第１の標準偏差を算出する請求項１または２のいずれかに記載の輝度補正装置。
前記ライン毎に取得した輝度を遅延して遅延ラインとして出力する遅延部、をさらに備え、
前記遅延部は、前記第１の画像領域から外れる１ライン分の輝度を出力する
請求項１に記載の輝度補正装置。
第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得する第１の取得部と、
前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得する第２の取得部と、
前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正する補正部と、
前記補正部が補正した第１画像と、前記第２画像とを比較し、比較結果に応じて検査対象の欠陥を検出する検出部と、
前記第１の画像領域の輝度をライン毎に取得する輝度取得部と、
備え、
前記第１の標準偏差は、前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値に基づいて算出され、
前記第１の画像領域は、ライン毎の輝度の取得に応じて更新され、
前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値は、前記第１の画像領域に新たに入る１ライン分の輝度の二乗の平均値を加算し、前記第１の画像領域から外れる１ライン分の輝度の二乗の平均値を減算することで更新される
検査装置。
前記補正部は、前記第１の画像領域の補正後の輝度の標準偏差が、前記第２の標準偏差と一致するように補正する請求項５に記載の検査装置。
前記第１の取得部は、前記第１の平均値及び前記第１の標準偏差を算出する請求項５または６のいずれかに記載の検査装置。
第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得するステップと、
前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得するステップと、
前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正するステップと、を備え、
前記第１の画像領域の輝度はライン毎に取得され、
前記第１の標準偏差は、前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値に基づいて算出され、
前記第１の画像領域は、ライン毎の輝度の取得に応じて更新され、
前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値は、前記第１の画像領域に新たに入る１ライン分の輝度の二乗の平均値を加算し、前記第１の画像領域から外れる１ライン分の輝度の二乗の平均値を減算することで更新される
輝度補正方法。
コンピュータに、
第１画像内の補正画素について、前記補正画素を含む第１の画像領域の輝度の第１の平均値及び第１の標準偏差を取得するステップと、
前記第１画像と比較する第２画像において、前記第１の画像領域に対応する第２の画像領域の輝度の第２の平均値及び第２の標準偏差を取得するステップと、
前記補正画素の輝度を、前記第１の平均値、前記第１の標準偏差、前記第２の平均値、及び前記第２の標準偏差に基づいて補正するステップと、を実行させる輝度補正プログラムであって、
前記第１の画像領域の輝度はライン毎に取得され、
前記第１の標準偏差は、前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値に基づいて算出され、
前記第１の画像領域は、ライン毎の輝度の取得に応じて更新され、
前記第１の画像領域の輝度の二乗の平均値は、前記第１の画像領域に新たに入る１ライン分の輝度の二乗の平均値を加算し、前記第１の画像領域から外れる１ライン分の輝度の二乗の平均値を減算することで更新される
輝度補正プログラム。