JP7445575B2 - パターン検査方法およびパターン検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン検査方法およびパターン検査装置に関する。

フォトリソグラフィに用いるマスク等の試料に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン検査装置では、パターンが形成された試料を光源からの光で照明し、照明された試料を画像センサで撮像することで得られた光学画像に基づいてパターンの欠陥を検査する。Ｄ－ＤＢ(Die to Database)検査では、光学画像と試料の設計データに基づく参照画像とを比較することで検査を行う。ＤＤ(Die to Die)検査では、試料上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像同士を比較することで検査を行う。

しかるに、光源に経時的な光量変動が生じた場合、光学画像の明るさが変化することで、パターンに欠陥が無いにもかかわらず、光学画像の明るさの変化が欠陥として誤検出されてしまうことがあった。そこで、光源の経時的な光量変動が光学画像に反映されて欠陥が誤検出されないようにするため、パターン検査装置では、リップルセンサを用いて、光源の経時的な光量変動であるリップルを示す電気信号を検出し、検出されたリップルを示す電気信号に応じて画像センサの出力側のアンプのゲインを調整することで、画像センサの出力を補正することが行われていた。

画像センサの出力を補正するにあたっては、欠陥検査の開始前に検出された光源の光量を示す電気信号を基準光量Ｉｅとして記録し、欠陥検査中に検出された光源の光量の基準光量Ｉｅからのずれ量であるリップルを示す電気信号δに基づいて、アンプのゲインをＩｅ／（Ｉｅ＋δ）倍に調整していた。

特開平４-３６２７９０号公報

上述のように、リップルは画像センサの出力の補正に用いられるため、欠陥の誤検出を防ぐためには、リップル自体が正確であることが理想的である。リップル自体が正確であるためには、リップルセンサの出力が理想的な値を示すこと、典型的には、光源の光量がゼロの場合にはリップルセンサの出力がゼロであることが求められる。

ここで、リップルセンサは、例えば、光源から試料に向かう光の一部をフォトセンサに取り込んで光電変換することで得られた電気信号を、アンプ等のアナログ回路を経て出力するように構成されている。リップルセンサを構成するアナログ回路の電気特性（例えば、アンプによる電気信号の増幅特性）が理想的な特性である場合、光源の光量がゼロであれば、アナログ回路を経て出力される電気信号の信号値（すなわち、リップルセンサの出力）はゼロとなる。例えば、アンプは、増幅させるべき入力信号の信号値がゼロであれば出力信号の信号値もゼロとなる。

しかしながら、リップルセンサを構成するアナログ回路の電気特性が理想的な特性からずれることで、光源の光量がゼロの場合でもリップルセンサの出力がゼロとならないことがある。また、アナログ回路の電気特性の理想的な特性からのずれは経時的に変化することがあり、この経時的な変化が生じた場合、実際の光源の光量が変動していないにもかかわらず、リップルセンサの出力が変動してしまう。そして、このようなアナログ回路の電気特性のずれの影響によってリップルを示す電気信号に誤差が生じることで、リップルを示す電気信号に応じた画像センサの出力の補正が不正確となってしまう。

このように、従来は、アナログ回路の電気特性のずれの影響によって画像センサの出力の補正が不正確となることで、光源の経時的な光量変動にともなう欠陥の誤検出を確実に防止することが困難であった。

本発明の目的は、リップルセンサを構成するアナログ回路の電気特性のずれにかかわらず画像センサの出力を正確に補正することで、光源の経時的な光量変動にともなう欠陥の誤検出を確実に防止することができるパターン検査方法およびパターン検査装置を提供することにある。

本発明の一態様であるパターン検査方法は、照明光学系を介して光源からの光で照明された試料を画像センサで撮像した光学画像に基づいて試料に形成されたパターンの欠陥検査を開始する前に、
光源と光源の経時的な光量変動であるリップルを示す電気信号を検出するためのリップルセンサとの間に配置されたシャッタでリップルセンサおよび照明光学系に向かう光源からの光が遮断された状態でリップルセンサの出力を検出する工程と、
シャッタで光源からの光が遮断されていない状態でリップルセンサの出力を検出する工程と、
前記光源からの光が遮断された状態で検出されたリップルセンサの出力を、リップルセンサの出力とバイアス値との差分を演算する差分演算器のバイアス値の初期値として設定する工程と、を備え、
欠陥検査中に、
光源からの光を遮断した状態でリップルセンサの出力を検出する工程と、
欠陥検査の開始前に光源からの光が遮断された状態で検出されたリップルセンサの出力に対する欠陥検査中に光源からの光が遮断された状態で検出されたリップルセンサの出力のずれ量を算出する工程と、
ずれ量を前記バイアス値の初期値に加算する工程と、を備えるものである。

上述のパターン検査方法において、差分演算器で演算された差分に応じて画像センサの出力を補正するアンプのゲインを設定する工程をさらに備えてもよい。

上述のパターン検査方法において、欠陥検査中に光源からの光が遮断された状態でリップルセンサの出力を検出する工程は、試料が載置されたステージの移動によって照明光学系の光軸上に試料の検査領域を仮想的に分割した複数のストライプを順に移動させながらストライプ毎の欠陥検査を行う過程において、欠陥検査が行われるストライプを切り替えるために照明光学系の光軸上に試料の検査領域外の領域を移動させている期間中に実施してもよい。

上述のパターン検査方法において、欠陥検査の開始前に光源からの光が遮断された状態で検出されたリップルセンサの出力が閾値を超えている場合に欠陥検査を開始しない工程をさらに備えてもよい。

上述のパターン検査方法において、ずれ量をバイアス値の初期値に加算する工程は、ずれ量が閾値を超えている場合に実施してもよい。

本発明の一態様であるパターン検査装置は、光源と、パターンが形成された試料を光源からの光で照明する照明光学系と、照明された試料を撮像する画像センサと、光源と照明光学系との間に配置され、光源の経時的な光量変動であるリップルを示す電気信号を検出するためのリップルセンサと、光源とリップルセンサとの間に配置され、リップルセンサおよび照明光学系に向かう光源からの光を遮断可能なシャッタと、リップルセンサの出力とバイアス値との差分を演算する差分演算器と、照明された試料を撮像した光学画像に基づいてパターンの欠陥検査を開始する前および欠陥検査中に、シャッタで光源からの光が遮断された状態および／または遮断されていない状態でリップルセンサの出力を検出する検出回路と、検出されたリップルセンサの出力に基づいてバイアス値の初期値および初期値を補正した補正値を設定するバイアス設定部と、を備える。

上述のパターン検査装置において、検出回路は、欠陥検査の開始前に、光源からの光が遮断された状態および遮断されていない状態でリップルセンサの出力を検出し、欠陥検査中に、光源からの光が遮断された状態でリップルセンサの出力を検出し、バイアス設定部は、欠陥検査の開始前に、光源からの光が遮断されていない状態で検出されたリップルセンサの出力をバイアス値の初期値として設定し、欠陥検査中に、欠陥検査の開始前に光源からの光が遮断された状態で検出されたリップルセンサの出力に対する欠陥検査中に光源からの光が遮断された状態で検出されたリップルセンサの出力のずれ量をバイアス値の初期値に加算することで補正値を設定してもよい。

本発明によれば、リップルセンサを構成するアナログ回路の電気特性のずれにかかわらず画像センサの出力を正確に補正することで、光源の経時的な光量変動にともなう欠陥の誤検出を確実に防止することができる。

第１の実施形態によるパターン検査方法を実施可能なパターン検査装置の一例を示す図である。 第１の実施形態によるパターン検査方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態によるパターン検査方法において、リップルセンサの出力のずれを示すグラフである。 第１の実施形態によるパターン検査方法において、差分演算器のバイアス値の補正の実施期間を示す平面図である。 第１の実施形態によるパターン検査方法において、リップルセンサの出力のずれがある場合とない場合とのＴＤＩセンサの出力の補正量の一例を示すグラフである。 第２の実施形態によるパターン検査方法を示すフローチャートである。 第２の実施形態によるパターン検査方法において、リップルセンサの出力のずれを示すグラフである。

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。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態によるパターン検査方法を実施可能なパターン検査装置１の一例を示す図である。図１に示すように、パターン検査装置１は、光源２と、画像センサのの一例である第１ＴＤＩセンサ５Ａおよび第２ＴＤＩセンサ５Ｂとを備える。（領域が区別された１つのＴＤＩセンサであってもよい。）試料の一例であるフォトマスク３に形成されたパターンの欠陥を検査するため、光源２は、マスク３に向けてレーザ光を出射する。レーザ光は、例えば、深紫外（ＤＵＶ）レーザ光である。第１ＴＤＩセンサ５Ａおよび第２ＴＤＩセンサ５Ｂは、光源２からの光で照明されたマスク３に形成されたパターンを撮像することで光学画像を取得し、取得された光学画像を示す階調値を出力する。ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂで取得された光学画像は、後述する設計データに基づく参照画像との比較によって欠陥の検査（Ｄ-ＤＢ検査）に用いられる。

光学画像を取得するためのより具体的な構成として、パターン検査装置１は、光源２と第１ＴＤＩセンサ５Ａとを結ぶ第１の光路６上に、光の進行方向に向かって順に、シャッタ７と、第１ビームスプリッタ８と、第２ビームスプリッタ９と、第１ミラー１０と、第２ミラー１１と、第３ミラー１２と、第１対物レンズ１３と、ステージ１７と、第２対物レンズ１８と、偏光ビームスプリッタ１９と、結像用レンズ２０とを備える。ステージ１７上には、フォトマスク３が載置される。第２ビームスプリッタ９とマスク３との間の第１の光路６上の光学部材１０～１３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。

また、パターン検査装置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、既述したシャッタ７、第１ビームスプリッタ８および第２ビームスプリッタ９と、第４ミラー２３と、既述した偏光ビームスプリッタ１９、第２対物レンズ１８、ステージ１７および結像用レンズ２０とを備える。シャッタ７、第１ビームスプリッタ８、第２ビームスプリッタ９、偏光ビームスプリッタ１９、第２対物レンズ１８および結像用レンズ２０は、第１の光路６と第２の光路２１との間で共通の光学部材である。第２ビームスプリッタ９とフォトマスク３との間の第２の光路２１上の光学部材２３、１９、１８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。以下、透過照明光学系と反射照明光学系とを照明光学系と総称することもある。

シャッタ７は、光源２と照明光学系との間の光路に対して進入および退避が機械的に駆動可能な構成となっている。シャッタ７は、アクチュエータ等で構成されるシャッタ駆動装置３６によって駆動される。以下、シャッタ７が光路上に進入した状態すなわちシャッタ７で光源２からの光を遮断した状態のことを、シャッタＩＮ状態と呼ぶこともある。また、シャッタ７が光路上から退避した状態すなわちシャッタ７による光源２からの光の遮断を解除した状態のことを、シャッタＯＵＴ状態と呼ぶこともある。シャッタＩＮ状態においては、照明光学系に向かう光源２からの光が遮断されるため、マスク３は撮像されない。一方、シャッタＯＵＴ状態においては、透過照明光学系を介して光源２からの光でマスク３が透過照明され、透過照明されたマスク３が第１ＴＤＩセンサ５Ａで撮像される。また、反射照明光学系を介して光源２からの光でマスク３が反射照明され、反射照明されたマスク３が第２ＴＤＩセンサ５Ｂで撮像される。

シャッタＯＵＴ状態において、光源２から出射された光は、第１ビームスプリッタ８において照明光学系側と後述するリップルセンサ３２側とに分離される。第１ビームスプリッタ８を透過した光は、第２ビームスプリッタ９において、第１の光路６側と第２の光路２１側とに分離される。第２ビームスプリッタ９を透過した光は、第１の光路６上を進行した後、順に第１ミラー１０、第２ミラー１１および第３ミラー１２で反射された後に、第１対物レンズ１３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、第２対物レンズ１８で収束されたうえで偏光ビームスプリッタ１９を透過し、その後、結像用レンズ２０によって第１ＴＤＩセンサ５Ａ上に結像される。一方、第２ビームスプリッタ９で反射された光は、第２の光路２１上を進行し、第４ミラー２３で反射された後に偏光ビームスプリッタ１９で反射される。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、偏光ビームスプリッタ１９を透過した後に結像用レンズ２０によって第２ＴＤＩセンサ５Ｂ上に結像される。

また、パターン検査装置１は、ステージ１７に接続されたＸ方向モータ２５Ａ、Ｙ方向モータ２５Ｂおよびθ方向モータ２５Ｃと、ステージ制御回路２６とを備える。Ｘ方向モータ２５Ａ、Ｙ方向モータ２５Ｂおよびθ方向モータ２５Ｃは、それぞれ、ステージ１７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１７上のマスク３に対して光源２からの光を走査する。ステージ制御回路２６は、モータ２５Ａ～Ｃを駆動制御する。

ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂは、Ｘ方向とＹ方向とに並んだ複数の撮像素子すなわちＣＣＤ（Charge Coupled Device）を有する。撮像素子は、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はラインを構成し、撮像の際には、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センサ５Ａ，５Ｂは、例えば、＋Ｘ方向へのステージ１７の移動にともなって、ステージ１７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、ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂは、１ラインずつ順に、マスク３に応じた撮像素子毎の階調値を電荷として出力する。各ラインでの階調値の出力において、ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂは、出力された電荷を直後のラインに蓄積すなわち転送する。これにより、各ラインでの階調値の出力において、ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂは、現在のラインで出力された階調値に、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。このような階調値の蓄積と加算を繰り返すことで、ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂは、最終ラインにおいて、各ラインの階調値を撮像素子毎に積算すなわち積分した撮像素子毎の積算値を出力する。この積算値が、欠陥検査に用いられるＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力すなわち光学画像の取得結果である。

このようなＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力を用いたパターンの欠陥検査を行う構成として、パターン検査装置１は、比較・検査処理回路２７と、検出回路の一例である装置制御回路２８と、記憶装置２９とを備える。記憶装置２９には、マスク３の設計データが記憶されている。装置制御回路２８は、パターン検査装置１の動作を統括的に制御する。比較・検査処理回路２７は、装置制御回路２８を介して記憶装置２９に記憶されている設計データを読み出し、読み出された設計データに基づいて光学画像に対する比較基準となる参照画像を生成する。また、比較・検査処理回路２７は、光学画像のパターンと参照画像のパターンとを比較することで欠陥検査を行う。

ここで、光源２に経時的な光量変動が生じた場合、光学画像の明るさが変化することで、パターンに欠陥が無いにもかかわらず、光学画像の明るさの変化が欠陥として誤検出されてしまう。そこで、光源２の経時的な光量変動が光学画像に反映されて欠陥が誤検出されないようにするため、パターン検査装置１には、光源２の経時的な光量変動であるリップルを示す電気信号をモニタしてＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力を補正する構成が備えられている。

具体的には、パターン検査装置１は、センサ出力補正回路３１と、リップルセンサ３２と、リップル検出回路３３と、ゲイン設定回路３４と、既述した装置制御回路２８とを備える。

センサ出力補正回路３１は、リップルを示す電気信号に応じてＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力を補正する回路である。センサ出力補正回路３１は、第１アンプ３１Ａと第２アンプ３１Ｂとを有する。第１アンプ３１Ａは、第１ＴＤＩセンサ５Ａと比較・検査処理回路２７との間に接続され、設定された増幅率で第１ＴＤＩセンサ５Ａの出力を増幅させることで、リップルを示す電気信号を含んだ第１ＴＤＩセンサ５Ａの出力を補正する。第２アンプ３１Ｂは、第２ＴＤＩセンサ５Ｂと比較・検査処理回路２７との間に接続され、設定された増幅率で第２ＴＤＩセンサ５Ｂの出力を増幅させることで、リップルを示す電気信号を含んだ第２ＴＤＩセンサ５Ｂの出力を補正する。

リップルセンサ３２は、リップルを示す電気信号を検出するために光源２の光量を取得するセンサである。リップルセンサ３２は、第１ビームスプリッタ８の反射側に配置されたフォトセンサ３２１と、フォトセンサ３２１の出力側に接続されたアナログ回路の一例であるアンプ３２２とを有する。アナログ回路は、アンプ３３２以外の回路素子を更に備えていてもよい。フォトセンサ３２１は、第１ビームスプリッタ８で反射された光を受光し、受光された光を電気信号に変換してアンプ３２２に出力する。アンプ３２２は、フォトセンサ３２１側から入力された電気信号を増幅させて出力する。このアンプ３２２の出力が、リップルセンサ３２の出力である。

リップル検出回路３３は、リップルセンサ３２の出力に基づいてリップルを示す電気信号を検出する回路である。リップル検出回路３３は、リップルセンサ３２の出力端にプラス（＋）側の入力端が接続された差分演算器３３１と、差分演算器３３１のマイナス（－）側の入力端に接続されたバイアス設定部３３２と、差分演算器３３１の出力端に接続されたアンプ３３３とを有する。差分演算器３３１は、リップルセンサ３２の出力とバイアス設定部３３２からのバイアス値との差分を演算することでリップルを示す電気信号を算出（すなわち、検出）する。より具体的には、差分演算器３３１は、リップルセンサ３２の出力からバイアス値を減算することでリップルを示す電気信号を算出する。差分演算器３３１は、算出されたリップルを示す電気信号をアンプ３３３に出力する。アンプ３３３は、差分演算器３３１から出力されたリップルを示す電気信号を増幅させ、増幅されたリップルを示す電気信号をゲイン設定回路３４に出力する。バイアス設定部３３２は、差分演算器３３１に供給されるバイアス値を設定する。

ゲイン設定回路３４は、リップル検出回路３３で検出されたリップルを示す電気信号、より具体的にはアンプ３３３で増幅されたリップルを示す電気信号に応じて、センサ出力補正回路３１の第１アンプ３１Ａおよび第２アンプ３１Ｂのゲインを設定する回路である。ゲイン設定回路３４は、例えば、リップル検出回路３３で検出されたリップルを示す電気信号が光源２の経時的な光量増加を示す場合には、アンプ３１Ａ，３１Ｂのゲインを１より小さい値に設定することで、アンプ３１Ａ，３１Ｂから出力される光学画像の明るさが増加しないようにする。一方、ゲイン設定回路３４は、リップル検出回路３３で検出されたリップルを示す電気信号が光源２の経時的な光量減少を示す場合には、アンプ３１Ａ，３１Ｂのゲインを１より大きい値に設定することで、アンプ３１Ａ，３１Ｂから出力される光学画像の明るさが減少しないようにする。このようにして、パターン検査装置１は、リップルを示す電気信号に応じてＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力を補正している。

しかるに、リップルセンサ３２を構成するアンプ３２２（アナログ回路）の電気特性（例えば、アンプ３２２による電気信号の増幅特性）が理想的な特性からずれることで、実際の光源２の光量がゼロの場合でもリップルセンサ３２の出力がゼロとならないことがある。具体的には、アンプ３２２は、光源２の光量がゼロの場合には、アンプ３２２に入力される増幅させるべき電気信号の信号値がゼロであるので、出力される電気信号の信号値もゼロになるはずであるが、実際はゼロよりも大きい信号値の電気信号が出力されることがある。また、このアンプ３２２の理想的な電気特性からのずれは経時的に変化することがあり、この経時的な変化が生じた場合、実際の光源２の光量が変動してないにもかかわらず、リップルセンサ３２の出力が経時的に変動してしまう。このようなアンプ３２２の電気特性のずれの影響によってリップルを示す電気信号に誤差が生じることで、リップルを示す電気信号に応じたＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力の補正が不正確となってしまう。

そこで、リップルセンサ３２を構成するアンプ３２２の電気特性がずれてもＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂの出力を正確に補正するため、パターン検査装置１は、リップルセンサ３２の出力に基づいてアンプ３２２の電気特性のずれをモニタし、アンプ３２２の電気特性のずれに応じて差分演算器３３１に設定するバイアス値を補正するように構成されている。バイアス値を補正するための具体的な構成は以下のパターン検査方法において説明する。

（パターン検査方法）
次に、パターン検査装置１を適用した検査方法について説明する。図２は、第１の実施形態によるパターン検査方法を示すフローチャートである。

先ず、装置制御回路２８は、欠陥検査の開始前に、差分演算器３３１のバイアス値の初期値を設定するための検査前処理を開始する（ステップＳ１）。検査前処理において、先ず、装置制御回路２８は、シャッタ７を駆動するシャッタ駆動装置３６にシャッタ７を光路外から光路上へと移動させることで、シャッタＯＵＴ状態からシャッタＩＮ状態に切り替える（ステップＳ２）。

シャッタＩＮ状態において、装置制御回路２８は、リップルセンサ３２の出力端と差分演算器３３１のプラス側の入力端との間の第１検出ノードＮ１において、リップルセンサ３２の出力Ｖｉｉすなわち出力電圧を測定（検出）し、測定結果を装置制御回路２８の記憶部に記録する（ステップＳ３）。

リップルセンサ３２の出力Ｖｉｉを測定および記録した後、装置制御回路２８は、記録されたリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉが予め設定された正側の閾値Ｖｆ１または負側の閾値Ｖｆ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。正側の閾値Ｖｆ１および負側の閾値Ｖｆ２の具体例については後述する。

測定結果Ｖｉｉが正側の閾値Ｖｆ１よりも大きい、または、負側の閾値Ｖｆ２よりも小さい場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、装置制御回路２８は、差分演算器３３１のバイアス値の初期値を設定するためにシャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態に切り替えたときに、リップルセンサ３２の出力が飽和してしまう、または、リップルセンサ３２の出力が差分演算器３３１の演算式を適切に適用できない値になってしまうと判断する。この場合、装置制御回路２８は、パターン検査装置１の表示部にエラー表示を行い（ステップＳ１８）、欠陥検査を実施せずに処理を終了する。

ここで、図３は、第１の実施形態によるパターン検査方法において、リップルセンサ３２の出力のずれを示すグラフである。図３において、横軸は光源２の光量であり、縦軸はリップルセンサ３２の出力すなわち出力電圧である。図３に示すように、リップルセンサ３２の出力は、光量に比例して増加するが、光量が増加してもそれ以上は増加しないセンサ飽和レベルがある。センサ飽和レベルは、例えば、リップルセンサ３２に供給される電源電圧である。

リップルセンサ３２の出力が図３において実線で示される理想的なリップルセンサ３２の出力に対して正側にずれている場合、すなわち、正のオフセットが生じている場合、実際の光量がゼロであるシャッタＩＮ状態においても、リップルセンサ３２の出力はゼロにならず、正のオフセットに相当する値となる。この正のオフセットは、光量が増加したときもリップルセンサ３２の出力に含まれる。このため、後述するように差分演算器３３１のバイアス値の初期値を設定するためにシャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態に切り替えたときも、リップルセンサ３２の出力は、正のオフセットを含んだ値すなわち理想的なリップルセンサ３２の出力よりも大きな値となる。シャッタＯＵＴ状態における理想的なリップルセンサ３２の出力は、センサ飽和レベルに達しないような値に設計されている。しかしながら、シャッタＯＵＴ状態におけるリップルセンサ３２の出力に正のオフセットが含まれている場合、正のオフセットに起因してリップルセンサ３２の出力がセンサ飽和レベルに達することがある。センサ飽和レベルに達した場合、これ以上光量を増加させてもリップルセンサ３２の出力は増加することができない。このようなセンサ飽和レベルのリップルセンサ３２の出力は、差分演算器３３１のバイアス値の初期値として設定してもリップルを示す電気信号を適切に検出することができないため、バイアス値として不適切である。

そこで、センサ飽和レベルのリップルセンサ３２の出力を差分演算器３３１のバイアス値の初期値として設定しないようにするため、第１の実施形態においては、バイアス値の初期値を設定するためにシャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態に切り替えたときのリップルセンサ３２の出力をセンサ飽和レベルにするような正のオフセットを、シャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉの正側の閾値Ｖｆ１として設定している。なお、図３には、一例として、検査開始前のシャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉとして、正側の閾値Ｖｆ１に一致する正のオフセットを含む出力Ｖｉｉが示されているが、正のオフセットが閾値Ｖｆ１よりも小さければ、正のオフセットを含むＶｉｉは図３よりも小さい値になり、逆に、正のオフセットが閾値Ｖｆ１よりも大きければ、正のオフセットを含むＶｉｉは図３よりも大きい値になる。そして、既述したように、検査開始前のシャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉが正側の閾値Ｖｆ１よりも大きい場合には、エラー表示を行うことで不正確なリップルを示す電気信号の検出をともなう不適切な欠陥検査が行われることを未然に回避することができる。

また、リップルセンサ３２の出力が図３において実線で示される理想的なリップルセンサ３２の出力に対して負側にずれている場合、すなわち、負のオフセットが生じている場合、実際の光量がゼロであるシャッタＩＮ状態においても、リップルセンサ３２の出力はゼロにならず、負のオフセットに相当する値となる。この負のオフセットは、光量が増加したときもリップルセンサ３２の出力に含まれる。このため、後述するように差分演算器３３１のバイアス値の初期値を設定するためにシャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態に切り替えたときも、リップルセンサ３２の出力は、負のオフセットを含んだ値すなわち理想的なリップルセンサ３２の出力よりも小さい値となる。そして、シャッタＯＵＴ状態におけるリップルセンサ３２の出力が負のオフセットに起因して負の値となる場合、このような負の値のリップルセンサ３２の出力を差分演算器３３１のバイアス値の初期値に設定すると、差分演算器３３１のマイナス（－）側の入力端に負の値（バイアス値の初期値）が設定されることになる。この場合、差分演算器３３１の演算式にしたがってリップルを示す電気信号を適切に算出することができないため、負の値のリップルセンサ３２の出力は、バイアス値の初期値として不適切である。

そこで、負の値のリップルセンサ３２の出力を差分演算器３３１のバイアス値の初期値として設定しないようにするため、第１の実施形態においては、バイアス値の初期値を設定するためにシャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態に切り替えたときのリップルセンサ３２の出力を負にするような負のオフセットを、シャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉの負側の閾値Ｖｆ２として設定している。なお、図３には、一例として、検査開始前のシャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉとして、負側の閾値Ｖｆ２に一致する負のオフセットを含む出力Ｖｉｉが示されているが、負のオフセットが閾値Ｖｆ２よりも大きければ、負のオフセットを含むＶｉｉは図３よりも大きい値になり、逆に、負のオフセットが閾値Ｖｆ２よりも小さければ、負のオフセットを含むＶｉｉは図３よりも小さい値になる。そして、既述したように、検査開始前のシャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉが負側の閾値Ｖｆ２よりも小さい場合には、エラー表示を行うことで不正確なリップルを示す電気信号の検出をともなう不適切な欠陥検査が行われることを未然に回避することができる。

一方、図２に示すように、測定結果Ｖｉｉが正側の閾値Ｖｆ１以下、または、負側の閾値Ｖｆ２以上である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、装置制御回路２８は、差分演算器３３１のバイアス値の初期値を設定するために、シャッタ駆動装置３６の制御によって、シャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態に切り替える（ステップＳ５）。

シャッタＩＮ状態からシャッタＯＵＴ状態への切り替えを行った後、装置制御回路２８は、第１検出ノードＮ１において、リップルセンサ３２の出力Ｖｉｏを測定（検出）し、測定結果を装置制御回路２８の記憶部に記録する（ステップＳ６）。

シャッタＯＵＴ状態におけるリップルセンサ３２の出力の測定結果Ｖｉｏを記録した後、バイアス設定部３３２（設定部）は、記録された測定結果Ｖｉｏをバイアス値の初期値として設定する（ステップＳ７）。

バイアス値の初期値が設定された後、装置制御回路２８は、シャッタＯＵＴ状態からシャッタＩＮ状態への切り替え（ステップＳ８）を行って検査前処理を終了させ、続いて欠陥検査を開始する（ステップＳ９）。図４は、第１の実施形態によるパターン検査方法において、差分演算器３３１のバイアス値の補正の実施期間を示す平面図である。欠陥検査においては、マスク３が載置されたステージ１７を移動させることで、図４に示すように、マスク３の検査領域３００を仮想的に分割した短冊状の複数のストライプ３０１を照明光学系の光軸上に順に移動させることで、複数のストライプ３０１を光源２からの光で順に走査する。このとき、図４の破線矢印に示す方向に各ストライプ３０１が連続的に走査されるように、ステージ制御回路２６はステージ１７の動作を制御する。これにより、ストライプ３０１毎にマスク３を撮像した光学画像を取得し、取得された光学画像と設計データに基づく参照画像との比較によってストライプ３０１毎に欠陥検査を行う。

検査前処理開始Ｓ１後、Ｓ７までの処理で差分演算器３３１のバイアス値を初期値に設定する。なお、検査前処理は、後述する検査中処理とともにバイアス値の補正の実施期間に含まれる。検査前処理は、図４の枠Ｂに示すように、照明光学系の光軸上に検査領域３００の走査が開始される前の検査領域外領域３０２を移動させている期間中に行われる。欠陥検査を開始した後、装置制御回路２８は、欠陥検査中に差分演算器３３１のバイアス値を補正する検査中処理を開始するか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、装置制御回路２８は、少なくとも１ストライプ分の欠陥検査が完了しており、かつ、図４の枠Ａに示すように、欠陥検査が行われるストライプ３０１を切り替えるために照明光学系の光軸上にマスク３の検査領域外領域３０２を移動させている期間中である場合には、検査中処理を開始すると判定する。一方、装置制御回路２８は、少なくとも１ストライプ分の欠陥検査が完了しておらず、または、照明光学系の光軸上にストライプ３０１を移動させている期間中である場合には、検査中処理を開始しないと判定する。このように、検査が行われるストライプ３０１の切り替え期間中に検査中処理を行うことで、検査を妨げずにバイアス値を補正することができる。

検査中処理を開始する場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、装置制御回路２８は、第１検出ノードＮ１において、リップルセンサ３２の出力を測定し、測定結果Ｖｉｉｄを記録する（ステップＳ１１）。

リップルセンサ３２の出力の測定結果Ｖｉｉｄを記録した後、装置制御回路２８は、記録された測定結果Ｖｉｉｄが予め設定された正側の閾値Ｖｆ１または負側の閾値Ｖｆ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２）。

測定結果Ｖｉｉｄが正側の閾値Ｖｆ１よりも大きい、または、負側の閾値Ｖｆ２よりも小さい場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、装置制御回路２８は、エラー表示を行って処理を終了する（ステップＳ１８）。

一方、測定結果Ｖｉｉが正側の閾値Ｖｆ１以下、または、負側の閾値Ｖｆ２以上である場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、装置制御回路２８（算出部）は、検査開始前にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉに対する検査中にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサ３２の出力Ｖｉｉｄのずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）を算出する（ステップＳ１３）。

ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）を算出した後、バイアス設定部３３２（補正部）は、算出されたずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）を初期値Ｖｉｏに加算した値（Ｖｉｏ＋（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ））を差分演算器３３１のバイアス値として設定することで、バイアス値（初期値）を補正する（ステップＳ１４）。

ここで、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）は、欠陥検査の進行にともなうリップルセンサ３２（アナログ回路）の経時的な特性変化に起因して、シャッタＩＮ状態におけるリップルセンサ３２の出力がどの程度変化したかを示す量である。Ｖｉｉが通常は理想的な出力（すなわちゼロ）からずれたオフセットに相当する値であると考えれば、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）は、オフセットの変化と考えることができる。以下、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）のことを、オフセット変化と呼ぶこともある。なお、図３には、一例として、理想的なＶｉｉ（ゼロ）を基準としたオフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）、すなわち、検査開始前のオフセットＶｉｉがゼロの場合のオフセット変化が示されている。

オフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）がリップルセンサ３２の出力に含まれている場合、差分演算器３３１によってリップルセンサ３２の出力にバイアス値の初期値を加算することで得られるリップルを示す電気信号は、オフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）が含まれた不正確な値となる。より具体的には、図５に示すように、光源２の出力（レーザ出力）に対するリップルを示す電気信号（差分演算器３３１の出力）の比率（％）を横軸にとり、アンプ３１Ａ，３１Ｂのゲインαおよびゲインαの補正誤差を縦軸にとったグラフにおいて、オフセット変化があるときのアンプ３１Ａ，３１Ｂのゲインα：Ｂは、オフセット変化がないときの理想的なアンプ３１Ａ，３１Ｂのゲインα：Ａに対してオフセット変化を反映した補正誤差：Ｃを有するものとなる。

これに対して、第１の実施形態によれば、リップルセンサ３２の経時的な特性変化にともなうオフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）が含まれるように差分演算器３３１のバイアス値を補正することで、リップルセンサ３２の出力にオフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）が含まれていても、差分演算器３３１におけるバイアス値（Ｖｉｏ＋（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ））との差分演算によってオフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）を相殺することができる。これにより、差分演算器３３１の出力であるリップルを示す電気信号は、オフセット変化（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）を含まない正確な値となる。そして、正確な値のリップルを示す電気信号に基づいてアンプ３１Ａ，３１Ｂのゲインを補正することで、光源２の経時的な光量変動にともなう欠陥の誤検出を確実に防止することができる。

バイアス値を補正した後、装置制御回路２８は、検査中処理を終了する（ステップＳ１５）。

検査中処理を終了した後、または検査中処理を開始しない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、装置制御回路２８は、ストライプ毎の欠陥検査を実施する（ステップＳ１６）。

ストライプ毎の欠陥検査を実施した後、装置制御回路２８は、検査が終了したか否かを判定する（ステップＳ１７）。

検査が終了した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、装置制御回路２８は、処理を終了する。一方、検査が終了していない場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、装置制御回路２８は、検査中処理を開始するか否かの判定を繰り返す（ステップＳ１０）。

なお、図１に示すように、装置制御回路２８は、アンプ３３３とゲイン設定回路３４との間の第２検出ノードＮ２において、アンプ３３３から出力されたリップルを示す電気信号の増幅値を検出してもよい。そして、検出されたリップルを示す電気信号の増幅値が、リップルセンサ３２の出力とバイアス値とアンプ３３３の増幅率とに基づいて装置制御回路２８が計算した計算値と一致するか否かを判定してもよい。この場合、リップルを示す電気信号の増幅値の検出値と計算値との誤差が閾値を超える場合には、装置制御回路２８は、バイアス値の再設定やエラー表示等のエラー処理を行ってもよい。

なお、パターン検査装置１は、以下のパラメータを有していてもよい。
・光源２の光量：10uW
・フォトセンサ３２１の光電変換効率：0.06A/W
・オペアンプ３２２の電流／電圧変換抵抗：15KΩ（出力電流：0.6uA、出力電圧：10mV）
・リップルセンサ３２の電気回路の設置環境の温度変化：４℃
・オペアンプ３２２のオフセットドリフト:1.5uV/℃（ドリフトによる信号変化：1.5uV*4/10mV =0.06 %）
・リップルセンサ３２のA/Dコンバータの分解能：12bit（入力レンジに対して0.02%）

以上述べたように、第１の実施形態によれば、検査開始前にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサ３２の出力に対する検査中にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサの出力のずれ量（オフセット変化）を算出し、算出されたずれ量をバイアス値の初期値に加算してバイアス値を補正することで、リップルセンサ３２を構成するアナログ回路の経時的な特性変化に起因するリップルセンサ３２の出力の誤差を解消することができる。これにより、正確な値のリップルを示す電気信号に基づいてＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂのゲインを正確に補正することができるので、光源２の経時的な光量変動にともなう欠陥の誤検出を確実に防止することができる。

また、第１の実施形態によれば、検査開始前にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサ３２の出力（オフセット）が閾値Ｖｆ１、Ｖｆ２を超えている場合にエラー表示を行って検査を実施しないことで、正確なバイアス値の初期値を設定できないほどリップルセンサ３２の出力のずれが大きい場合に不適切な検査が開始されることを回避することができる。

（第２の実施形態）
次に、検査開始前にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサ３２の出力に対する検査中にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサの出力のずれ量が閾値を超える場合にバイアス値の補正を実施する第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態によるパターン検査方法を示すフローチャートである。図７は、第２の実施形態によるパターン検査方法において、リップルセンサ３２の出力のずれを示すグラフである。

第１の実施形態においては、検査開始前にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサ３２の出力に対する検査中にシャッタＩＮ状態で検出されたリップルセンサの出力のずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）すなわちオフセット変化を無条件でバイアス値の初期値Ｖｉｏに加算することでバイアス値を補正していた。これに対して、第２の実施形態においては、図６に示すように、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）の絶対値が図７に示されるオフセット変化閾値Ｖｄを超えるか否かを判定し（ステップＳ２１）、オフセット変化閾値Ｖｄを超える場合に、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）でバイアス値を補正する（ステップＳ１４）。

第２の実施形態によれば、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）がオフセット変化閾値Ｖｄを超えることを条件にバイアス値を補正することで、ずれ量（Ｖｉｉｄ－Ｖｉｉ）が小さい場合にはバイアス値の補正を省略することができる。これにより、パターン検査装置１の処理負荷を軽減することができる。

なお、本発明には、ＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂ以外の画像センサを適用することもできる。また、反射照明光学系および透過照明光学系のうち一方を削除することもできる。また、結像用レンズ２０とＴＤＩセンサ５Ａ，５Ｂとの間に透過照明光、反射照明光のそれぞれに対応するスリットを設けることもできる。また、ステージ１７の移動方式としては、図４に示した連続移動方式の代わりにステップアンドリピート方式を適用することもできる。ステップアンドリピート方式では、検査領域３００内においてシャッタＩＮ状態にしてリップルセンサ３２の出力を検出することもできる。また、本実施形態は、Ｄ-ＤＢ検査に限らず、Ｄ-Ｄ検査にも適用することができる。

パターン検査装置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、パターン検査装置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 パターン検査装置
２ 光源
３２ リップルセンサ
３３１ 差分演算器
５Ａ，５Ｂ ＴＤＩセンサ

Claims (7)

1. 照明光学系を介して光源からの光で照明された試料を画像センサで撮像した光学画像に基づいて前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を開始する前に、
   前記光源と前記光源の経時的な光量変動であるリップルを示す電気信号を検出するためのリップルセンサとの間に配置されたシャッタで前記リップルセンサおよび前記照明光学系に向かう前記光源からの光が遮断された状態で前記リップルセンサの出力を検出する工程と、
   前記シャッタで前記光源からの光が遮断されていない状態で前記リップルセンサの出力を検出する工程と、
   前記光源からの光が遮断されていない状態で検出された前記リップルセンサの出力を、前記リップルセンサの出力とバイアス値との差分を演算する差分演算器の前記バイアス値の初期値として設定する工程と、を備え、
   前記欠陥検査中に、
   前記光源からの光が遮断された状態で前記リップルセンサの出力を検出する工程と、
   前記欠陥検査の開始前に前記光源からの光が遮断された状態で検出された前記リップルセンサの出力に対する前記欠陥検査中に前記光源からの光が遮断された状態で検出された前記リップルセンサの出力のずれ量を算出する工程と、
   前記ずれ量を前記バイアス値の初期値に加算する工程と、を備えることを特徴とするパターン検査方法。
2. 前記差分演算器で演算された前記差分に応じて前記画像センサの出力を補正するアンプのゲインを設定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
3. 前記欠陥検査中に前記光源からの光が遮断された状態で前記リップルセンサの出力を検出する工程は、前記試料が載置されたステージの移動によって前記照明光学系の光軸上に前記試料の検査領域を仮想的に分割した複数のストライプを順に移動させながら前記ストライプ毎の前記欠陥検査を行う過程において、前記欠陥検査が行われるストライプを切り替えるために前記照明光学系の光軸上に前記試料の検査領域外の領域を移動させている期間中に実施することを特徴とする請求項１または２に記載のパターン検査方法。
4. 前記欠陥検査の開始前に前記光源からの光が遮断された状態で検出された前記リップルセンサの出力が閾値を超えている場合に前記欠陥検査を開始しない工程をさらに備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のパターン検査方法。
5. 前記ずれ量を前記バイアス値の初期値に加算する工程は、前記ずれ量が閾値を超えている場合に実施することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のパターン検査方法。
6. 光源と、
   パターンが形成された試料を前記光源からの光で照明する照明光学系と、
   前記照明された試料を撮像する画像センサと、
   前記光源と前記照明光学系との間に配置され、前記光源の経時的な光量変動であるリップルを示す電気信号を検出するためのリップルセンサと、
   前記光源と前記リップルセンサとの間に配置され、前記リップルセンサおよび前記照明光学系に向かう前記光源からの光を遮断可能なシャッタと、
   前記リップルセンサの出力とバイアス値との差分を演算する差分演算器と、
   前記照明された試料を撮像した光学画像に基づいて前記パターンの欠陥検査を開始する前および前記欠陥検査中に、前記シャッタで前記光源からの光が遮断された状態および／または遮断されていない状態で前記リップルセンサの出力を検出する検出回路と、
   前記検出されたリップルセンサの出力に基づいて前記バイアス値の初期値および前記初期値を補正した補正値を設定するバイアス設定部と、を備えることを特徴とするパターン検査装置。
7. 前記検出回路は、前記欠陥検査の開始前に、前記光源からの光が遮断された状態および遮断されていない状態で前記リップルセンサの出力を検出し、前記欠陥検査中に、前記光源からの光が遮断された状態で前記リップルセンサの出力を検出し、
   前記バイアス設定部は、前記欠陥検査の開始前に、前記光源からの光が遮断されていない状態で検出された前記リップルセンサの出力を前記バイアス値の初期値として設定し、前記欠陥検査中に、前記欠陥検査の開始前に前記光源からの光が遮断された状態で検出された前記リップルセンサの出力に対する前記欠陥検査中に前記光源からの光が遮断された状態で検出された前記リップルセンサの出力のずれ量を前記バイアス値の初期値に加算することで前記補正値を設定すること、を特徴とする請求項６に記載のパターン検査装置。

Images