JPH05249656A

JPH05249656A - マスク検査装置

Info

Publication number: JPH05249656A
Application number: JP11510092A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sasaki; 賢司佐々木; Akira Ono; 明小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-09-28
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2530081B2

Abstract

(57)【要約】【構成】所定領域の波長の検査光を発する照明手段
と、前記フィルタを透過した検査光を集光する集光レン
ズ系と、マスクを載置するステージ部と、前記マスクを
透過した検査光を拡大投影する対物レンズ系と、前記対
物レンズ系を透過する検査光の光線束の広がりを調整可
能な開口絞り手段と、前記対物レンズ系からの拡大光像
を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信
号を演算処理する演算手段とを具備することを特徴とす
るマスク検査装置。【効果】マスクパターンの拡大投影像を露光時の縮小
投影像と同一の結像性能で得られ、マスクの欠陥を直接
的に簡易かつ精度よく検査できる。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光用のマスクの欠陥
を検査するマスク検査装置に係り、特にマスクの透過照
明光の強度分布により欠陥を検査するマスク検査装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な縮小投影型の露光装置の構成を
図４に示す。これは、光源から発せられた光Ｒを集光レ
ンズ系で集光して露光用マスク上に投射し、このマスク
からの透過光を対物レンズ系でウェハ上に縮小投影する
ものである。ここで、縮小投影像の倍率はマスク〜対物
レンズ系間の距離ｚ₁と対物レンズ〜ウェハ間の距離ｚ
₂との比（ｚ₁／ｚ₂。例えば１／５）によって決ま
る。従来技術からは、この露光に用いられるマスクのパ
ターン欠陥を検査するには、以下の方法が考えられる。
すなわち、 (1) ＣＣＤカメラなどの撮像手段を上記縮小投影像の結
像位置に配置してマスクの像を直接観察する。

【０００３】(2) 露光・現像後のウェハを直接顕微鏡で
観察しあるいはウェハを割断してその断面を走査型電子
顕微鏡（Scanning Electron Microscope。以下、ＳＥ
Ｍとする。）などで観察する。

【０００４】(3) マスクに光を照射してマスク、従来の
顕微鏡で拡大して（図６）、その透過光の強度分布パタ
ーンをマスクの設計パターンと比較して両者の一致度に
よって欠陥を抽出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縮小投
影されたマスクの像は０．３μｍ程度の微細なパターン
からなるのに対し、固体撮像素子（Charge Coupled D
evice 。以下、ＣＣＤとする。）の分解能は７μｍ程度
である。すなわち、直接観察に好適な空間分解能を有す
る撮像素子が現存しないため、 (1)の方法は不可能に等
しい。

【０００６】また、マスクの透過光がウェハ上に縮小投
影される際、マスクの欠陥は回折現象によって縮小倍率
よりも大きく結像されることになる。したがって、マス
ク自体を直接観察する場合は、許容値よりも高い検出感
度で検査しなければならず、検査時間が膨大となる。

【０００７】(2)の方法は一般的ではあるが、途中に現
像など数々の中間処理工程を経ているためこれらの影響
を免れ得ない。また、ウェハを割断するなどの作業が面
倒な上、検査後のウェハは製品として使用できない。

【０００８】(3)の方法では、従来の露光用マスク（図
８）のように、金属膜などの不透明膜を利用して透過光
の明暗のパターンを形成する場合は上記の設計パターン
との比較によっても容易に欠陥を検出できるであろう。
しかしながら、昨今開発が進められている位相シフトマ
スク（図７）は、微細な凹凸の配列とその溝深さによっ
て透過干渉光の強度分布パターンを形成するもので、そ
のマスクの不良には単なるパターンの欠陥のみならず凹
凸形状のなす位相ずれに基因するものもある。このよう
な位相情報まで設計パターンに含ませるのは困難であ
り、実質上位相シフトマスクの欠陥検査を正確に行うこ
とは困難を極めている。

【０００９】また、実際のＩＣ製造は幾重にも薄膜の積
層が繰り返して行われており、露光プロセスにおいては
レジスト厚の分だけ焦点がずれて縮小投影される場合が
少なくない。従来、このような焦点ずれの影響もＳＥＭ
による割断面観察によって行っていたが、上述と同様に
中間処理工程の影響を受けて正確に評価するのは困難で
あった。したがって、マスク欠陥検査工程において、焦
点ずれの結像への影響も併せて評価できることが望まし
い。とりわけ、焦点深度を深くとれる位相シフトマスク
を用いる場合には、焦点ずれの影響は重要となる。そこ
で、本発明は、マスクパターンの欠陥を簡易かつ高精度
に検査できるマスク検査装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、位相シフトマスクの欠陥検査にも
好適なマスク検査装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、焦点ずれの結像への影響も併せて評価で
きるマスク検査装置を提供することを目的とする。［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を参酌してなされたものであり、所定領域の波長の検
査光を発する照明手段と、前記検査光を集光する集光レ
ンズ系と、マスクを載置するステージ部と、前記マスク
を透過した検査光を拡大投影する対物レンズ系と、前記
対物レンズ系を透過した検査光の光線束の広がりを調整
する開口絞り手段と、前記対物レンズ系からの拡大光像
を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信
号を演算処理する演算手段とを具備することを特徴とす
るマスク検査装置である。

【００１１】また、本発明は、所定領域の波長の検査光
を発する照明手段と、前記検査光を集光する集光レンズ
系と、マスクを載置するステージ部と、前記マスクを透
過した検査光を拡大投影する対物レンズ系と、前記対物
レンズ系を透過した検査光の光線束の広がりを調整する
開口絞り手段と、前記対物レンズ系からの拡大光像を撮
像して画像信号を出力する撮像手段と、画像信号を順次
入力してこれらを相互に比較演算する演算手段とを具備
することを特徴とするマスク検査装置である。

【００１２】また、本発明は、所定領域の波長の検査光
を発する照明手段と、前記検査光を集光する集光レンズ
系と、マスクを載置するステージ部と、前記マスクを透
過した検査光を拡大投影する対物レンズ系と、前記対物
レンズ系を透過した検査光の光線束の広がりを調整する
開口絞り手段と、前記対物レンズ系からの拡大光像を撮
像して画像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段を
検査光の光軸方向に変位可能な撮像位置変位手段と、前
記撮像手段の位置変位量を測定する撮像位置測定手段
と、前記画像信号を演算処理する演算手段と、前記撮像
位置変位手段の動作を制御する制御手段とを具備するこ
とを特徴とするマスク検査装置である。光源からは所定
の波長領域の検査光を含む光を照射するようにしてい
る。また、集光レンズ系によって光線束の広がり調整す
ることによって、対物レンズ系の後側焦平面上における
光源像の大きさを調整することができる。また、開口絞
り手段によって対物レンズ系の開口数を調整することが
できる。これらの光学的パラメータによって投影像の結
像性能が決まるので、本装置によれば撮像面上における
マスクの拡大投影像の結像性能を露光時の縮小投影像の
それと同一にすることができる。したがって、縮小投影
像と相似形の拡大投影像を観察できるので、検出感度を
上げる必要はなく検査速度を向上できる。

【００１３】また、ステージを駆動させてマスクを同一
のパターンごとに撮像し、その画像信号同士を比較演算
しているので、マスクの欠陥の有無を簡易かつ高速に検
知することができる。また、位相シフトマスク検査時に
あっては、位相情報同士を比較することになるので、簡
易性・高速性は損なわれない。また、撮像手段を光軸方
向に変位自在であるため、焦点ずれの投影像への影響を
併せて容易に評価することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳解
する。図１は、本発明の第１の実施例に係るマスク検査
装置の構成図である。まず、この装置の構成及び作用に
ついて説明する。

【００１５】この装置は、所定領域の波長λからなる検
査光Ｒ₁を発する照明部(110) と、検査光Ｒ₁を集光し
て検査対象であるマスク(100) に照射する集光レンズ系
(120) と、マスク(100) を載置するステージ部(130)
と、マスク(100) を透過した検査光Ｒ₂を拡大投影する
対物レンズ系(140) と、対物レンズ系(140) を透過する
検査光Ｒ₃の開口数（以下、ＮＡとする。）を調整する
開口絞り(150) と、対物レンズ系(140) からの拡大光像
を撮像して画像信号Ｓを出力する撮像部(160)と、画像
信号Ｓを演算処理するとともに装置全体の動作を統御す
る演算制御部(170) から構成されている。

【００１６】照明部(110) は、高輝度が得られる水銀ラ
ンプなどの光源(111) と、特定の波長領域の光を選択的
に透過させる干渉フィルタなどの光学フィルタ(112) と
を備えており、干渉フィルタの各層の組合せ方などによ
って所定領域の波長λの検査光Ｒ₁を取り出せるように
なっている。

【００１７】集光レンズ系(120) は、検査光Ｒ₁の光軸
上に集光レンズ(121) と、開口絞り(122) と、コンデン
サレンズ(123) とが配設され、ステージ部(130) に載置
されたマスク(100) に検査光Ｒ₁を照射するようになっ
ている。この集光レンズ(121) ，開口絞り(122) ，コン
デンサレンズ(123) によって検査光Ｒ₁の光線束の広が
りを制限して、対物レンズ系(140) の瞳面での瞳に対す
る光源像の大きさの比（これを照明部のコヒーレンス度
σという。以下、σ値とする。）を調整できるようにな
っている。なお、図１において、開口絞り(122) が円形
のときは、σは下式(1) で表される。 σ ＝｛sin(θ₃／２) ｝／｛sin(θ₄／２) ｝ (1)

【００１８】ステージ部(130) は、検査対象であるＩＣ
露光用のマスク(100) を着脱可能に載置するステージ(1
31) と、ステージ(131) を面内方向（ＸＹ方向）に移動
可能なステージ駆動部(132) とを有し、検査光Ｒ₁がマ
スク(100) を透過するようその光軸上に配設されてい
る。

【００１９】対物レンズ系(140) は、マスク(100) を透
過した検査光Ｒ₂の光軸上に配設され、検査光Ｒ₂の透
過強度分布を撮像部(110) の撮像面上に拡大投影させる
ようになっている。この拡大光像の倍率は、マスク(10
0) と対物レンズ系(140) との距離ｚ₁と対物レンズ系
(140) の主点と撮像面との距離ｚ₂との比（ｚ₁／
ｚ₂）によって決まる。

【００２０】開口絞り(150) は、通常、円孔の開いた遮
光板からなり、その円孔が光軸と略同心円状になるよう
に対物レンズ系(140) の焦点位置あるいは主点位置に配
設されている。開口絞り(150) の光軸上における相対位
値と円孔の径によって、対物レンズ系(140) の光線束の
広がりを制限するようになっている。図１において、空
気の屈折率をｎ₀とし、開口絞り(150) によって制限さ
れた光線束の立体角をθ₄とおくと、ｎ₀・sin(θ₄／
２) で表される値が対物レンズ系(140) の開口数ＮＡと
なる。

【００２１】このマスク検査装置の分解能は撮像面上に
おける結像性能に依存するが、この結像性能を求めるに
は集光レンズ系(120) による回折と対物レンズ系(140)
による回折とを考慮しなければならない。ホプキンス
（H.H.Hopkins ）の部分的コヒーレンス理論によれば、
投影像の結像性能Γは次式のように表される。 Γ ＝ｆ（σ，λ，ＮＡ）

【００２２】ここで、σは照明部(110) のコヒーレンス
度，λは検査光の波長，ＮＡは対物レンズ系(140) の開
口数である。したがって上式によれば、投影像の結像性
能Γはσ，λ，ＮＡの各パラメータにのみ依存するの
で、マスク検査装置のσ，λ，ＮＡの各々の値を露光装
置と同一にすれば、露光時の縮小投影像とは相似形で同
一の結像性能を有する拡大投影像を得ることができる。
本実施例においては、このことを勘案して、マスク(10
0) をＩＣ露光時に使用するものと同一のσ，λ，ＮＡ
となるよう光学フィルタ(112) ，集光レンズ系(120) ，
開口絞り(150) を設定してある。（例えば、ある市販の
ｇ線ステッパでは、λ＝４３６nm，ＮＡ＝０．１０８，
σ＝０．５である。）

【００２３】撮像部(160) は、例えばＣＣＤなどのセン
サ素子が一直線上（Ｘ方向）に多数配列されてなるライ
ンセンサ(161) からなり、マスク(100) の拡大光像の結
像位置に配設されている。各センサ素子は受光量に応じ
た電気信号Ｓ₀を出力するようになっており、ラインセ
ンサ(161) は各々のセンサ素子からの電気信号Ｓ₀をそ
の配列に従って順番に読み出せるようになっている。い
ま、ステージ駆動部(132) によってマスク(100) をセン
サ素子の配列と直交方向（Ｙ方向）に移動させるととも
に、この移動に同期させて電気信号Ｓ₀を読み出せば、
撮像部(160)はマスク(100) の拡大投影像に対応した２
次元画像情報として画像信号Ｓ₁を出力することができ
る。なお、撮像部(160) はラインセンサでなくセンサ素
子がマトリックス状に配列されたエリアセンサによって
２次元画像を撮像するようにしてもよく、またマスク(1
00) の移動に同期させて電気信号Ｓ₀を順次出力させる
のでなく２次元画像データとして一旦画像メモリに取込
んでから処理するようにしてもよい。さらに、レーザ光
でマスク(100) 上を走査し、その透過光または反射光を
撮像して画像信号に用いるようにしてもよい。

【００２４】演算制御部(170) は、撮像部(160) に電気
的に接続され、画像信号Ｓ₁を増幅して増幅画像信号Ｓ
₂を出力する増幅回路(171) と、増幅画像信号Ｓ₂をア
ナログ−デジタル（以下、Ａ／Ｄとする。）変換してデ
ジタル画像信号Ｓ₃を出力するＡ／Ｄ変換回路(172)
と、デジタル画像信号Ｓ₃を演算処理する演算回路(17
3) と、全体の動作を統御する中央処理部(174) とを備
えている。中央処理部(174) は、通常マイクロコンピュ
ータと各種ハードウェア回路から構成されており、撮像
部(160) からの画像信号Ｓ₁の出力とステージ駆動部(1
32) の動作とを統御するようになっている。なお、本実
施例においては、コンソールなどの入力部(175) やディ
スプレイなどの表示部(176) が付設されており、外部か
ら指示を与えたり検査結果を出力できるようになってい
る。次に、第１の実施例に係るマスク検査装置を用いた
マスクの検査方法について説明する。検査対象となるマ
スク(100) を、ＩＣパターンのマトリックス方向をＸＹ
方向に一致させてステージ(131) に載置する。

【００２５】照明部(110) から発した検査光Ｒ₁は、集
光レンズ系(120) を介してマスク(100) に照射され、さ
らにマスク(100) を透過した検査光Ｒ₂は対物レンズ系
(140) 、開口絞り(150) を介して撮像部(160) に到達
し、マスク(100) パターンのｍ（＝ｚ₁／ｚ₂）倍の拡
大投影像が撮像面上に結像される。本装置の｛σ，λ，
ＮＡ｝の各々の値は露光装置と同一としているため、こ
の拡大投影像は露光時の縮小投影像と同一の結像性能と
なる。

【００２６】次に、中央処理部(174) は、ステージ駆動
部(132) に対し駆動指令を発してマスク(100) をセンサ
素子の配列と直交方向（Ｙ方向）に相対移動させるとと
もに、ラインセンサ(161) に読み出し指令を発してマス
ク(100) の移動に同期させて画像信号Ｓ₁を出力させ
る。

【００２７】増幅回路(171) では画像信号Ｓ₁を増幅し
て増幅画像信号Ｓ₂とし、Ａ／Ｄ変換回路(172) ではこ
れをＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号Ｓ₃とする。一
方、演算回路(173) では、マスク(100) の設計データを
参照して標準のデジタル画像信号Ｓ_sを作成しており、
この標準画像信号Ｓ_sと入力したデジタル画像信号Ｓ₃
とを比較演算する。しかして、両信号Ｓ_s，Ｓ₃の差異
が所定の閾値以上であった場合は、マスク(100) に欠陥
があるものと判断して欠陥検出信号Ｓ_dを出力する。こ
の検査結果は表示部(176) によって外部に出力される。

【００２８】なお、標準画像信号Ｓ_sとしては、欠陥の
ないマスクの画像信号Ｓ_3'を用いてもよい。また、１個
のマスクに２個以上のＩＣパターンが描かれているなら
ば、それぞれの画像信号を標準画像信号として用いても
よい。

【００２９】また、式(1) では、開口絞り(122) を円形
と仮定してσを計算しているが、開口絞り(122) の形状
は必ずしも円形に限定されるものではない。また、この
場合、σが等しいとは、開口絞り(122) の形状が露光機
のそれと相似形であること、および開口絞り(122) と対
物レンズ系(140) との大きさの比が露光機のそれと等し
いことを意味する。図２は、本発明の第２の実施例に係
るマスク検査装置の構成図である。以下、この装置の構
成及び作用について説明する。

【００３０】この装置は、所定領域の波長λからなる検
査光Ｒ₁を発する照明部(210) と、検査光Ｒ₁を集光し
て検査対象であるマスク(100) に照射する集光レンズ系
(220) と、マスク(100) を載置するステージ部(230)
と、マスク(100) を透過した検査光Ｒ₃を拡大投影する
対物レンズ系(240) と、対物レンズ系(240) を透過した
検査光Ｒ₄のＮＡを調整する開口絞り(250) と、対物レ
ンズ系(240) からの拡大光像を撮像して画像信号Ｓ₁を
出力する撮像部(260) と、画像信号Ｓ₁を順次入力して
演算処理するとともに装置全体の動作を統御する演算制
御部(270) とから構成されている。

【００３１】本装置においては、マスク(100) を拡大投
影する光学系とその撮像手段は第１の実施例に係るマス
ク検査装置と同一の構成なので、照明部(210) と、ステ
ージ部(230) と、集光レンズ系(220) と、対物レンズ系
(240) と、開口絞り(250)と、撮像部(260) の説明は省
略する。

【００３２】演算制御部(270) は、撮像部(260) に電気
的に接続され、撮像部(26)からの画像信号Ｓ₁を増幅し
て増幅画像信号Ｓ₂を出力する増幅回路(271) と、増幅
画像信号Ｓ₂をアナログ−デジタル（以下、Ａ／Ｄとす
る。）変換してデジタル画像信号Ｓ₃を出力するＡ／Ｄ
変換回路(272) と、デジタル画像信号Ｓ₃を一時記憶す
るメモリ回路(273) と、２つのデジタル画像信号を演算
する比較回路(274)と、全体の動作を統御する中央処理
部(276) とを備えている。

【００３３】比較回路(274) は、同時に入力された２つ
のデジタル画像信号を比較演算して、両信号の差異が所
定の閾値以上であれば欠陥検出信号Ｓ_dを出力するよう
になっている。

【００３４】中央処理部(276) は、通常マイクロコンピ
ュータと各種ハードウェア回路から構成されており、撮
像部(260) からの画像信号Ｓ₁の読み出しとステージ駆
動部(232) の動作とを統御するようになっている。ここ
で、検査対象となる露光用のマスク(100) は、同一のＩ
ＣパターンがＸ方向にＰ(mm)、Ｙ方向にＱ(mm)で等間隔
にマトリックス状に配列された構造となっている。そこ
で、中央処理部(276) は、所定時間Ｔ秒間隔でＩＣパタ
ーン１個分に相当するＱ(mm)単位でマスク(100) をＹ方
向に駆動させる駆動指令をステージ制御部(232) に発し
てするとともに、これに同期させてラインセンサ(261)
に対して撮像指令を発するようになっており、これによ
って、ラインセンサ(261) からは所定時間Ｔ秒毎にＩＣ
パターン１列に相当する画像信号Ｓ₁が順次出力される
ようになっている。ここで、時間Ｔはラインセンサ(26
1) の走査時間の整数倍（ｎ' 倍）であり、Ｔ秒後には
ラインセンサ(261) は同じ画素に戻るようになってい
る。

【００３５】なお、演算制御部(270) 内には、演算回路
(275) を、メモリ回路(274) の代わりにまたはこれと並
設することもできる。演算回路(275) は、マスク(100)
の設計データを参照して標準のデジタル画像信号Ｓ_sを
作成しており、随時このデジタル画像信号Ｓ_sを比較回
路(274) に入力できるようになっている。次に、第２の
実施例に係るマスク検査装置を用いたマスクの検査方法
について説明する。検査対象となるマスク(100) を、Ｉ
Ｃパターンのマトリックス方向をＸＹ方向に一致させて
ステージ(231) に載置する。

【００３６】照明部(210) から発した検査光Ｒ₁は、集
光レンズ系(220) 、ステージ部(230) に載置されたマス
ク(100) 、対物レンズ系(240) 、開口絞り(250) を通過
して、マスク(100) の拡大投影像が撮像面上に結像され
る。この拡大投影像は、第１の実施例と同様の作用によ
り露光時の縮小投影像と同一の結像性能となる。ライン
センサ(261) は、中央処理部(276) からの指令に従っ
て、この拡大投影像をＩＣパターン１列毎に撮像して画
像信号Ｓ₁を出力する。

【００３７】増幅回路(271) は画像信号Ｓ₁を増幅して
増幅画像信号Ｓ₂を出力し、Ａ／Ｄ変換回路(272) はＳ
₂をＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号Ｓ₃を出力する。

【００３８】ここで、検査対象が位相シフトマスクの場
合、撮像面上には単なるパターン欠陥の他に位相ずれに
基因する欠陥も投影される。したがって、これを取り込
んで得たデジタル画像信号Ｓ₃は位相情報をも透過光の
強度に変換されていることになる。デジタル画像信号Ｓ
₃は２方向に分岐して、一方はメモリ回路(273) に、他
方は比較回路(274) に入力される。

【００３９】メモリ回路(273) は、デジタル画像信号Ｓ
₃が入力されると、既に記憶していたデジタル画像信号
を比較回路(274) に出力して、Ｓ₃に書き換えて一時記
憶する。

【００４０】所定時間Ｔ秒後、比較回路(274) には、次
のラインセンサ(261) の走査によって取り込まれたデジ
タル画像データＳ_3'がＡ／Ｄ変換回路(272) から入力さ
れるとともに、メモリ回路(273) を介してデジタル画像
信号Ｓ₃が入力される。しかして比較回路(274) は、マ
スク(100) 上の任意のＩＣパターン１列を取り込んだデ
ジタル画像信号Ｓ₃とその次の１列を取り込んだデジタ
ル画像信号Ｓ_3'とを比較演算し、両信号の差異が所定の
閾値以上であれば、Ｓ₃，Ｓ_3'のいずれかに取り込まれ
たＩＣパターンの１列に欠陥があったと判断して欠陥信
号ＳＤを出力する。上述の通り、デジタル画像信号
Ｓ₃，Ｓ_3'には位相情報も信号の強度に変換されている
ため、両信号を比較することにより容易に位相ずれを検
出することができる。

【００４１】また、比較回路(274) は、メモリ回路(27
3) からデジタル画像信号を入力する代わりに、または
メモリ回路(273) からのデジタル画像信号Ｓ₃との比較
演算後に欠陥検出信号Ｓ_dを受けて、Ａ／Ｄ変換回路(2
72) から直接入力されたデジタル画像信号Ｓ_3'と演算回
路から入力された標準のデジタル画像信号Ｓ_sとの比較
演算を行う。これによって、さらに検査精度を向上させ
ることができる。この検査結果は表示部(277) によって
外部に出力される。図３は、本発明の第３の実施例に係
るマスク検査装置の構成図である。以下、この装置の構
成及び作用について説明する。

【００４２】この装置は、所定領域の波長λからなる検
査光Ｒ₁を発する照明部(310) と、検査光Ｒ₁を集光し
て検査対象であるマスク(100) に照射する集光レンズ系
(320) と、マスク(100) を載置するステージ部(330)
と、マスクを透過した検査光Ｒ₃を拡大投影する対物レ
ンズ系(340) と、対物レンズ系(340) を透過した検査光
Ｒ₄のＮＡを調整する開口絞り手段(350) と、対物レン
ズ系(340) からの拡大光像を撮像して画像信号Ｓを出力
する撮像部(360) と、画像信号Ｓを順次入力して演算処
理するとともに装置全体の動作を統御する演算制御部(3
70) とから構成されている。

【００４３】本装置は、第２の実施例に係るマスク検査
装置と同様に、マスク(100) の拡大投影像を所定単位ご
とに撮像して取り込んだ画像信号を演算処理するもので
あるが、別の構成により画像信号同士を比較演算して欠
陥検査するようにしたものである。よって、上記実施例
と同一の構成である照明部(310) ，集光レンズ系(320)
，ステージ部(330) ，対物レンズ系(340) ，開口絞り
(350) 及び撮像部(360) の説明は省略する。

【００４４】演算制御部(370) は、撮像部(360) に電気
的に接続され、撮像部(360) からの画像信号Ｓ₁を増幅
して増幅画像信号Ｓ₂を出力する増幅回路(371) と、増
幅画像信号Ｓ₂をＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号Ｓ₃
を出力するＡ／Ｄ変換回路(372) と、入力したデジタル
画像信号Ｓ₃を所定の遅延時間後に出力する遅延回路(3
73) と、遅延時間を算出して遅延回路(373) に与える遅
延時間演算回路(374) と、２つのデジタル画像信号を比
較演算する比較回路(375) と、全体の動作を統御する中
央処理部(377) とからなる。

【００４５】遅延回路(373) は、例えばシフトレジスタ
などで構成されており、入力されたデジタル画像信号Ｓ
₃をデジタル信号処理によりＤ_t秒だけ遅延させて出力
するようになっている。ここで、遅延時間Ｄ_tは、Ａ／
Ｄ変換回路(372) からシーケンシャルに出力されるデジ
タル画像信号Ｓ₃を、ＩＣパターンｎ個分だけ後方のセ
ンサ素子で撮像された出力に係るデジタル画像信号Ｓ_3'
と同時に比較回路(375) に入力するために設けられたも
のであり、遅延時間演算回路(374) によって指定され
る。（但し、ｎは整数とする。）

【００４６】遅延時間演算回路(374) は、本装置で設定
された条件を基に遅延時間Ｄ_tを算出して遅延回路(37
3) に与えるようになっている。例えば、Ｘ方向に平行
に置かれたラインセンサ(361) の画素間ピッチがＳ(m
m)，その画素信号の出力速度がＪ（画素／秒），対物レ
ンズ系(340) による拡大倍率がｍ（＝ｚ₁／ｚ₂）倍
で、ラインセンサ(361) が１回の走査でＸ方向のピッチ
間隔がＰ(mm)のＩＣパターンを撮像する場合、次式(2) Ｄ_t・Ｊ・Ｓ／ｍ＝ｎ・Ｐ (2) を満たす遅延時間Ｄ_tを設定すれば、比較回路(375) に
はデジタル画像信号Ｓ₃が、これとはＩＣパターンｎ個
分ずれたセンサ素子からの出力に係るデジタル画像信号
Ｓ_3'と同時に入力されることになる。なお、比較回路(3
75) に入力される２つのデジタル画像信号の同時性があ
る。検出すべき最小欠陥のサイズをＲ(mm)とすれば、許
容値はマスク像上でＡ＝Ｃ・ＲなるＡ(mm)で表される。
ここで、Ｃは０＜Ｃ≦１を満たす補正係数である。対物
レンズ系(340) に収差があったり増幅画像信号Ｓ₂にノ
イズが含まれる場合、検査能力を維持するためにＣを小
さい値に設定すればよい。このＡ，Ｒをマスク上の寸法
に換算した場合、式(1) は以下のようになる。ｎ・Ｐ−Ｃ・Ｒ ≦ Ｄ_t・Ｊ・Ｓ／ｍ ≦ ｎ・Ｐ＋Ｃ・Ｒすなわち、Ｄ_tは下式(3) の範囲となる。 ( n・P-C・R )・ｍ／J・S ≦Ｄ_t≦ ( n・P+C・R )・ｍ／J ・S (3)

【００４７】したがって、遅延時間演算回路(374) は式
(3) を満たすいずれかのＤ_tを指定して遅延回路(373)
に与えればよい。なお、Ｒ，Ｃ，Ｓ，ｍ及びＪは装置に
因ってで定められる値であり、Ｐは検査対象であるマス
ク(100) に固有の寸法である。また、Ｄ_tはデジタル回
路である遅延回路(373) に与えられるため、通常は離散
的な値となる。したがって、整数ｎの選択はこれらの制
約を受けることになり、式(3) を満たす最小のｎを選択
すればよい。なお、遅延時間Ｄ_tを変化させる代わり
に、対物レンズ系(340) の倍率ｍを変化させても２つの
デジタル画像信号Ｓ₃とＳ_3'の入力タイミングを調整す
ることもできる。比較回路(375) は、同時に入力された
２つのデジタル画像信号を比較演算するようになってい
る。

【００４８】中央処理部(377) は、撮像部(360) からの
画像信号Ｓ₁の出力とステージ駆動部(332) の動作とを
統御するようになっており、通常はマイクロコンピュー
タと各種ハードウェア回路とから構成されている。

【００４９】なお、演算制御部(370) 内にさらに演算回
路(376) を並設することもできる。演算回路(376) は、
マスク(100) の設計データを参照して標準のデジタル画
像信号Ｓ_sを作成しており、随時このデジタル画像信号
Ｓ_sを比較回路(375) に入力できるようになっている。
次に、第３の実施例に係るマスク検査装置を用いたマス
クの検査方法について説明する。検査対象となるマスク
(100) を、ＩＣパターンのマトリックス方向をＸＹ方向
に一致させてステージ(331) に載置する。

【００５０】照明部(310) から発した検査光Ｒ₁は、集
光レンズ系(320) 、マスク(100)、対物レンズ系(340)
、開口絞り(350) を通過して、マスク(100) のｍ（＝
ｚ₁／ｚ₂）倍の拡大投影像が撮像面上に結像される。
この拡大投影像は、第１の実施例と同様の作用により、
露光時の縮小投影像とは倍率ｍは異なるが同一の結像性
能となる。

【００５１】ラインセンサ(361) はこの拡大投影像を撮
像し、各センサ素子は出力速度Ｊ（画素／秒）でその配
列にしたがって順番に画素信号Ｓ₁を出力する。増幅回
路(371) は画像信号Ｓ₁を増幅して増幅画像信号Ｓ₂を
出力する。Ａ／Ｄ変換回路(372) は、各センサ素子から
の増幅画像信号Ｓ₂を順次入力しＡ／Ｄ変換して、Ｔ
（＝１／Ｊ）秒毎にシーケンシャルにセンサ素子１画素
ずつのデジタル画像信号Ｓ₃を出力する。デジタル画像
信号Ｓ₃は２方向に分岐して、一方は遅延回路(373)
に、他方は比較回路(375) に入力される。遅延時間演算
回路(374) は、与えられたＲ，Ｃ，Ｓ，ｍ，Ｊから、式
(3) を満たす最小のｎとＤ_tを求め、遅延回路にＤ_tを
指定する信号を送る。遅延回路(373) は、入力されたデ
ジタル画像信号Ｓ₃を、指定された遅延時間Ｄ_t秒だけ
遅延させて出力する。

【００５２】比較回路(375) には、遅延回路(373) から
デジタル画像信号Ｓ₃が入力されるとともに、Ａ／Ｄ変
換回路(372) からはＤ_t秒後に取り込まれたデジタル画
像信号Ｓ_3'が同時に入力される。Ｓ_3'とＳ₃とは、ライ
ンセンサ(361) に取り込まれた投影像のうちＩＣパター
ンｎ個だけシフトしたもの同士の関係にあるデジタル画
像信号であり、比較回路(375) はこの両信号を比較演算
してその差異が所定の閾値以上であれば欠陥検出信号Ｓ
_dを出力する。さらに、必要な場合は、並設された演算
回路(376) から標準デジタル画像信号Ｓ_sを入力してこ
れと比較演算を行う。図４は、本発明の第４の実施例に
係るマスク検査装置の構成図である。以下、この装置の
構成及び作用について説明する。

【００５３】この装置は、所定領域の波長λからなる検
査光Ｒ₁を発する照明部(410) と、検査光Ｒ₁を集光し
て検査対象であるマスク(100) に照射する集光レンズ系
(420) と、マスク(100) を載置するステージ部(430)
と、マスク(100) を透過した検査光Ｒ₃を拡大投影する
対物レンズ系(440) と、対物レンズ系(440) を透過した
検査光Ｒ₄のＮＡを調整する第２の開口絞り(450) と、
対物レンズ系(440) からの拡大光像を撮像して画像信号
Ｓを出力する撮像部(460) と、撮像部(460) を検査光Ｒ
₄の光軸方向に変位可能な撮像位置変位手段(480) と、
撮像部(460) の位置変位量を測定する撮像位置測定手段
(490) と、画像信号Ｓを演算処理するとともに装置全体
の動作を統御する演算制御部(470) とから構成されてい
る。なお、本装置の光学系は第１の実施例に係るマスク
検査装置と同一の構成なので、照明部(410) ，集光レン
ズ系(420) ，ステージ部(430) ，対物レンズ系(440) ，
開口絞り(450) 及び撮像部(460) の説明は省略する。

【００５４】撮像位置変位手段(480) は、軸線が検査光
の光軸方向（Ｚ方向）をなし両端を軸受（図示しない）
で軸支される送りねじ(481) と、送りねじ(482) の一端
に連結されるモータ(483) と、送りねじ(481) に螺挿さ
れ側面に撮像部(460) を支持固定するテーブル(484) と
から構成されており、撮像部(460) が対物レンズ系(44
0) からの拡大投影像を受ける位置に設置され、モータ
(483) の回転駆動によって撮像部(460) をＺ方向に移動
できるようになっている。

【００５５】撮像位置測定手段(490) は、テーブル(48
4) 側部に隣接されたＺ方向に伸びるリニアスケール(49
1) からなり、テーブル(484) の検出位置に応じた電気
信号を出力するようになっている。演算制御部(470)
は、演算処理回路(471) と、テーブル位置検出回路(47
2)と、テーブル駆動制御回路(473) と、中央処理部(47
4) とを備えている。

【００５６】演算処理回路(471) は、増幅回路，Ａ／Ｄ
変換回路，比較回路，遅延回路などを有しており、第１
乃至第３の実施例と同様の作用によって撮像部(460) か
ら入力された画像信号Ｓ₁を演算処理して欠陥検出信号
を出力するようになっている。

【００５７】テーブル位置検出回路(472) は、リニアス
ケール(491) からの電気信号を入力してＡ／Ｄ変換しテ
ーブル(484) の現在位置を算出して、テーブル駆動制御
回路(473) に出力するようになっている。

【００５８】テーブル駆動制御回路(473) は、テーブル
駆動制御回路(473) との間に閉ループ制御系が構成さ
れ、テーブル(484) 上の撮像部(460) を所望の位置に位
置合せできるようになっている。すなわち、中央処理部
(474) からテーブルの変位量を示す信号を入力するとと
もに、テーブル位置検出回路(472) からはテーブル(48
4) の現在位置を示す信号を入力して、両信号値の差を
解消するような電気信号をモータ(483) に出力するよう
になっている。

【００５９】中央処理部(474) は、通常はマイクロコン
ピュータと各種ハードウェア回路から構成されており、
全体の動作を統御するようになっている。すなわち、演
算処理回路(471) からの演算処理結果を入力して外部に
表示するとともに、その演算処理結果とテーブル位置検
出回路(472) からの電気信号により次のテーブル変位命
令をテーブル駆動制御回路(473) に出力するようになっ
ている。次に、第４の実施例に係るマスク検査装置を用
いたマスクの検査方法について説明する。検査対象とな
るマスク(100) を、ＩＣパターンのマトリックス方向を
ＸＹ方向に一致させてステージ(331) に載置する。

【００６０】照明部(410) から発した検査光Ｒ₁は、集
光レンズ系(420) 、ステージ部(430) に載置されたマス
ク(100) 、対物レンズ系(440) 、開口絞り(450) を通過
して、マスク(100) の拡大投影像が撮像面上に結像され
る。この拡大投影像は、第１の実施例と同様の作用によ
り露光時の縮小投影像と同一の結像性能となる。また、
拡大投影像は、第１乃至第３の実施例と同様の作用によ
り、ラインセンサ(461) によって撮像され、演算処理回
路(471) によって比較演算などの処理を施されて、マス
ク(100) 上の欠陥を検査する。ここで、マスク(100) 露
光時の縮小投影像の焦点ずれによる影響を評価する方法
について説明する。

【００６１】中央処理部(474) は、テーブル駆動制御回
路(473) に対し、故意に撮像部(360) を焦点位置からず
らせるための変位指令を送る。結像光学系における球面
収差量は、例えば図４では、結像位置の移動量Δｚ／ s
in² （θ₆／２）に比例する。したがって、マスク検査
装置において撮像面の位置を Δｚ' ＝｛ sin² （θ₅／２）／ sin² （θ₆／２）｝・Δｚ (4) なるΔｚ' だけＺ方向に変位させれば、｛σ，λ，Ｎ
Ａ｝が等価な露光装置においてウェハを焦点位置からΔ
ｚだけ変位させた場合に得られる縮小投影像と相似形の
拡大投影像を得ることができる。そこで、露光時の焦点
ずれ量Δｚを評価したい場合、中央処理部(474) は本マ
スク検査装置の光学特性を参酌して上式(4)からΔｚ'
なる変位量を算出し、変位命令をテーブル駆動制御回路
(473) を送ればよい。

【００６２】変位命令を受けたテーブル駆動制御回路(4
73) は、テーブル位置検出回路(472) との閉ループ制御
によって撮像面を焦点位置からΔｚ' だけずれた位置に
位置決めする。

【００６３】位置決め終了後に、照明部(410) から検査
光Ｒ₁を発すれば、撮像面上には光学系の特性が等価な
露光装置における焦点のずれた縮小投影像と相似形の拡
大投影像が結像される。

【００６４】そこで、撮像部(100) はこの拡大投影像を
撮像する。中央処理部(474) では、前述と同様の作用に
よって画像信号の処理が行われる。すなわち、設計上の
マスクパターンによって作成した画像信号や変位前に撮
像して得た画像信号と比較することによって、マスク投
影像の焦点ずれによる影響を評価する。なお、本発明の
構成は、上記の実施例に限定されるものではなく、発明
の要旨を変更しない範囲で変形可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明に係るマスク
検査装置によれば、検査光の波長と、コヒーレンス度
と、開口数を調整でき、これによって露光装置における
縮小投影像と略同一の結像性能を有する拡大投影像を得
ることができる。このマスクパターンの拡大投影像を直
接的に観察すれば、現像などの中間処理工程を経てＳＥ
Ｍによる断面観察を行うことに比し、マスクの欠陥を簡
易，高精度かつ高速に検査することができる。

【００６６】また、マスク内の同一パターン同士を比較
演算して欠陥を検知しているため、従来よりも処理が高
速かつ高信頼度となり、位相シフトマスクの欠陥をも検
査することができる。また、光学系の特性が等価な露光
装置における焦点のぼけた縮小投影像と相似形の拡大投
影像を検査することができる。すなわち、本発明によっ
て大きな工業的効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るマスク検査装置の
構成を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係るマスク検査装置の
構成を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係るマスク検査装置の
構成を示す図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係るマスク検査装置の
構成を示す図である。

【図５】露光装置の構成を示す図である。

【図６】従来のマスク検査装置の構成を示す図である。

【図７】位相シフトマスクの断面構成を示す図である。

【図８】従来の露光用マスクの断面構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１００…マスク、１１０…照明部、１２１…集光レン
ズ、１３０…ステージ部、１４０…対物レンズ系、１５
０…開口絞り、１６１…撮像部、１７０…演算制御部。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定領域の波長の検査光を発する照明手
段と、前記検査光を集光する集光レンズ系と、マスクを
載置するステージ部と、前記マスクを透過した検査光を
拡大投影する対物レンズ系と、前記対物レンズ系を透過
した検査光の光線束の広がりを調整する開口絞り手段
と、前記対物レンズ系からの拡大光像を撮像して画像信
号を出力する撮像手段と、前記画像信号を演算処理する
演算手段とを具備することを特徴とするマスク検査装
置。
【請求項２】所定領域の波長の検査光を発する照明手
段と、前記検査光を集光する集光レンズ系と、マスクを
載置するステージ部と、前記マスクを透過した検査光を
拡大投影する対物レンズ系と、前記対物レンズ系を透過
した検査光の光線束の広がりを調整する開口絞り手段
と、前記対物レンズ系からの拡大光像を撮像して画像信
号を出力する撮像手段と、画像信号を順次入力してこれ
らを相互に比較演算する演算手段とを具備することを特
徴とするマスク検査装置。
【請求項３】所定領域の波長の検査光を発する照明手
段と、前記検査光を集光する集光レンズ系と、マスクを
載置するステージ部と、前記マスクを透過した検査光を
拡大投影する対物レンズ系と、前記対物レンズ系を透過
した検査光の光線束の広がりを調整する開口絞り手段
と、前記対物レンズ系からの拡大光像を撮像して画像信
号を出力する撮像手段と、前記撮像手段を検査光の光軸
方向に変位可能な撮像位置変位手段と、前記撮像手段の
位置変位量を測定する撮像位置測定手段と、前記画像信
号を演算処理する演算手段と、前記撮像位置変位手段の
動作を制御する制御手段とを具備することを特徴とする
マスク検査装置。