JPH06160062A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 マスクの表面及び裏面側からそれぞれ検査光
を投射して、マスクの反射光像と透過光像とを同時に撮
像して、この撮像画像のパターンのエッジ部分に基づい
て欠陥を検出するようにした。 【効果】 パターン形状不良と付着異物などのマスクの
欠陥を好適に検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウェハの
縮小投影露光などに用いられるマスクの欠陥を検査する
欠陥検査装置に係り、特にマスクを透過または反射した
検査光を拡大投影して欠陥を検査する欠陥検査装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】先端デバイスのパターン転写には縮小投
影露光法を用いるのが主流であるが、その歩留りを向上
するためには高品質のマスクを安定供給することが不可
欠である。特に昨今のＬＳＩの微細化、大規模化に伴
い、マスクの品質を保証するための検査がますます重要
となっている。

【０００３】図４には従来から使用されている露光用マ
スクの断面を示している。一般的には、厚さ0.09乃至0.
25インチの透明なガラス板にクロム膜（以下、Ｃｒ膜と
する。）などの不透明膜を所望のパターン形状に成膜し
た構造となっており、Ｃｒ膜で遮光することによってマ
スクの透過光は所望のパターン形状を表現するようにな
っている。また、図５にはレベンソン型位相シフトマス
クの断面を示している。これは、位相シフト膜パターン
をＣｒ膜パターンで仕切られた領域に一つ置きに交互に
形成した構造となっている。位相シフト膜はマスク透過
光の位相を略半波長分ずらすだけの厚さで形成されてお
り、投影面上では位相シフト膜を通過した光はその近傍
の透明部分を通過した光と干渉して相殺されるため、図
６に示すようにエッジ部分がより鮮明となった透過光パ
ターンを得ることができる。

【０００４】このような露光用マスクの主な欠陥は、
(1) 形成されたパターン（ここで、パターンとはＣｒ膜
と位相シフト膜の双方をいう。）の形状不良と、(2) マ
スクの表面に付着した異物、の２点である。Ｃｒ膜パタ
ーンの形状は露光時にそのままウェハに転写されるた
め、パターン線幅の３分の１程度の形状不良まで検出す
る必要がある。したがって、現在のパターン線幅は約１
μｍなので 0.3μｍ程度まで検査しなければならない。
図７(a) 中の異物ｂのようにＣｒ膜パターン上に付着し
た異物であっても、作業時に浮遊し透明部分に移転して
露光に影響しかねないので、透明部分に付着した異物ａ
と同様に検出する必要がある。また、位相シフト膜は、
上述の通り、その膜の有無によって透過光パターンのエ
ッジ部分をより鮮明にするものであり、位相シフト膜の
エッジ部がＣｒ膜パターン上に存在していれば機能を果
たすようになっている。したがって、位相シフト膜の形
状不良は、そのパターンエッジ部分の存在の有無を確認
できれば充分であり、要求される検査精度はパターン線
幅と略同一の１μｍ程度ということになる。

【０００５】これらパターン形状不良や付着異物などの
欠陥の検査は、高度の技術を必要とし、かつ検査コスト
の上でも比重が高く、ゆえに今後も極めて重要な技術課
題となってくる。

【０００６】Ｃｒ膜とマスクの透明部分上の付着異物
（図７(a) ，図８(a) 中の異物ａ）は、マスク裏面から
の透過光を遮光する。したがって、従来、Ｃｒ膜パター
ンの形状不良や透明部分の付着異物に関する欠陥は、マ
スクの透過光像を用いて検査していた。透過光像を利用
する欠陥検査装置としては、例えば『マスク検査装置』
（渡辺ら。『電子材料』1988年別冊 159頁乃至 167頁）
に記載がある。同欠陥検査装置(300) は、図３に示す通
り、ステージ部(310) と、光源(320) と、集光レンズ系
(330) と、結像レンズ系(340) と、撮像部(350) と、演
算部(360) とから構成されている。そして、ステージ部
(310) にマスク(10)を載置して、光源(320) から発する
検査光を集光レンズ系(330) で集光してマスク(10)を裏
面側から照射し、その透過光を結像レンズ系(340) によ
って焦点を結ばせ、撮像部(350)は投影像を撮像して受
光強度に応じた画像信号を出力し、演算部(360) では画
像信号に基づいて欠陥を検出するようになっている。

【０００７】一方、Ｃｒ膜や位相シフト膜などの低透過
率部分の上に付着した異物（図７，図11中の異物ｂ）は
透過光像には映らない。また、位相シフト膜は、パター
ンのエッジ部がＣｒ膜上にあるので、透過光像には映ら
ない。そこで、従来、低透過率部分の付着異物や位相シ
フト膜のパターン形状欠陥については、表面の形状変化
が急峻な部分に光を照射した際には散乱反射光を生ずる
という現象に基づいて、マスク表面をレーザ光で全面走
査してその反射光像を観察することによって検査してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図７(a) に示す従来マ
スクをＡ−Ａ線上で走査した場合、その透過光像の画像
信号のチャートは、図７(b) に示す通り、透明部分では
付着異物や欠陥の存在する箇所が深い谷として現れた丘
となり、Ｃｒ膜部分では白点がピークとなって現れたも
のとなる。また、その反射光像の画像信号のチャート
は、図７(c) に示す通り、Ｃｒ膜パターンのエッジ部分
や欠陥、付着異物など形状変化が急峻な箇所がピークと
なって現れたものとなる（特に付着異物で高いピークを
示す。）。そして、通常は検出感度をさらに上げるため
に画像信号の増幅度を高めることがあるが、この場合の
各画像信号は、それぞれ図７(d) ，(e) に示す通り、丘
やピークのレベルがより高まったチャートとなる。しか
しながら、実際の透過光像では、Ｃｒ膜のパターン形状
が鮮明に投影される一方、パターンの欠陥（白点，黒
点）部分や付着異物は透過率が中途半端ゆえその濃淡レ
ベルは周辺との差が小さい。このため、透過光像の画像
信号を増幅すると、透明部分では丘の信号レベルが高ま
る中に黒点や付着異物を示す谷が埋もれてしまい検出不
能となる。したがって、画像信号のダイナミックレンジ
を大きくとれず、欠陥検出精度を充分に上げることがで
きない。

【０００９】また、欠陥の種類の応じて透過率が異なる
ため、上述の通りマスクの透過光像と反射光像の各々を
観察するのが確実な検査方法である。しかしながら、透
過光像と反射光像とを別個に、または別々の装置で観察
したのでは、全体の検査時間が長期化するとともに装置
床面積が増大するなど難点が多い。

【００１０】上記難点を解消するために、透過光像によ
る欠陥検査と反射散乱光による欠陥検査とを単純に組合
せて同一装置で行うことも考えられる。この場合、透過
光像を得るための光源をマスク裏面側に配設するととも
に、散乱光像を得るための反射暗視野用光源をマスク表
面側に配設して、マスク透過光とマスク反射光の両方を
同一の光学系と同一の撮像手段とを用いて結像させ撮像
すればよい。図７(f) は従来マスクの透過光像と反射光
像とを同時に撮らえた場合のＡ−Ａ線上での画像信号の
チャートである。同チャートは、図７(b) ，(c) に示す
透過光像，反射光像それぞれの画像信号のチャートを重
ね合せたものと略同一形状であり、Ｃｒ膜のパターンエ
ッジ部分や異物の付着箇所でピークを示すものとなって
いる。しかしながら、透明部分の付着異物ａは、透過光
像では谷となる一方反射光像ではピークとなるため、重
ね合せると互いに相殺されて周囲の信号レベルとの差が
小さくなり、信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。この場
合の解決策として、反射暗視野照明の光量を増して付着
異物からの散乱光を強めることが考えられる。しかしな
がら、Ｃｒ膜のパターンエッジ部からの散乱光も同様に
光強度が増すため、画像信号のチャート中のピークがパ
ターンエッジ部と付着異物のいずれに因るかを峻別する
のが困難となる。また、位相シフトマスクの場合、さら
にパターンエッジ部分の数が増すため誤判定の可能性は
一層高くなる。

【００１１】そこで、本発明は、マスク表面からの反射
光像を撮像して得た画像情報に基づいてマスクのパター
ン欠陥と付着異物とを好適に検出できる欠陥検査装置を
提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、マスクの透過光像とマス
ク表面からの反射光像を同時に撮像して得た画像情報に
基づいてマスクのパターン欠陥と付着異物とを好適に検
出できる欠陥検査装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【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、検査対象たるマス
クを載置固定する載置手段と、前記マスクの表面に検査
光を投光する投光手段と、前記マスクの表面を反射した
検査光を撮像して撮像画像情報として出力する撮像手段
と、前記撮像画像情報をマスクの設計情報と比較するこ
とによって欠陥を検出する欠陥検出手段とを具備するこ
とを特徴とする欠陥検査装置である。

【００１４】また、本発明は、検査対象たるマスクを載
置固定する載置手段と、前記マスクの裏面から透過用の
検査光を投光する第１の投光手段と、前記マスクの表面
に暗視野照明用の検査光を投光する第２の投光手段と、
前記マスクの透過光と前記マスクの表面からの散乱反射
光とを撮像して濃淡画像情報として出力する撮像手段
と、前記濃淡画像情報から所定の濃淡レベルで分けられ
る明部と暗部との境界のみを抽出したエッジ部画像情報
を生成するエッジ部検出手段と、前記エッジ部画像情報
をマスクの設計情報と比較することによって欠陥を検出
する欠陥検出手段とを具備することを特徴とする欠陥検
査装置である。

【００１５】マスク表面を照射すると、不透明膜及び位
相シフト膜のパターンエッジ部分や付着異物からは強い
散乱光が発する。すなわち、マスク表面の反射光像は上
記各膜のパターンエッジ部分と付着異物の箇所が明るい
画像となる。したがって、この撮像画像をマスクの設計
仕様から生成される理想的なパターンエッジ部分の画像
と比較した場合、不透明膜及び位相シフト膜のパターン
形状不良や付着異物の箇所が両画像の不一致部分として
現れ、もって欠陥を検出することができる。さらに、画
像信号の増幅度を上げても透明部分のパターン欠陥や付
着異物の箇所は周囲との濃淡レベルの差が小さくなるこ
とはないので、検出感度を充分向上させることができ
る。

【００１６】原理的には、マスク表面の反射光像には各
膜のパターン形状不良と付着異物の全てが現れるように
なっている。しかしながら、Ｃｒ膜のパターン形状不良
は露光に直接的に影響を及ぼすため、位相シフト膜や付
着異物よりもさらに高精度に検査する必要がある（現状
のＬＳＩの集積度においては、前述の通り、位相シフト
膜のパターン形状不良と付着異物の欠陥検出精度が約１
μｍに比し、不透明膜のパターン形状不良については
0.3μｍと要求が厳しい。）。また、現実問題として、
直接的に撮らえる透過光に比し反射光は受光強度が低
く、かつ像を結んだ反射光強度分布は光学系の特性に基
因して緩やかなガウス曲線を描くため、反射光像を用い
たのではＣｒ膜のパターンエッジ部分の像は不鮮明とな
りその正確な形状を検出することは困難である。一方、
Ｃｒ膜は遮光性ゆえ、マスクの透過光像にはＣｒ膜パタ
ーンの形状が鮮明に投影される。したがって、マスクの
透過光像と反射光像とを同時に撮像して得た画像は、Ｃ
ｒ膜，位相シフト膜のパターンエッジ部分や付着異物に
おいて鋭いピークを示すとともに、Ｃｒ膜と透明部分と
の境界が鮮明な濃淡画像となる。この撮像画像から所定
の濃淡レベルで分けられる明部と暗部との境界を抽出し
たエッジ部画像情報を生成して、これをマスクの設計仕
様から求められる理想的なエッジ部分を示す濃淡画像と
比較する。エッジ部画像情報にはＣｒ膜パターンの形状
が鮮明に映されているので、さらに高精度に欠陥を検出
することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は本発明の第１の実施例に係る欠陥検
査装置(100) の構成を示している。同検査装置(100)
は、ステージ部(110) と、投光手段としての光源(121)
，集光レンズ系(122) ，暗視野用反射鏡(123) ，ドー
ナツミラー(124) と、撮像手段としての対物レンズ系(1
31) ，結像レンズ系(132) ，ラインセンサ(133) と、電
気回路系(140) とを備えている。以下、まず各部の構成
について詳解する。

【００１９】ステージ部(110) は、マスクベースとＸＹ
θテーブル（ともに図示しない）とを備えている。マス
クベースは検査対象であるマスク(10)を真空吸引などに
よって載置固定するようになっている。ＸＹθテーブル
は、マスクベースの面内方向に直交配置されて各々長手
方向に移動自在な２個のリニアテーブルと、この面に直
交する軸回りに回動自在な１個の回転テーブルとで構成
され、かつ各テーブルにはそれぞれリニアスケール，ロ
ータリーテーブルが対向配置されており、各テーブルは
後述する演算制御回路(146) からの制御信号を受けて駆
動するとともに、現在の位置信号を検知できるようにな
っている。

【００２０】光源(121) は、例えばｅ線乃至ｇ線の検査
光を発する高圧水銀ランプが用いられ、後述の撮像手段
を構成する光学系の光軸とは略直交方向を向いて設置さ
れている。集光レンズ系(122) は、上記光源(121) の発
した検査光を集光するようになっている。暗視野用反射
鏡(123) は、いわゆる半透鏡であり、集光された検査光
を反射して載置固定されたマスク(10)の方向に偏向させ
るようになっている。ドーナツミラー(124) は、内周が
鏡面をなす中空円錐体をその軸線と直交する２平面で輪
切りにした環状をしており、円錐体の頂点がマスク(10)
を向いてその軸が偏向された検査光の光軸と略一致する
ように配設されている。しかして、投光手段としては、
光源(121) が発して集光レンズ系(122) が集光した検査
光を、暗視野用反射鏡(123) が図１の紙面下方に偏向し
て、さらにドーナツミラー(124) が検査光の一部を屈折
させて、周囲から収束する円環状の光によってマスク(1
0)表面上の検査点を落射照明するようになっている。ま
た、上記ＸＹθテーブルの駆動によって検査光がマスク
(10)上を全面走査するようになっている。

【００２１】対物レンズ系(131) は、マスク(10)の略鉛
直上方に配設されており、マスク(10)表面からの反射光
を屈折させて略平行光に変換するようになっている。結
像レンズ系(132) は、上記平行光の進行方向でかつその
焦点がラインセンサ(133)上に結ぶ位置に配設されてい
る。そして、ラインセンサ(133) は、例えば受光強度に
応じた電気信号を出力するフォトセンサが直線状に配列
されたものであり、上記ＸＹθテーブルの駆動に伴う検
査光の走査に同期して各フォトセンサがアナログ画像信
号を出力するようになっている。

【００２２】電気回路系(140) は、増幅回路(141) と、
アナログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄとする。）変換回路
(142) と、画像メモリ(143) と、設計パターン発生回路
(144) と、欠陥検出回路(145) と、演算制御回路(146)
とから構成されている。増幅回路(141) は上記ラインセ
ンサ(133) から出力されたアナログ画像信号を増幅し、
Ａ／Ｄ変換回路(142) は増幅されたアナログ画像信号を
例えば1024の階調を有するデジタル画像信号にＡ／Ｄ変
換するようになっている。画像メモリ(143)は、上記デ
ジタル画像信号を入力して、２次元でかつ濃淡のある画
像情報（以下、センサパターンとする。）として記憶す
るようになっている。設計パターン発生回路(144) は、
外部のまたは内蔵されるメモリからマスクパターンに関
する設計データを逐次読み出して、設計仕様通りに理想
的に作成されたマスクの反射光像が実際に上記撮像手段
を通して得られるであろう（すなわち、光学系の特性と
ラインセンサ(133) の応答特性とに応じ、各画素がライ
ンセンサ(133) の素子からの出力と１対１に対応する）
２次元濃淡画像を生成して、これを設計パターンとして
記憶保持するようになっている。欠陥検出回路(145)
は、センサパターンと設計パターンとを画素ごとに忠実
に比較して、両者の不一致部分を欠陥として検出するよ
うになっている。演算制御回路(146) は、中央処理装置
（Central Processing Unit:ＣＰＵ）と各種ハードウ
ェア回路とから構成され、かつ上記各部と電気的に接続
されており、装置全体の動作を統御するようになってい
る。

【００２３】なお、演算制御回路(146) には、コンソー
ルなどの入力部(151) やＣＲＴディスプレイやプリンタ
などの表示部(152) が付設されており、外部より命令を
入力したり演算結果を出力できるようになっている。次
に、上記欠陥検査装置(100) の動作とともに本実施例の
作用について説明する。

【００２４】まず、検査対象となるマスク(10)をステー
ジ部(110) に載置し、ＸＹθテーブルを駆動させて所定
の位置に設定する。次いで、光源(121) を点灯させて検
査を開始する。

【００２５】光源(121) の発した暗視野照明用の検査光
は、集光レンズ系(122) で集光され、暗視野用反射鏡(1
23) でマスク(10)方向に偏向される。ドーナツミラー(1
24) は、検査光の一部を反射させてマスク(10)上の検査
点を照射する。しかして、マスク(10)表面では膜（Ｃｒ
膜と位相シフト膜の双方を含む。）のパターンエッジ部
分や付着異物など表面形状が急峻に変化する箇所で強い
散乱光を発する。

【００２６】マスク(10)表面からの散乱反射光は、対物
レンズ系(131) で集光されて略平行光となり、暗視野用
反射鏡(123) を通過して、結像レンズ系(132) で屈折し
てラインセンサ(133) 上にて結像する。この反射光像
は、膜のパターンエッジ部や付着異物の箇所が明るく、
その他の平坦部分が暗く映った濃淡像となる。そして、
ラインセンサ(133) は、反射光像を撮像して、ＸＹθテ
ーブルの駆動と同期的にアナログ画像信号を出力する。

【００２７】増幅回路(141) は上記アナログ画像信号を
増幅し、Ａ／Ｄ変換回路(142) はこれをデジタル画像信
号にＡ／Ｄ変換する。画像メモリ(143) は、デジタル画
像信号を入力してこれをセンサパターンとして記憶保持
する。

【００２８】一方、設計パターン発生回路(144) は、ま
ず、外部のまたは内蔵されるメモリに記憶された設計デ
ータに基づいて、Ｃｒ膜や位相シフト膜などの低透過率
部分を暗く、透明部分を明るく描き出した２次元濃淡画
像を生成する。次いで、この２次元濃淡画像から所定の
濃淡レベルで分けられる明部と暗部の境界（すなわち、
Ｃｒ膜や位相シフト膜のパターンエッジ部分）のみを抽
出して、この境界線のみを明るく表した画像を生成す
る。パターンエッジ部のみを明るく表わした濃淡画像
は、設計仕様通りに理想的に作成されたマスク(10)の反
射光像が実際に上記撮像手段を通して得られるであろう
画像であり、その各画素はラインセンサ(133) の各素子
からの出力信号と１対１に対応したものとなる。そし
て、設計パターン発生回路(144) はこの２次元濃淡画像
を設計パターンとして記憶保持しておく。なお、濃淡画
像から所定の濃淡レベルで分けられる明部と暗部との境
界を抽出する（マスク(10)パターンの画像からパターン
エッジ部分のみを抽出する）方法としては、濃淡画像を
微分処理する方法やモーホロジー法などが考えられる。
前者では、Ｃｒ膜など低透過率部分と透明部分との境界
では画像の明暗が急峻に変化であり微分値が高くなるた
め、微分値の絶対値を濃淡レベルで表せばパターンエッ
ジ部分が明るく現れるからである。また、後者のモーホ
ロジー法とは、画像内の明部のパターンの周囲を１画素
または数画素だけ縮退させた画像と縮退前の画像とを引
算処理するものである。この場合、縮退後の明部のパタ
ーンは縮退前の明部と完全に一致して相殺されるが、縮
退で除去された周囲の画素は縮退後の同画素とは不一致
のため相殺されずに残る。したがって、不一致部分を濃
淡レベルで表せば明部のエッジのみを抽出した画像を生
成できる（図９参照）。

【００２９】欠陥検出回路(145) は、画像メモリ(143)
からは上記センサパターンを、設計パターン発生回路(1
44) からは上記設計パターンをそれぞれ読み出し、両パ
ターンを画素ごとに忠実に比較して両者の不一致部分を
検出する。しかして、マスク(10)のパターン形状が設計
仕様通りでありかつ表面に異物が付着していない箇所で
は、センサパターン上の対応する画素の濃淡レベルは設
計パターンのそれと一致し、欠陥があれば両者の濃淡レ
ベルは不一致となる。そこで、欠陥検出回路(145) は、
不一致部分が所定の閾値を超えると欠陥が存在すると判
定して欠陥検出信号を演算処理回路(146) に送る。演算
処理回路(146) は、上記欠陥検出信号を入力して、ＣＲ
Ｔディスプレイやプリンタ(152) を介してその結果を外
部に表示する。

【００３０】なお、欠陥検出回路(145) は、まずセンサ
パターン中からエッジ部分の信号値が所定の閾値を超え
るような画素を検出し、次いで、設計パターンの対応す
る位置にエッジが存在するか否かを比較して、両者の存
在が一致しないときは欠陥が存在すると判断して欠陥検
出信号を出力するようにしてもよい。

【００３１】図２は本発明の第２の実施例に係る欠陥検
査装置(200) の構成を示している。同検査装置(200)
は、ステージ部(210) と、第１の投光手段としての光源
(221) ，集光レンズ系(222) と、第２の投光手段(230)
と、撮像手段としての対物レンズ系(241) ，結像レンズ
系(242) ，ラインセンサ(243) と、電気回路系(250)と
を備えている。以下、まず各部の構成について詳解す
る。なお、ステージ部(210) ，第２の投光手段，撮像手
段は、上記欠陥検査装置(100) におけるステージ部(11
0) ，投光手段，撮像手段の各々と略同一の構成なので
説明を簡略化する。光源(221) は、例えばｅ線乃至ｇ線
の検査光を発する高圧水銀ランプが用いられ、マスク(1
0)裏面側の略鉛直下方に配設されている。集光レンズ系
(222) は、光源(221) とマスク(10)の間に配設され、上
記検査光を集光するようになっている。しかして、第１
の投光手段としてはマスク(10)を裏面側から照射してマ
スク(10)の透過光を得るようになっている。

【００３２】第２の投光手段(230) は、光源と、集光レ
ンズ系と、暗視野用反射鏡と、ドーナツミラー（ともに
図示しない）とから構成されている。その各部は第１の
実施例における投光手段(120) と略同一構成を備えてお
り、第２の投光手段(230)としては、上記第１の投光手
段からの検査光の照射点と略同一位置を、マスク(10)透
過光と略同一の光軸にて、マスク(10)表面から落射照明
するようになっている。そして、第１及び第２の投光手
段(230) からの各検査光は、ステージ部(210) に内蔵さ
れるＸＹθテーブルの駆動によって、マスク(10)上を全
面走査するようになっている。

【００３３】対物レンズ系(241) は、マスク(10)の透過
光とマスク(10)表面からの散乱反射検査光とを集光し
て、略平行光に変換するようになっている。結像レンズ
系(242) は、この略平行光を屈折させて、マスク(10)の
透過光像と反射光像をラインセンサ(243) の撮像面上に
結像させるようになっている。ラインセンサ(243) は、
これらの投影像を撮像して、検査光の走査に同期してア
ナログ画像信号を出力するようになっている。

【００３４】電気回路系(250) は、増幅回路(251) と、
Ａ／Ｄ変換回路(252) と、画像メモリ(253) と、エッジ
部検出回路(254) と、設計パターン発生回路(255) と、
欠陥検出回路(256) と、演算制御回路(257) とから構成
されている。増幅回路(251) は上記アナログ画像信号を
増幅し、Ａ／Ｄ変換回路(252) は増幅されたアナログ画
像信号をデジタル画像信号にＡ／Ｄ変換するようになっ
ている。画像メモリ(253) は、デジタル画像信号を２次
元で濃淡のある画像情報（以下、これをセンサパターン
とする。）として記憶保持するようになっている。エッ
ジ部検出回路(254) は、センサパターンから所定の濃淡
レベルで分けられる明部と暗部との境界のみを抽出し
て、この境界線のみを明るく表した画像（以下、これを
第２のセンサパターンとする。）を生成するようになっ
ている。設計パターン発生回路(255) は、外部のまたは
内蔵されるメモリからマスク(10)のパターンに関する設
計データを逐次読み出して、設計仕様通りに理想的に作
成されたマスクが実際に上記撮像手段を通して得られる
であろう（すなわち、光学系の特性とラインセンサ(24
3) の応答特性とに応じ、各画素がラインセンサ(243)
の各素子の出力と１対１に対応する）２次元濃淡画像を
生成し、これを設計パターンとして記憶保持するように
なっている。欠陥検出回路(256) は、センサパターンと
設計パターンとを画素ごとに忠実に比較して、両者の不
一致部分を欠陥として検出するようになっている。演算
制御回路(257) は、中央処理装置（Central Processin
g Unit:ＣＰＵ）と各種ハードウェア回路とから構成さ
れ、かつ上記各部と電気的に接続されており、装置全体
の動作を統御するようになっている。次に、上記欠陥検
査装置(200) の動作とともに本実施例の作用について説
明する。

【００３５】まず、検査対象となるマスク(10)をステー
ジ部(210) に載置し、ＸＹθテーブルを駆動させて所定
の位置に設定する。次いで、第１及び第２の投光手段(2
30) を作動させて検査を開始する。

【００３６】光源(221) より発した検査光は、集光レン
ズ系(222) によって集光され、マスク(10)を裏面側から
照射する。一方、第２の投光手段(230) より発した検査
光は、第１の実施例における投光手段と同様の作用によ
り、円環状に収束するようにしてマスク(10)表面を照射
する。しかして、光源(221) からの検査光はＣｒ膜でそ
の一部が遮光された透過光となり、第２の投光手段(23
0) からの暗視野照明用の検査光はマスク(10)表面のパ
ターンエッジ部分や付着異物などの形状変化が急峻な箇
所を照射したときに強い散乱反射光を生ずる。

【００３７】上記透過光と散乱反射光は、ともに対物レ
ンズ系(241) によって集光され、略平行光となって略同
一の光軸上を進行して、結像レンズ系(242) によってラ
インセンサ(243) の撮像面上に投影像を結ぶ。この投影
像は、マスク(10)の透過光像と反射光像とを重ね合せた
像と略同一であり、透明部分が明るくかつＣｒ膜などの
低透過率部分が暗く映り、Ｃｒ膜・位相シフト膜のパタ
ーンエッジ部分や異物の付着箇所で明るいピークを有す
る濃淡像となる。ラインセンサ(243) は、この投影像を
撮像し、ＸＹθテーブルの駆動によるマスク(10)の走査
と同期的にアナログ画像信号を出力する。例えば図８
(a) に示す位相シフトマスクを走査したときの画像信号
は、透過光像のみを撮えた画像信号（図８(b) 参照）と
散乱反射光像のみを撮えた画像信号（図８(c) 参照）と
を重ね合せたものと略同一であり、したがって図８(d)
に示すようなチャートになる。なお、散乱反射光像にお
ける付着異物の像が周囲に比し濃淡レベルでａだけ明る
くなり、透過光像における付着異物の像が周囲に比し濃
淡レベルでｂだけ暗くなるとし、かつ撮像画像中のノイ
ズレベルをｃとおくと、ａ＞ｎ・ｃかつｂ＞ｎ・ｃ（但
し、ｎはＳ／Ｎ比を表し、通常は２以上の整数とな
る。）となるように暗視野照明用の光源及び透過用の光
源(221) の光量を調整しておく（このとき、暗視野照明
用の光源の光量は、実験的には透過用の光源(221) に比
し10倍程度強いものとなる。）。

【００３８】増幅回路(251) は上記アナログ画像信号を
増幅し、Ａ／Ｄ変換回路(252) はれをデジタル画像信号
にＡ／Ｄ変換する。画像メモリ(253) は、デジタル画像
信号を入力してこれをセンサパターンとして記憶保持す
る。

【００３９】エッジ検出回路(254) は、上記画像メモリ
(253) よりセンサパターンを読み出し、これから所定の
濃淡レベルで分けられる明部と暗部との境目を抽出し
て、この境界線のみを明るく表した第２のセンサパター
ンを生成する。第２のセンサパターンは、マスク(10)表
面のうちＣｒ膜・位相シフト膜のパターンエッジ部分や
異物の付着箇所などの形状変化が急峻な箇所が明るく現
れたものとなる。例えば、図８(d) に示す画像信号をエ
ッジ検出回路(254) で処理すると、図８(e) に示すよう
な画像信号のチャートとなる。

【００４０】一方、設計パターン発生回路(255) は、ま
ず、外部のまたは内蔵されるメモリに記憶された設計デ
ータに基づいて、Ｃｒ膜や位相シフト膜などの低透過率
部分を暗く、かつ透明部分を明るく描き出した２次元濃
淡画像を作成する。次いで、この２次元濃淡画像から所
定の濃淡レベルで分けられる明部と暗部の境界（すなわ
ち、Ｃｒ膜や位相シフト膜のパターンエッジ部分）を抽
出して、この境界線のみを明るく表した濃淡画像を生成
する。この濃淡画像は、設計仕様通りに理想的に作成さ
れたマスクを実際に上記撮像手段を通して撮像し、エッ
ジ検出回路(254) にて濃淡変化の境界を抽出して得られ
た画像と画素ごとに１対１に対応する。そして、設計パ
ターン発生回路(255) は生成した濃淡画像を設計パター
ンとして記憶保持しておく。

【００４１】なお、エッジ部検出回路(254) 及び設計パ
ターン発生回路(255) でなされる濃淡変化の境界の抽出
は、第１の実施例と同様、元の画像を微分処理すること
により、またはモーホロジー法を用いて行われる。

【００４２】欠陥検出回路(256) は、第２のセンサパタ
ーンと設計パターンとを画素ごとに忠実に比較して両者
の不一致部分を検出する。マスク(10)のパターン形状が
設計仕様通りでかつ表面に付着異物のない正常な箇所で
は、第２のセンサパターン上の対応する画素の濃淡レベ
ルは設計パターンのそれと一致し、逆に欠陥があれば両
者の濃淡レベルは不一致となる。欠陥検出回路(256)
は、この不一致部分が所定の閾値を超えると、欠陥が存
在すると判定して欠陥検出信号を演算処理回路(257) に
送る。例えば、図８(d) に示す実際に撮像して得た画像
信号と図８(e)に示す理想の画像信号とを引算処理した
場合、付着異物に係るピークは設計パターン上にはない
ので、図８(f) に示す通り、その部分が不一致部分とし
て抽出され欠陥と判定される。そして、演算処理回路(2
57) は、上記欠陥検出信号を入力して、ＣＲＴディスプ
レイやプリンタ(262) などを介して検査結果を外部に出
力する。

【００４３】なお、欠陥の検出は、センサパターン中の
エッジ部分の信号値の比較で行うものには限定されな
い。例えば、撮像手段から得られた元の２次元濃淡画像
と設計パターンとを比較するならば、透明部分に薄くＣ
ｒ膜が除去できずに残っている半透明状の欠陥を検出す
ることができる。

【００４４】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。例えば、上記実施例では撮像して得た
マスクの投影像を設計パターンと比較して欠陥を検出し
ているが、マスク内またはマスク間の別のチップパター
ンと比較するようにしてもよい。また、上記実施例では
演算処理の高速化のため電気回路系に内蔵された画像メ
モリにデータを一旦蓄積してデータ採集後に演算処理を
行っているが、ラインセンサの出力信号を逐次処理する
ようにしてもよい。なお、第２の実施例において、透過
照明用の光源と反射暗視野用の光源の波長は特に限定さ
れない。但し、短波長光を用いた方が検出感度が良いの
で、Ｃｒ膜のパターンを厳密に検査したい場合は透過照
明として短波長成分の検査光を用いるのも一つの手法で
ある。

【００４５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明に係る欠陥検
査装置によれば、マスク表面からの反射光像を撮像して
得た画像情報に基づいてマスクのパターン欠陥と付着異
物とを好適に検出することができる。また、本発明に係
る欠陥検査装置によれば、マスクの透過光像とマスク表
面からの反射光像を同時に撮像して得た画像情報に基づ
いてマスクのパターン欠陥と付着異物とを好適に検出す
ることができる。さららに、構成が簡易なため装置コス
トが低くなり、検査時間も短縮化する。半導体製造など
においては、縮小投影露光時の歩留が飛躍的に向上し、
もって大きな工業的効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る欠陥検査装置の構
成を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る欠陥検査装置の構
成を示す図である。

【図３】従来の欠陥検査装置の構成を示す図である。

【図４】従来の露光用マスクの断面を示す図である。

【図５】レベンソン型位相シフトマスクの断面を示す図
である。

【図６】レベンソン型位相シフトマスクの作用を示す図
である。

【図７】(a) は従来マスクの表面及び表面上の欠陥を示
す図、(b) はマスクのＡ−Ａ線上を走査して撮えた透過
光像の画像信号のチャートを示す図、(c) はマスクのＡ
−Ａ線上を走査して撮えた反射光像の画像信号のチャー
トを示す図、(d) は上記透過光像の増幅画像信号のチャ
ートを示す図、(e) は上記反射光像の増幅画像信号のチ
ャートを示す図、(f) はＡ−Ａ線上の透過光像と反射光
像とを同時に撮えた画像信号のチャートを示す図であ
る。

【図８】(a) は表面に欠陥のあるレベンソン型位相シフ
トマスクの断面を示す図、(b) はその透過光像を撮えた
画像信号のチャートを示す図、(c) はその反射光像を撮
えた画像信号のチャートを示す図、(d) は上記透過光像
と上記反射光像とを同時に撮えた画像信号のチャートを
示す図、(e) はエッジ部検出回路により処理された画像
信号のチャートを示す図、(f) はエッジ部検出後の画像
信号と設計データに基づく画像信号とを引算処理した画
像信号のチャートを示す図である。

【図９】モーホロジー法によるパターンのエッジを抽出
する方法を示す図である。

【符号の説明】

10…マスク、110 …ステージ部、121 …光源、122 …集
光レンズ系、123 …暗視野用反射鏡、124 …ドーナツミ
ラー、131 …対物レンズ系、132 …結像レンズ系、133
…ラインセンサ、141 …増幅回路、142 …Ａ／Ｄ変換回
路、143 …画像メモリ、144 …設計パターン発生回路、
145 …欠陥検出回路、221 …光源、222 …集光レンズ
系、254 …エッジ部検出回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象たるマスクを載置固定する載置
   手段と、前記マスクの表面に検査光を投光する投光手段
   と、前記マスクの表面を反射した検査光を撮像して撮像
   画像情報として出力する撮像手段と、前記撮像画像情報
   をマスクの設計情報と比較することによって欠陥を検出
   する欠陥検出手段とを具備することを特徴とする欠陥検
   査装置。
2. 【請求項２】 検査対象たるマスクを載置固定する載置
   手段と、前記マスクの裏面から透過用の検査光を投光す
   る第１の投光手段と、前記マスクの表面に暗視野照明用
   の検査光を投光する第２の投光手段と、前記マスクの透
   過光と前記マスクの表面からの散乱反射光とを撮像して
   濃淡画像情報として出力する撮像手段と、前記濃淡画像
   情報から所定の濃淡レベルで分けられる明部と暗部との
   境界のみを抽出したエッジ部画像情報を生成するエッジ
   部検出手段と、前記エッジ部画像情報をマスクの設計情
   報と比較することによって欠陥を検出する欠陥検出手段
   とを具備することを特徴とする欠陥検査装置。