JPH06307826A

JPH06307826A - マスク検査装置

Info

Publication number: JPH06307826A
Application number: JP5168831A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Okuda; 健太郎奥田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】マスクのパターン欠陥と付着異物とを検出精
度、判別精度、検出再現性がよく検査できるマスク検査
装置を提供する【構成】マスクを照明して生じた透過光と反射光と
を、その波長によって２方向に分光し、短波長側と長波
長側とのマスク像（マスクパターン）によってマスク表
面の欠陥検査や異物検査を行うマスク検査装置である。

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
マスク検査装置に係り、特にマスクの透過光像または反
射光像を観察して欠陥の有無を検査するマスク検査装置
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露光用
マスクを用いた縮小投影露光法が主流であるが、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のパターン形状の微
細化、大規模化が進むに連れて、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。露光用マス
クの上面を図13(a) に、そのＡ−Ａ断面を図13(b) に示
すが、一般的には厚さ0.09乃至0.25インチのガラス板に
クロム膜（以下、Ｃｒ膜とする。）などの遮光材を所望
のパターン形状に形成した構造となっている。

【０００３】また、最近では、図14に示すレベンソン型
などの位相シフトマスクも使用されている。この位相シ
フトマスクとは、Ｃｒ膜上に仕切られた領域に交互に半
透過性の位相シフト膜を形成したものである。そして、
位相シフト膜は透過光の位相を略半波長だけずらす厚さ
を有し、かつパターンエッジ部がＣｒ膜上に載るように
形成されている。したがって、位相シフトマスクで露光
する場合、位相シフト膜部位の透過光と透明部位の透過
光とが投影面上で干渉を生じるため、Ｃｒ膜のなすパタ
ーン形状は鮮明となり、露光解像度や焦点深度が向上す
るようになっている。

【０００４】これら露光用マスクの主な欠陥は、(1) パ
ターン形状の不良や(2) マスクの表面・裏面への付着異
物である。これらの欠陥は、低透過率で露光時にウェハ
に転写されるため、不良ＬＳＩの原因となる。Ｃｒ膜の
パターン形状不良は露光時にはそのまま転写されるた
め、パターン線幅の約３分の１程度まで検査する必要が
ある。現在の露光用マスクのパターン線幅は１μｍ程度
なので、要求される検査精度は 0.3μｍということにな
る。また、付着異物は、細かいサイズのものはあまり投
影されず、また洗浄除去が可能なので、１μｍ程度まで
検出できれば充分である。また、位相シフト膜はそのパ
ターンエッジ近傍での透過光同士が干渉を起こすことに
よって投影像の濃淡を鮮明にするものなので、位相シフ
ト膜のパターン形状不良については、パターンエッジが
Ｃｒ膜上に存在することを確認できれば充分であり、パ
ターン線幅と同程度の１μｍが要求される検査精度とな
る。そして、これら欠陥の検査は、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、ゆえに極めて重
要といえる。

【０００５】(A) マスク検査装置上述したような露光用マスクの欠陥を検査するマスク検
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。
その一般的な装置(1000)の構成は図10に示す通り、ステ
ージ(1010)と、光源(1020)と、集光レンズ系(1030)と、
対物レンズ系(1040)と、撮像部(1050)と、演算処理回路
(1060)とを備えたものである。そして、ステージ(1010)
上にマスク(10)を載置して、光源(1020)から発する検査
光を集光レンズ系(1030)で集光してマスク(10)に投射
し、マスク(10)透過光を対物レンズ系(1040)で拡大投影
し、マスク(10)の透過光像を撮像部(1050)にて撮像し、
得られた検査パターンを予め設定しておいた参照パター
ンと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。

【０００６】マスク上の欠陥を検出した場合、その欠陥
の種類のいかんに因ってマスクの後処理の仕方は異な
る。すなわち、Ｃｒ膜や位相シフト膜のパターン形状不
良であれば修復できないのでマスクは使用不能として廃
棄処分されるが、一方、付着異物であればマスクを洗浄
して除去することによって再び使用可能となるからであ
る。しかるに、Ｃｒ膜も付着異物もともに遮光性を有す
るので、マスクの透過光像を撮像して得た検査パターン
と参照パターンとを短順に比較するのみでは、いずれの
欠陥に因るかを識別することはできない。そこで、従来
は、まず上記マスク検査装置(1000)を用いてマスクの透
過光像を観察して、間接的に欠陥の有無を検出し、次い
で検出した欠陥の存在するマスク部位を光学顕微鏡など
で拡大観察して、直接的にパターン形状不良か付着異物
かを判別していた。なお、パターン付基板上の付着異物
を検査する装置としては、例えば特開昭６３−３７２４
５号公報や特開平３−１０２２４８号公報、特開平３−
１０２２４９号公報などがある。これらは主に、異物か
らの散乱反射（透過）光は偏光状態が変化するという現
象に着目してパターン欠陥か異物付着かを判別するもの
である。

【０００７】(B) マスク投影像の焦点合わせまた、上述のようにマスクの透過光または反射光を対物
レンズ系で拡大投影させ投影像を撮像して検査を行う場
合、マスクの投影像を常に撮像面上に結像させる必要が
ある。そして、マスクは自重によりマスクベース上で撓
むなどの変形を生じているので、鮮明な投影像を得るた
めには、走査時はマスク表面のうねりに追従して対物レ
ンズ系を最適な位置に変位させなければならない（以
下、対物レンズ系の最適な位置を焦点位置とする。）。
特に今後はマスクの大型化に伴ってマスクの撓みによる
焦点ずれの影響は深刻となる。

【０００８】従来、例えば図11に示す共焦点法を用いた
自動焦点合わせ手段(1100)によってマスク像の焦点を合
わせていた。同機構(1100)は、光を２方向に分割する光
分割手段(1110)と、分割された各々の光を受光する受光
センサ(1120)，(1130)と、焦点位置検出部(1140)と、レ
ンズ位置制御部(1150)と、対物レンズ系を検査光軸方向
に移動させるレンズ駆動部(1160)とを備えている。ま
ず、マスク(10)を透過した検査光の一部を半透鏡(1170)
で分離して集光レンズ系(1180)によって集束する。次い
で、光分割手段(1110)によってこの光を２方向に分割す
る。分割された各々の光はスリットで漉された後それぞ
れの受光センサ(1120)，(1130)によって検出される。そ
して、焦点位置検出部(1140)は各受光センサ(1120)，(1
130)の受光量の差から焦点位置を検出し、レンズ位置制
御部(1150)は対物レンズ系の駆動量を算出して駆動制御
信号を出力し、レンズ駆動部(1160)は上記駆動制御信号
に応じて対物レンズ系を駆動し、この結果マスク像の焦
点が撮像面上で結ぶようになっている。そして、この自
動焦点合わせ機構(1100)は、マスク(10)投影像の撮像に
合わせて焦点位置を逐次制御することにより行ってい
た。

【０００９】(C) 検査パターンと参照パターンとの画像
位置合わせ上述のマスク検査装置(1000)では、マスクの投影像を撮
像して得た検査パターンを、予め設定しておいた参照パ
ターンと比較して、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た（ここで、参照パターンには、欠
陥のない理想的なマスクの投影像を当該検査装置と同一
の光学系及び撮像手段にて得られるであろう２次元濃淡
画像をマスクの設計情報に基づいて作成したもの，また
は、マスク内・マスク間の別のチップパターンを撮像し
て得られた２次元濃淡画像などが用いられる。）。そし
て、マスクの大型化に伴う計算機容量などの問題のた
め、例えばＭ画素のラインセンサをＮ回走査するごと
（すなわち、Ｍ画素×Ｎ走査の範囲を検査領域の１単位
として）に両パターンの比較処理を行っているのが現状
である。

【００１０】ここで、検査パターンを参照パターンと比
較する際、両画像に位置ずれがあると、その分も不一致
画素すなわち欠陥として検出され、誤動作の原因になっ
てしまう。このため、従来は、マスク端面やマスク端部
の位置決め穴を基準にしてマスクベースに載置すること
により、機械的にマスクを位置合わせしていた。しかし
ながら、このような位置合わせ時にもマスクの変位や回
転による誤差を生ずる他、マスクの寸法歪や変形のため
局所的に位置ずれが生じる場合もある。特に、今後のマ
スクの大型化に伴い、局所的に生ずる位置ずれの問題は
ますます顕著となってくる。

【００１１】したがって、機械的に位置合わせするのみ
では不十分であり、取り込んだ画像同士、すなわち検査
パターンと参照パターンとの間でで電気的に位置合わせ
する必要がある。特に、マスクの寸法歪や変形により局
所的に位置ずれを生じている場合は、例えばＭ画素×Ｎ
走査からなる検査領域ごと切り出して位置合わせし、欠
陥検査することが好ましい。

【００１２】一方、パターン同士の位置合わせ技術とし
ては、例えば特公平３−８５０５号に開示されている。
以下、一般的な位置合わせ方法を、図12に示す位置ずれ
検出回路系を用いて略解する。

【００１３】まず、走査線の長さに相当するシフトレジ
スタ群(1201)とシリアルインパラレルアウトのシフトレ
ジスタ(1202)からなる５×５画素の２次元局部メモリに
より、参照パターンから５×５画素の局部エリアを逐次
走査に同期して切り出す。一方、走査線の長さに相当す
るシフトレジスタ群(1203)と３ビットのシフトレジスタ
(1204)…は、逐次走査に応じて検査パターンを入力し
て、上記５×５画素局所エリアの３行３列目の中心画素
と走査位置が対応するように出力する。上記局部エリア
の各画素の出力とシフトレジスタ(1203)の出力とを各Ｅ
ＸＯＲ回路(1205)…で排他的論理和をとり、不一致画素
を検出する。そして、各カウンタ(1206)…は局部エリア
の各画素ごとに不一致画素数を計数する。Ｍ画素のライ
ンセンサのＮ走査ごとにカウンタ(1206)…をゼロクリア
し、その直前で計数値を読み出してやれば、Ｍ画素×Ｎ
走査の検査領域内での不一致画素数が分かる。ここで、
局部エリアの各画素の出力はシフトレジスタ(1203)の出
力に対してＸＹ各方向に±３画素の範囲内で１画素ごと
にシフトされたものなので、各カウンタ(1206)…には参
照パターンの各シフト量における不一致画素数が計数さ
れることになる。そして、計数された不一致画素数が最
小となるカウンタ(1206)に該当するシフト量が、この検
査領域内における検査パターンと参照パターンとの位置
ずれ量であり、最適な位置補正量である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】

(A) マスク検査装置の課題上記マスク検査装置を用いてまず欠陥の有無を検査し、
次いで検出された欠陥がマスクパターンと付着異物のい
ずれによるかを別の装置（例えば光学顕微鏡など）で行
う場合、両検査工程間に時間的隔りがあるため、異物が
剥離・移動したり，別の異物が付着したりするなど経時
的に変化するので、パターン欠陥か付着異物かの判別精
度は低く、検出の再現性も良好でなかった。

【００１５】また、マスク反射光の偏光状態の変化を観
察することによって欠陥の種類を判別する方法も、パタ
ーンの微細化に伴い、必ずしも好ましい結果を得られる
ものではなくなってきた。そこで、本発明は、マスクの
パターン欠陥と付着異物とを検出精度、判別精度、検出
再現性よく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。

【００１６】(B) マスク投影像の焦点合わせの課題また、マスクの投影像を撮像して検査を行う場合、撮像
速度に追従してマスク像の焦点位置を逐次制御しなけれ
ばならない。

【００１７】しかし、応答速度を速くすると、図17(a)
に示すようにマスク上の段差部分では駆動制御信号にス
パイク状のノイズを生じるため、焦点位置が急激に変化
して誤動作の原因となる。一方、これを避けるために応
答速度を遅くすると、スパイク状のノイズは解消される
が、図17(b) に示すようにマスクの段差を通過する際に
は焦点位置の追従が遅れるため撮像される画像情報はボ
ケたものとなる。

【００１８】さらに、位相シフトマスクを検査対象とす
る場合、マスクの表面が凹凸段差に富むため（図14参
照）、マスクの走査速度に応じて焦点位置を精度よく追
従させることはますます困難となってくる。

【００１９】そこで、本発明は、マスクの撓みやマスク
表面の凹凸段差などに影響されず、スムースにマスク像
の焦点を撮像面に結ばせる自動焦点合わせ手段を具備す
るマスク検査装置を提供することをも目的とする。

【００２０】(C) 検査パターンと参照パターンとの画像
位置合わせの課題検査パターンと参照パターンとを位置合わせは、上述の
通り、Ｍ画素×Ｎ走査の検査領域内において、両パター
ンを重ね合わせたときの不一致画素数が最小となるよう
に検査パターンをＸＹ各方向に数画素ずつシフトさせる
ことによって行っていた。

【００２１】ここで、図18(a) に示すように検査領域内
にパターンエッジが２方向以上存在する場合、最小の不
一致数を示すシフト量を確実に求めることができるの
で、容易かつ正確に位置合わせすることができる。

【００２２】しかしながら、図18(b) に示すように検査
領域内にパターンエッジＬが１方向しか存在しない場合
は、不一致画素数が極小となるシフト量がパターンエッ
ジＬ方向に沿って複数存在するため、いずれのシフト量
で位置合わせすればよいか不明となる。また、図18(c)
に示すように検査領域内にパターンエッジが全く存在し
ない場合、不一致画素数の最小値が存在しないので、や
はりいずれのシフト量で位置合わせすればよいのか不明
となる。そして、上記図18(b) や図18(c) の場合は、パ
ターンエッジが少ない分、パターンのシフト量に伴う不
一致画素数の変化率が低い。したがって、ノイズ成分や
検査パターン中の欠陥などパターンのシフト量以外の影
響により、不一致画素数分布の変化が相対的に目立つた
め、誤った位置ずれ量を算出しやすい。

【００２３】なお、検査領域内にパターンエッジが０ま
たは１方向のみ存在する場合と２方向以上の場合とを区
別して処理すればよく、パターンエッジ数を区別する手
法として判別方程式を解くことも考えられる。しかし、
大型マスクでは、Ｍ画素×Ｎ走査を単位とする検査領域
の数が多いため、計算量が膨大になり演算回路の構成も
複雑化するので、現実的な方法ではない。

【００２４】そこで、本発明は、撮像して得た検査パタ
ーンと参照パターンとの不一致画素数の変化率が低くて
位置ずれ検出の感度が低い方向が存在する場合であって
も、参照パターンに対し誤った位置合わせ動作を行うこ
となく、ひいては検査パターンの性状の如何にかかわら
ず正確に検査を行えるマスク検査装置を提供することを
も目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】

(A) 第１の手段本発明は上記課題を参酌してなされたものであり、マス
クの投影像を撮像して得た検査画像を予め設定しておい
た参照画像と比較して欠陥の有無を検査するマスク検査
装置において、下記構成を具備することを特徴とするマ
スク検査装置である。すなわち、 (1) 検査対象たるマスクを載置するステージ部 (2) 前記マスクの裏面側から第１の検査光を投射する第
１の投光手段 (3) 前記マスクの表面側から第２の検査光を投射する第
２の投光手段 (4) 前記マスクを透過した第１の検査光と前記マスクの
表面を反射した第２の検査光とを分離する光分離手段 (5) 前記光分離手段によって分離された第１の検査光の
投影像を撮像して第１の検査画像信号を出力する第１の
撮像手段 (6) 前記光分離手段によって分離された第２の検査光の
投影像を撮像して第２の検査画像信号を出力する第２の
撮像手段 (7) 前記第１の検査画像信号に基づいて前記マスクの欠
陥を検査する第１の検査手段 (8) 前記第２の検査画像信号に基づいて前記マスクの欠
陥を検査する第２の検査手段 (9) 前記第１及び第２の検査手段におけるそれぞれの検
査結果を比較して検出されたマスクの欠陥の種類を判定
する判定手段

【００２６】(B) 第２の手段また、本発明は、マスクを走査させながら検査光を照射
し、前記マスクの透過光または反射光を対物レンズ系で
撮像手段の撮像面上に結像させて、前記マスクの投影像
を撮像手段にて撮像して、撮像画像に基づいて欠陥の有
無を検査するマスク検査装置において、下記構成を具備
する自動焦点合わせ手段によって任意の走査点において
マスクの投影像を前記撮像面上に結像させるように対物
レンズ系の検査光軸上の位置（以下、この位置を焦点位
置とする。）を調整することを特徴とするマスク検査装
置である。すなわち、 (1) マスク上の任意の走査点で焦点位置を検出する焦点
位置検出手段 (2) マスク上に設定された複数個の各測定点において前
記焦点位置検出手段によって検出された焦点位置を、当
該測定点の座標に対応する番地に記憶保持する焦点位置
情報記憶手段 (3) マスク上の任意の走査点における焦点位置の近似値
を、前記走査点近傍の測定点に該当する前記焦点位置情
報記憶手段に記憶された焦点位置に基づいて算出する焦
点位置補間量算出手段 (4) 前記焦点位置検出手段または前記焦点位置補間量算
出手段のいずれか一方の求めた焦点位置に基づいて前記
対物レンズ系の検査光軸方向の駆動を制御するレンズ駆
動制御手段

【００２７】(c) 第３の手段また、本発明は、マスクの投影像を撮像して得た検査画
像を予め設定して前記おいた参照画像と比較して欠陥の
有無を検査するマスク検査装置において、前記検査画像
と前記参照画像とをそれぞれ複数個の記憶要素に画像信
号として順次入力し、両者の排他的論理和を演算し計数
して位置補正する方向ごとに位置ずれ情報量を求め、位
置ずれ量が所定の閾値未満のときは該当する方向の位置
補正は行わず、位置ずれ情報量が所定の閾値以上のとき
は該当する方向に位置ずれ量分だけ位置補正して、しか
る後に前記検査画像と前記参照画像とを比較して欠陥の
有無を検査することを特徴とするマスク検査装置であ
る。

【００２８】

【作用】上述した本発明のそれぞれによって、以下の作
用を得ることができる。 (A) 第１の作用第１の検査光によるマスクの透過光像では、マスクの不
透明部及び付着異物の箇所で遮光されるため、これらが
暗く現れた像となっている。一方、第２の検査光による
マスクの反射光像では、マスクのパターンエッジ部分や
マスク表面の付着異物の箇所が散乱反射光を生ずるため
に、これらが明るく現れた像となっている。そして、第
１の検査光は短波長成分ゆえ、光分離手段を直進して第
１の撮像手段によって撮像され、第２の検査光は長波長
成分ゆえ、光分離手段で反射屈折して第２の撮像手段に
よって撮像される。各々の撮像手段にて得られた各検査
画像に基づいて、まず欠陥の有無を検査し、次いで各々
の検査結果を照合して検出された欠陥がマスクのパター
ン不良，付着異物のいずれによるものかを判別すること
ができる。

【００２９】(B) 第２の作用また、マスク上の各点で予め測定しておいた焦点位置を
焦点位置情報記憶手段にて記憶しておき、かかる情報に
基づいて焦点位置補間量算出手段によって概算的な焦点
合わせを行った後、焦点位置検出手段によって微調整を
行うようにした。したがって、マスクの撓みやマスク表
面の凹凸段差が大きくても、マスクの投影像の焦点を撮
像面上に自動的かつ好適に結ばせることができる。

【００３０】(C) 第３の作用また、検査パターンを参照パターンに位置合わせする
際、画像の位置補正する方向ごとに隣接する画素間の濃
淡勾配を計数した位置ずれ情報量を算出する。そして、
位置ずれ情報量が所定の閾値未満の方向では、各シフト
量における不一致画素数の変化率が低く誤差の影響を受
けやすいので、この方向での位置補正を無視するように
して位置補正を行うようにしている。この結果、誤った
位置合わせを行うことがなくなり、高精度に欠陥を検出
することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳解
する。 (A) 第１の実施例 (A-1) 構成図１は本発明の第１の実施例に係るマスク検査装置(10
0) を示す図である。同装置(100) は、ステージ部(110)
と、第１の投光手段(120) と、第２の投光手段(130)
と、光分離手段(140) と、第１の撮像手段(150) と、第
２の撮像手段(160) と、電気回路系(170) とを備えてい
る。以下、まず各部の構成について詳解する。

【００３２】ステージ部(110) はマスクベースとＸＹθ
テーブルとから構成されている。マスクベースは、検査
対象たるマスク(10)をそのガイド穴や端部などを基準に
位置合わせした後に、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、上記マスクベ
ースの面内方向に移動可能な相直交する２つのリニアテ
ーブル（ＸＹテーブル）と、上記マスクベースと直交す
る軸回りに回転する１つのロータリーテーブル（θテー
ブル）とから構成され、かつ各テーブルにはリニアエン
コーダ，ロータリーエンコーダなどの位置検出手段が対
向配置されており、後述の演算制御回路(178) からの制
御信号に応じてマスク(10)を全面走査できるようになっ
ている。

【００３３】第１の投光手段(120) は、光源(121) と、
集光レンズ系(122) と、干渉フィルタ(123) とから構成
されている。光源(121) としては、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る。干渉フ
ィルタ(123) は、多層薄膜構造の光学フィルタであり、
ｇ線以下の短波長成分のみを選択的に透過するようにな
っている。そして、第１の投光手段(120) は、マスク(1
0)の裏面側に設置されており、光源(121) から発した第
１の検査光が、集光レンズ系(122) で集光され、そのう
ちｇ線以下の短波長成分のみが干渉フィルタ(123) を通
過して、マスク(10)裏面を照射するようになっている。

【００３４】第２の投光手段(130) は、光源(131) と、
集光レンズ系(132) と、干渉フィルタ(133) とから構成
されており、マスク(10)表面を照射するようになってい
る。光源(131) には上述と同様に高圧水銀ランプが用い
られる。干渉フィルタ(133) は光源(131) が発する検査
光のうちｅ線程度の長波長成分のみを選択的に透過する
ようになっている。第２の投光手段(130) によるマスク
(10)の表面照射は、マスク(10)のパターンエッジ部分や
表面の付着異物など形状変化の急峻な箇所から散乱反射
光を得るためである。ところが、複雑形状の付着異物
は、その形状に応じて一定方向から照射した場合しか散
乱光を発しないため、検出ムラを生じやすい。したがっ
て、最も好ましい第２の投光手段(130) の作用は、偏向
性なく散乱反射光を発すべく、四方八方から均一に収束
する光にてマスク(10)を照射するものである。そして、
このような第２の投光手段(130) の具体的構成としては
図２に示すものが考えられる。同図においては、収束す
る検査光の光軸上に円環状の遮光板(134) を配設してお
り、断面リング形状の光が投射されるようになってい
る。そして、実際の装置上ではこの第２の投光手段(13
0) を上記第１の投光手段(120) と略同一の光軸上に設
置しなければならないことから、図３に示すように半透
鏡(135) によって検査光を偏向させる落射照明型のもの
が用いられる。

【００３５】光分離手段(140) は、対物レンズ系(141)
と、ダイクロイックミラー(142)とを備えている。対物
レンズ系(141) は、マスク(10)の略鉛直上方に配設され
て、マスク(10)を透過した短波長成分の検査光（以下、
第１の検査光とする。）と，マスク(10)表面で散乱反射
した長波長成分の検査光（以下、第２の検査光とす
る。）とを集光して平行光に変換するようになってい
る。ダイクロイックミラー(142) は、高屈折率層と低屈
折率層との組合わせで構成される光学部品であり、入射
光の波長成分に応じて選択的に透過しまたは反射する機
能を有しており、上記対物レンズ系(141) の上方に離設
されて、第１の検査光を透過して後述する第１の撮像手
段(150) に直進させる一方、第２の検査光を反射して後
述する第２の撮像手段(160) に偏向させるようになって
いる。

【００３６】第１の撮像手段(150) は、結像レンズ系(1
51) と、干渉フィルタ(152) と、ラインセンサ(153) と
を備えており、光分離手段(140) を通過した第１の検査
光の進行方向に配設されている。結像レンズ系(151) は
第１の検査光を集光して、ラインセンサ(153) の撮像面
上に像を結ばせるようになっている。干渉フィルタ(15
2) は、上記検査光の光路上に配設され、第１の検査光
のうち純粋な短波長成分のみを取り出すようになってい
る。ラインセンサ(153) は、受光量に応じた電気信号を
出力する受光素子がＭ画素だけ直線状に配列されたもの
で、上記第１の検査光の進行方向に対向設置されてい
る。そして、マスク(10)の透過光像を撮像して、マスク
(10)の走査と同期的に、各受光素子からその透過光強度
に応じた第１のアナログ画像信号を素子の配列順序に従
って順次出力するようになっている。なお、マスク(10)
の透過光像は、上記対物レンズ系(141) の位置を光軸方
向に微調整することによって、撮像面上に像を結ぶよう
になっている。

【００３７】第２の撮像手段(160) は、結像レンズ系(1
61) と、干渉フィルタ(162) と、ラインセンサ(163) と
を備え、光分離手段(140) を通過した第２の検査光の進
行方向に対向して配設されており、第１の撮像手段(15
0) と同様の作用によって、マスク(10)の反射光像を撮
像して、マスク(10)の走査と同期的に第２のアナログ画
像信号を順次出力するようになっている。

【００３８】電気回路系(170) は、第１の撮像手段(15
0) の出力側に接続される第１のアナログ−デジタル
（以下、Ａ／Ｄとする。）変換回路(171) ，第１の画像
メモリ(172) と、第２の撮像手段(160) の出力側に接続
される第２のＡ／Ｄ変換回路(173) ，第２の画像メモリ
(174) と、設計パターン発生回路(175) と、第１の検査
回路(176) と、第２の検査回路(177) と、欠陥判定回路
(178) と、演算制御回路(179) とを備えている。

【００３９】第１，第２のＡ／Ｄ変換回路(171) ，(17
3) は、それぞれ第１，第２のアナログ画像信号を例え
ば２５６階調を有するデジタル画像信号にＡ／Ｄ変換
し、第１，第２の画像メモリ(172) ，(174) は各々のデ
ジタル画像信号を２次元濃淡画像情報として記憶保持す
るようになっている（以下、各画像メモリ(172) ，(17
4) に記憶された各２次元濃淡画像情報をそれぞれ第
１，第２の検査パターンとする。）。設計パターン発生
回路(175) は、外部のまたは内蔵されるメモリからマス
クパターンの設計データを逐次読み出して、設計仕様通
りの（欠陥のない理想的な）マスクパターンの透過光像
が実際に第１の撮像手段(150) を通して得られるであろ
う（すなわち、光学系やラインセンサ(153）の感度特性
・応答特性などに応じた、検査パターンの各画素と１対
１に対応する) ２次元濃淡画像を算出し、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。

【００４０】第１の検査回路(176) は、入力した画像を
画素ごとに順次記憶保持する記憶要素群（例えば、シフ
トレジスタ）と、他方から入力した画像を画素ごとに順
次記憶保持する記憶要素群と、各々の記憶要素群に保持
された対応する画素同士の排他的論理和を演算してその
結果を計数する演算回路とを備えており、第１の検査パ
ターンを逐次入力する一方、これと同期的に設計パター
ンを読み出し、両パターン同士を走査位置が一致する画
素ごとに排他的論理和を演算し、不一致画素が“１”と
して現れた画像を第１の欠陥パターンとして記憶保持す
るようになっている。

【００４１】第２の検査回路(177) は、入力した画像
（設計パターン）の各画素について周囲の前後±１画素
間での濃淡勾配をとった微分画像（第２の設計パター
ン）を求める回路と、この微分画像を記憶保持する複数
個の記憶要素群と、他方から入力した画像（第２の検査
パターン）を記憶保持する記憶要素群と、双方の記憶要
素群に保持された両画像を走査位置が一致する画素同士
の排他的論理和を演算してその結果を計数する演算回路
とを備えており、上記設計パターンの微分画像と上記第
２の検査パターンとを走査位置が一致する画素ごとに排
他的論理和を演算して、不一致画素が“１”として現れ
た画像を第２の欠陥パターンとして記憶保持するように
なっている。

【００４２】欠陥判定回路(178) は、上記第１，第２の
検査回路(176) ，(177) の各々で検出された第１種，第
２種の欠陥同士を照合して、その欠陥がパターン形状不
良，マスク(10)表面付着異物，マスク(10)裏面付着異物
のいずれに因るかを判定するようになっている。演算制
御回路(179) は、中央処理装置（Central Processing
Unit:ＣＰＵ）と各種ハードウェア回路から構成されて
おり、各部と電気的に接続されて全体の動作を統御する
ようになっている。

【００４３】なお、演算制御回路(179) には、コンソー
ルなどの入力手段（図示しない）と、ＣＲＴディスプレ
イやプリンタなどの外部出力手段（図示しない）が接続
されており、外部から指令を入力するとともに検査結果
を表示できるようになっている。

【００４４】(A-2) 作用次に、上記装置(100) の動作とともに本実施例の作用に
ついて説明する。まず、検査対象となるマスク(10)をス
テージ部(110) に載置し、ＸＹテーブルを駆動させて所
定の走査位置に設定する。次いで、各光源(121) ，(13
1) を点灯させる。そして、対物レンズ系(141) を光軸
方向に進退させて焦点を各々の撮像面上に結像させるな
どの光学系のアライメント作業を済ませてから検査を開
始する。なお、アライメント作業は装置稼働中であって
も随時行われる。

【００４５】光源(121) より発された第１の検査光は、
干渉フィルタ(123) を通過することにより短波長成分の
みが取り出された後、検査光は集光レンズ系(122) によ
って集光されてマスク(10)の裏面を照射する。次いで、
マスク(10)透過光は、対物レンズ系(141) で集光され、
ダイクロイックミラー(142) を直進して第１の撮像手段
(150) へ向かう。干渉フィルタ(152) はマスク(10)透過
光からさらに純粋に短波長成分のみを取り出し、結像レ
ンズ系(151) はラインセンサ(153) の撮像面上に透過光
像を結ばせる。

【００４６】ここで、マスク(10)のうち、Ｃｒ膜のパタ
ーンが形成された不透明部分や、マスク(10)の透明部分
の表面乃至裏面に異物が付着した箇所では、第１の検査
光は遮光される。したがって、マスク(10)の透過光像
は、これら遮光部分が暗部となって現れた２次元濃淡画
像となる。例えば、図13(a) 及び図13(b) にそれぞれ上
面、Ａ−Ａ断面が示されるマスクの透過光像を考えてみ
る。マスク(10)の透明部位の表面または裏面に付着した
各々の異物ａ，ｂは透過光像では暗部となって現れる。
一方、位相シフト膜は透光性があり、また、Ｃｒ膜上に
付着した異物ｃはパターンの影に隠れてしまうので、と
もに透過光像には現れない。そして、マスクのＡ−Ａ断
面を走査線とする透過光強度分布は、図13(c) に示すよ
うなチャートとなる。

【００４７】そして、ラインセンサ(153) はこのマスク
(10)の透過光像を撮像して、各受光素子からはマスク(1
0)の走査と同期的に第１のアナログ画像信号が順次出力
される。第１のＡ／Ｄ変換回路(171) は第１のアナログ
画像信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号とし、第１
の画像メモリ(172) はこれを第１の検査パターン（図15
(a) 参照）として記憶保持する。

【００４８】一方、光源(131) より発された第２の検査
光は、集光レンズ系(132) で集光され、干渉フィルタ(1
33) を通過して長波長成分のみが取り出される。さら
に、第２の検査光は、遮光板(134) を通過して断面リン
グ状の収束光にされ、半透鏡(135) によって下方に偏向
されて、マスク(10)表面上の走査点を四方八方から均一
に落射照明する。マスク(10)表面からの反射光は対物レ
ンズ系(141) で集光され、ダイクロイックミラー(142)
を反射して、第２の撮像手段(160) へ向かう。干渉フィ
ルタ(162) はマスク(10)反射光からさらに純粋に長波長
成分のみを取り出し、結像レンズ系(161) はラインセン
サ(163) の撮像面上に反射光像を結ばせる。

【００４９】ここで、マスク(10)表面のうち、Ｃｒ膜や
位相シフト膜のパターンエッジ部分や付着異物などの表
面形状の変化が急峻な箇所では、照射されると強い散乱
反射光が発する。したがって、マスク(10)の反射光像
は、上記パターンエッジ部分やマスク(10)表面の付着異
物が明部となって現れた２次元濃淡画像となる。例え
ば、図13(a) 及び(b) にそれぞれ上面、Ａ−Ａ断面が示
されるマスクの反射光像を考えてみる。パターンエッジ
部分やマスク(10)表面の付着異物ａ，ｃは反射光像では
明部となって現れる。一方、マスク(10)裏面の付着異物
ｂは表面照射光に影響しないので反射光像には現れな
い。そして、マスクのＡ−Ａ断面を走査線とする反射光
強度分布は、図13(d) に示すようなチャートとなる。し
かして、マスク(10)の反射光像は、いわばマスク(10)の
表面形状を微分処理したような２次元濃淡画像になる。

【００５０】そして、ラインセンサ(163) は、この反射
光像を撮像して、各受光素子からはマスク(10)の走査と
同期的に第２のアナログ画像信号がその配列方向に従っ
て順次出力される。第２のＡ／Ｄ変換回路(173) は第２
のアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号
とし、第２の画像メモリ(174) はこれを第２の検査パタ
ーン（図16(a) 参照）として記憶保持する。

【００５１】一方、設計パターン発生回路(175) は、マ
スクパターンの設計データを逐次読み出して、設計仕様
通りの（欠陥のない）マスク(10)の透過光像が実際に第
１の撮像手段を通して得られるであろう２次元濃淡画
像、すなわち設計パターン（図15(b) 参照）を生成して
記憶保持しておく。

【００５２】第１の検査回路(176) は、第１の画像メモ
リ(172) から第１の検査パターンを、設計パターン発生
回路(175) から設計パターンをそれぞれ入力して、両パ
ターンの走査位置が一致する画素同士の排他的論理和を
演算する。しかして、第１の検査パターンに欠陥が現れ
ていない部分は、設計パターン上の走査位置が対応する
画素とは濃淡度が一致するので、論理値は“０”とな
る。他方、第１の検査パターンに現れた欠陥は、設計パ
ターン上の対応する画素とは不一致となるため論理値は
“１”として検出される。例えば、上述の図15(a) 及び
図15(b) について走査位置が一致する画像信号同士の排
他的論理和をとると、付着異物ａ，ｂの箇所が両信号の
不一致部分として検出される。そして、第１の検査回路
(176) は、この不一致部分がレベル“１”として表され
た２次元画像を第１の欠陥パターン（図15(c) 参照）と
して記憶保持する。

【００５３】第２の検査回路(177) は、まず、設計パタ
ーン発生回路(175) から設計パターンを読み出して、そ
の各画素について周囲の前後±１画素間での濃淡勾配を
撮った微分画像を求める。しかして、濃淡度はパターン
の有無で変化するので、上記微分画像は欠陥のない理想
的なマスクのパターンエッジ部分のみを描き出したもの
と略同一の２次元濃淡画像（図16(b) 参照）となる。そ
して、第２の検査回路(177) は、この微分画像を第２の
設計パターンとして記憶保持しておく。次いで、第２の
画像メモリ(174) から第２の検査パターンを入力して、
第２の検査パターンと第２の設計パターンとを走査位置
が一致する画素ごとに排他的論理和を演算する。しかし
て、第２の検査パターンに欠陥が現れていない部分は、
第２の設計パターン上の走査位置が対応する画素とは濃
淡度が一致するので、論理値は“０”となる。他方、第
２の検査パターンに現れた欠陥は、設計パターン上の対
応する画素とは不一致となるため論理値は“１”として
検出される。例えば、上述の図16(a) 及び図16(b) につ
いて走査位置が一致する画像信号同士の排他的論理和を
とると、付着異物ａ，ｃの箇所が両信号の不一致部分と
して検出される。そして、第１の検査回路(177) は、こ
の不一致部分がレベル“１”として表された２次元画像
を第２の欠陥パターン（図16(c) 参照）として記憶保持
する。

【００５４】欠陥判定回路(178) は、上記第１及び第２
の欠陥パターンを比較照合して、検出された欠陥の種類
を判定する。ここで、第１の欠陥パターン上の論理値が
“１”となる画素は、Ｃｒ膜のパターン形状不良（脱
落，位置不良，凹み）やマスク(10)透明部分の付着異物
に対応する箇所である。一方、第２の欠陥パターン上の
論理値が“１”となる画素は、Ｃｒ膜・位相シフト膜の
パターン形状不良やマスク(10)表面の付着異物に対応す
る箇所である。したがって、欠陥判定回路(178) では、
上記欠陥パターンのいずれかに現れた欠陥の種類を以下
の手順で判定する。

【００５５】(i) 第１及び第２の欠陥パターンの双方
で“１”として現れた欠陥は、Ｃｒ膜のパターン欠陥ま
たはマスク(10)表面の透明部分の付着異物である。 (ii) 第１の欠陥パターンでは“０”、第２の欠陥パタ
ーンでは“１”として現れた欠陥は、マスク(10)表面の
Ｃｒ膜上の付着異物である。 (iii) 第１の欠陥パターンでは“１”、第２の欠陥パタ
ーンでは“０”として現れた欠陥は、マスク(11)裏面の
透明部分の付着異物である。 (iV) 第１及び第２の欠陥パターンの双方で“０”とな
る画素に対応するマスク(10)面には欠陥はない。

【００５６】演算処理回路(179) は、上記の検査結果を
受けて外部に出力する。そして、上記(i) のケースにお
いてさらにパターン欠陥か付着異物かを判別したい場合
は、マスク(10)の対応位置を金属顕微鏡などで直接観察
する。

【００５７】なお、上記実施例では短波長成分の検査光
でマスク(10)の透過光像を，長波長成分の検査光でマス
ク(10)の反射光像をそれぞれ観察するようにしたが、そ
の逆であっても同様に作用する。但し、Ｃｒ膜のパター
ン欠陥は他の欠陥に比し高い検査精度が要求されるこ
と、反射光よりも透過光の方がパターンエッジのより鮮
明な投影像を得られること、短波長成分の検査光の方が
解像度が高いことなどを勘案すれば、上記実施例の通り
短波長光で透過光像を，長波長光で反射光像を観察した
方がより大きな効果を得ることができる。

【００５８】(B) 第２の実施例第１の実施例に係るマスク検査装置(100) では、マスク
(10)の透過光像及び反射光像を撮像して、その撮像画像
に基づいて欠陥検査を行っている。この場合、撮像時は
検査光の焦点を常に各撮像手段(150) ，(160) の撮像面
上に結ばせるようにする必要がある。そこで、第２の実
施例に係るマスク検査装置(200) は、検査前にマスク上
に格子状に設定された各測定点において投影像を撮像面
上に像を結ばせるような対物レンズ系の光軸上の位置
（以下、焦点位置とする。）を焦点位置情報として予め
記憶しておき、検査時には、まずマスク上の任意の走査
点においてその近傍の測定点での焦点位置情報に基づい
て粗い焦点合わせを行った後、より精密な焦点合わせを
行うようにした自動焦点合わせ手段を具備している。

【００５９】(B-1) 構成このマスク検査装置(200) は、図４に示す通り、ステー
ジ部(201) と、光源（図示しない）と、対物レンズ系(2
02) と、撮像手段(203) と、欠陥検査回路(204) と、自
動焦点合わせ手段(205) とを備えている。以下、まずマ
スク検査装置(200) の構成について詳解する。

【００６０】ステージ部(201) は、検査対象たるマスク
(10)を載置固定するマスクベースと、マスク(10)を全面
走査させるためのＸＹθテーブルとを備えている。ま
た、各テーブルには、マスク(10)の走査位置を検出する
位置検出手段としてのリニアエンコーダ，ロータリーエ
ンコーダがそれぞれ対向設置されている。なお、詳細は
第１の実施例に係るマスク検査装置(100) の該当箇所と
略同一構成である。

【００６１】光源は、マスク(10)の透過光または反射光
を得るための検査光を照射するものであり、通常はｅ線
乃至ｇ線の光を発する高圧水銀ランプが用いられ、用途
に応じてマスク(10)の裏面側あるいは表面側に設置され
ている。

【００６２】対物レンズ系(202) は、上記検査光の略光
軸上に配設されており、マスク(10)の透過光または反射
光を結像させるようになっている。撮像手段(203) は、
上記透過光または反射光の略結像点に配設されており、
マスク(10)の投影像を撮像してその受光量に応じた画像
信号を出力するようになっている。

【００６３】欠陥検査回路(204) は、上記撮像手段(20
3) からの画像信号を入力し、マスク内またはマスク間
の別のチップパターンを撮像して得た画像信号と、ある
いはマスクの設計情報に基づいて作成された画像信号と
比較して、不一致部分を欠陥として検出するようになっ
ている。

【００６４】自動焦点合わせ手段(205) は、マスク(10)
の投影像が上記撮像手段(203) の撮像面上に正確に像を
結ぶよう、上記対物レンズ系(202) を検査光の光軸方向
に位置調整するようになっている。図５に上記自動焦点
合わせ回路(205) として最良の効果を奏するものの構成
を示す。同手段(205) は、焦点位置検出手段(210)と、
焦点位置情報記憶手段(220) と、焦点位置補間量算出手
段(230) と、測定／追従セレクタ(240) と、レンズ駆動
制御手段(250) と、レンズ駆動手段(260) とを備えてい
る。

【００６５】焦点位置検出手段(210) は、半透鏡(211)
と、集光レンズ系(212) と、半透鏡(213) と、第１及び
第２のセンサ(214) ，(215) と、焦点位置検出回路(21
6)とを備えている。半透鏡(211) は、マスク(10)を透過
または反射した検査光Ｐの光軸上に配設され、検査光Ｐ
の一部Ｐ' を反射偏向させて取り出すようになってい
る。集光レンズ系(212) は、検査光Ｐ' の進行方向に配
設され、これを集光するようになっている。半透鏡(21
3) は、検査光Ｐ' をさらに２方向の検査光Ｐ₁,P₂ に分
割するようになっている。検査光Ｐ₁ ，Ｐ₂ の略集光点
にはそれぞれ光学スリット(217) ，(218) が配設されて
おり、余分な光が除かれるようになっている。第１，第
２のセンサ(214) ，(215) は、それぞれ検査光Ｐ₁ ，Ｐ
₂ を受光してその光強度に応じた受光信号を出力するよ
うになっている。焦点位置検出回路(216) は、各センサ
(214) ，(215) の出力信号値を比較演算して焦点位置ｆ
を算出して、焦点位置情報記憶手段(220) や測定／追従
セレクタ(240) に出力するようになっている。

【００６６】焦点位置情報記憶手段(220) は、記憶回路
を内蔵しており、上記焦点位置検出回路(216) から焦点
位置ｆを入力するとともに、ステージ部(110) の位置検
出手段からマスク(10)の測定点の座標（ｘ，ｙ）を入力
して、上記記憶回路内の測定点（ｘ，ｙ）に対応して割
当てられた番地に焦点位置ｆ（ｘ，ｙ）として記憶保持
し、かつ記憶後に座標（ｘ，ｙ）に対応する番地を参照
すれば焦点位置ｆ（ｘ，ｙ）を出力するようになってい
る。そして、記憶回路の容量の制約などのため、実際に
は、マスク(10)上にＸＹ各方向に等間隔で離設された格
子点を測定点として設定して、各測定点で検出した焦点
位置を焦点位置情報として記憶するようになっている
（以下、Ｘ，Ｙ各方向にそれぞれｉ番目，ｊ番目に設定
された測定点における焦点位置をｆ_i,j とする。）。

【００６７】焦点位置補間量算出手段(230) は、例えば
マスク(10)上の任意の走査点Ｓ（ｘ_S ，ｙ_S ）において
焦点位置合わせを行う場合、点Ｓを取り囲む格子点（ｘ
_i，ｙ_j ），（ｘ_i+1 ，ｙ_j ），（ｘ_i ，ｙ_j+1 ），
（ｘ_i+1 ，ｙ_j+1 ）（但し、ｘ_i ＜ｘ＜ｘ_i+1 ，ｙ_j ＜
ｙ＜ｙ_j+1 とする。）のそれぞれの焦点位置ｆ_i,j ，ｆ
_i+1,j ，ｆ_i,j+1 ，ｆ_i+1,j+1 を上記焦点位置情報記憶
手段(220) から読み出して、これら既知の焦点位置に基
づいて、図６に示すような線形補間法などによって点Ｓ
の焦点位置ｆ（ｘ_S ，ｙ_S ）の近似値ｆ' （ｘ_S ，ｙ
_S ）を算出して、測定／追従セレクタ(240) に出力する
ようになっている。

【００６８】測定／追従セレクタ(240) は、装置の動作
状態が測定モード，追従モードのいずれにあるかに応じ
て、焦点位置検出手段(210) の出力ｆ（ｘ，ｙ），また
は焦点位置補間量算出手段(230) の出力ｆ´（ｘ，ｙ）
のいずれか一方をレンズ駆動制御手段(240) に送るよう
になっている。ここで、測定モードとは、焦点位置検出
手段(210) の測定結果に基づいてマスク(10)投影像が撮
像面上で結像するように対物レンズ系(202) を駆動させ
て正確に焦点位置に合わせる動作状態をいい、また、追
従モードとは、予め焦点位置情報記憶手段(220) に記憶
された情報に基づいて対物レンズ系(202) を駆動させて
近似的に焦点位置に合わせる動作状態をいう。

【００６９】レンズ駆動制御手段(250) は、測定／追従
セレクタ(240) を介して測定した焦点位置ｆ（ｘ，ｙ）
または算出した焦点位置ｆ' （ｘ，ｙ）のいずれか一方
を入力して、焦点位置と対物レンズ系(202) の現在位置
との差に応じた駆動制御信号を出力するようになってい
る。

【００７０】レンズ駆動手段(260) は、圧電素子などの
微少変位可能なドライバーが、検査光Ｐの光軸方向に変
位するように対物レンズ系(202) に付設されてなる。そ
して、レンズ駆動制御手段(240) からの駆動制御信号に
応じて所定量だけ対物レンズ系(202) を光軸方向に変位
させるようになっている。

【００７１】(B-2) 作用次に、マスク検査装置(200) における上記自動焦点合わ
せ手段(205) の動作とともに第２の実施例の作用につい
て説明する。なお、自動焦点合わせ手段(205) の動作
は、欠陥検査前に予め行う焦点位置情報の入力と、欠陥
検査時に行う自動焦点合わせとに大別されるので、各個
別に述べることにする。

【００７２】(B-2-1) 焦点位置情報の入力検査対象となるマスク(10)をステージ部(201) に載置
し、光源を点灯させて開始する。動作状態は測定モード
が選択されている。

【００７３】ＸＹθテーブルを駆動させて、マスク(10)
を所定の測定点（ｘ_i ，ｙ_j ）に設定する。半透鏡(21
1) は検査光Ｐの一部Ｐ' を取り出し、集光レンズ系(21
2) はＰ'を集光し、半透鏡(213) はＰ' をＰ₁ ，Ｐ₂ に
分割して、第１，第２のセンサ(214) ，(215) はそれぞ
れＰ₁ ，Ｐ₂ を受光する。焦点位置検出回路(216) は、
各センサ(214) ，(215) の出力信号の差分と対物レンズ
系(202) の現在位置に応じて、上記測定点での焦点位置
ｆ（ｘ_i ，ｙ_j ）を算出する。

【００７４】レンズ駆動制御手段(250) は、測定／追従
セレクタ(240) を介して上記焦点位置ｆ_i,j を入力し、
対物レンズ系(202) の現在位置との差を補うための駆動
制御信号を出力し、レンズ駆動手段(260) はこの駆動制
御信号に応じて対物レンズ系(202) を検査光Ｐの光軸方
向に変位させる。

【００７５】再び、半透鏡(211) が検査光Ｐの一部Ｐ'
を取り出して、各センサ(214) ，(215) の出力信号の差
がなくなるまで、上述の通りの焦点位置検出手段(210)
，レンズ駆動制御手段(250) ，レンズ駆動手段(260)
の間での閉ループ制御が繰り返される。最終的な対物レ
ンズ系(202) は測定点（ｘ_i ，ｙ_j ）での焦点位置情報
ｆ_i,j として出力され、焦点位置情報記憶手段(220) は
座標（ｘ_i ，ｙ_j ）に対応する番地にｆ_i,j を記憶保持
する。

【００７６】次いで、ＸＹθテーブルを所定のピッチ間
隔ごとにＸ，Ｙ各方向に順次駆動させて、マスク(10)上
のすべての測定点についてに焦点位置情報を測定し記憶
保持して、終了する。

【００７７】(B-2-2) 自動焦点位置合わせ設置したマスク(10)について焦点位置情報の入力が終わ
ると、マスク(10)の投影像を撮像して欠陥検査を行う。

【００７８】ＸＹθテーブルを駆動させてマスク(10)を
所定の走査点Ｓ（ｘ_s ，ｙ_s ）に設定すると、動作状態
はまず追従モードが選択される。すなわち、焦点位置補
間量算出手段(230) は、走査点Ｓ（ｘ_s ，ｙ_s ）を取り
囲む測定点の焦点位置情報ｆ_i,j ，ｆ_i+1,j ，ｆ
_i,j+1 ，ｆ_i+1,j+1 を焦点位置情報記憶手段(220) より
読み出して、これらに基づいて上記走査点における焦点
位置の近似値ｆ' （ｘ_s ，ｙ_s ）を算出する。レンズ駆
動制御手段(250) は測定／追従セレクタ(240) を介して
近似値ｆ' を入力し、所望の駆動制御信号に変換する。
レンズ駆動手段(260) は、駆動制御信号に応じて対物レ
ンズ系(202) を検査光Ｐの光軸方向に変位させ暫定的な
焦点位置合わせを行う。

【００７９】次いで、動作状態は測定モードが選択され
る。半透鏡(211) は検査光Ｐの一部Ｐ' を取り出し、集
光レンズ系(212) はＰ'を集光し、半透鏡(213) はＰ'
をＰ₁ ，Ｐ₂ に分割して、第１，第２のセンサ(214) ，
(215) はそれぞれＰ₁ ，Ｐ₂ を受光する。焦点位置検出
回路(216) は、各センサ(214) ，(215) の出力信号の差
分と対物レンズ系(202) の現在位置に応じて、走査点Ｓ
（ｘ_s ，ｙ_s ）での焦点位置ｆ（ｘ_s ，ｙ_s ）を算出す
る。

【００８０】レンズ駆動制御手段(250) は、測定／追従
セレクタ(240) を介して上記焦点位置ｆ（ｘ_s ，ｙ_s ）
を入力し、対物レンズ系(202) の現在位置との差を補う
ための駆動制御信号を出力し、レンズ駆動手段(260) は
この駆動制御信号に応じて対物レンズ系(202) を検査光
Ｐの光軸方向に変位させる。

【００８１】再び、半透鏡(211) が検査光Ｐの一部Ｐ'
を取り出して、焦点位置検出手段(210) ，レンズ駆動制
御手段(250) ，レンズ駆動手段(260) 間での閉ループ制
御が繰り返され、最終的に各センサ(214) ，(215) の出
力信号の差がなくなると、対物レンズ系(202) は走査点
Ｓ（ｘ_s ，ｙ_s ）での焦点位置に位置合わせされたこと
になる。

【００８２】撮像手段(203) は、マスク(10)の投影像を
撮像してその受光量に応じた画像信号を出力する。欠陥
検査手段(204) は、この画像信号を入力して、予め設定
された参照画像と比較して、不一致部分を欠陥として検
出する。そして、ＸＹθテーブルは逐次駆動して、マス
ク(10)を全面走査すると検査工程は完了する。しかし
て、各走査点では、対物レンズ系(202) を予め焦点位置
近傍に位置決めした後に精密な焦点位置合わせを行って
いるので、図17(c) に示す通りスムースな駆動制御信号
の出力によって応答速度を速くすることができる。

【００８３】(B-3) 付記なお、ＸＹテーブルのうねりに再現性があり、またはマ
スクの自重による撓み量が個体差なく生ずるのであれ
ば、上記焦点位置情報記憶手段(220) に蓄えられる焦点
位置情報はマスクを付け替えるごとに更新することなく
継続的に使用することができる。

【００８４】(C) 第３の実施例第１の実施例に係るマスク検査装置(100) では、マスク
(10)の投影像を撮像して得た検査パターンと設計パター
ンとを比較して両者の不一致部分を欠陥として検出する
ようにしている。この場合、両パターンが位置合わせさ
れていなければ、両パターンの位置ずれに基因する不一
致をも欠陥と判定して、誤動作を起こしかねない。そこ
で、第３の実施例に係るマスク検査装置(300) は、検査
パターンと設計パターンとをそれぞれ複数個の記憶要素
に画像信号として順次入力し、両者の排他的論理和を演
算し計数して位置補正する方向ごとに位置ずれ情報量を
求め、位置ずれ情報量が所定の閾値以上のときは該当す
る方向の位置補正は行わず、位置ずれ情報量が所定の閾
値未満のときは該当する方向に位置ずれ量分だけ位置補
正する画像位置合わせ手段を具備して、両パターンを画
像位置合わせした後に欠陥検査を行うようにしている。

【００８５】(C-1) 構成このマスク装置(300) は、図７に示す通り、撮像手段(3
01) と、Ａ／Ｄ変換回路(302) と、画像メモリ(303)
と、設計パターン発生回路(304) と、画像位置合わせ回
路(305) と、欠陥検出回路(306) とを備えている。以
下、まずマスク検査装置(300) の構成について詳解す
る。

【００８６】撮像手段(301) は、検査対象たるマスク(1
0)を全面走査可能に載置するステージ部と、上記マスク
(10)を照射して透過光または反射光を得るための光源
と、上記透過光または反射光を集光する結像レンズ系
と、透過光像または反射光像を撮像するＭ画素のライン
センサなどを備えており、投影像の光強度分布に応じた
アナログ画像信号を出力するようになっている。なお、
詳細は第１の実施例に係るマスク検査装置(100) の該当
箇所と略同一構成である。

【００８７】Ａ／Ｄ変換回路(302) は、上記アナログ画
像信号を例えば２５６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(303)
は、上記デジタル画像信号を入力してこれを２次元で濃
淡のある画像情報（以下、検査パターンとする。）とし
て記憶保持するようになっている。

【００８８】設計パターン発生回路(304) 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
されたマスクの投影像を上記撮像手段を通して得られる
であろう参照画像（以下、設計パターンとする。）を作
成し、これを記憶保持するようになっている。

【００８９】画像位置合わせ回路(305) は、上記検査パ
ターンを設計パターンに位置合わせするようになってい
る。図８に上記画像位置合わせ回路(306) として最良の
効果を奏するものの構成を示す。同回路(305) は、設計
パターンを微分２値化する第１の微分２値化回路(310)
と、検査パターンを微分２値化する第２の微分２値化回
路(320) と、設計パターンの微分２値化画像に基づいて
各位置補正方向成分の有効性を判定する位置ずれ判定回
路(330) と、設計パターンと検査パターンとの位置ずれ
量をそれぞれの微分２値化画像を用いて算出する位置ず
れ量算出回路(340) と、位置ずれ判定結果を参酌して位
置ずれ量から位置補正量を推定する位置補正量推定回路
(350) と、その位置補正量に基づいて検査パターンを設
計パターンに位置合わせする位置合わせ回路(360) とを
備えている。

【００９０】第１の微分２値化回路(310) は、図９(a)
に示す通り、３つの遅延要素(311) …と、０°，90°，
45°，−45°各方向のフィルタ回路(312) …と、微分値
最大値検出回路(313) と、閾値記憶回路(314) と、２値
化比較回路(315) とを備えている。各遅延要素(311) …
は、１走査線に相当する時間ずつ異なる遅延を有してお
り、各々は設計パターン発生回路(305) から設計パター
ンを１画素ずつ逐次入力して、各フィルタ回路(312) …
に設計パターンが３×１画素ずつ同時出力されるように
なっている。各方向フィルタ回路(312) …は、入力され
た３×１画素の中心画素についての微分処理を、その前
後の３×１画素と合併した３×３画素の局部パターンを
用いて行うようになっている（なお、語頭に付された０
°，90°…などの角度は局部パターン上のＸ軸に対する
微分方向のなす角を示すものとする。）。図９(b) に示
すＡ乃至Ｉの９画素からなる３×３画素の局部パターン
を例にとると、０°方向の微分値は中心画素Ｅを０°方
向で挟んだ両端画素の差分｜Ｄ−Ｆ｜であり、同様に90
°，45°，−45°各方向の微分値は中心画素Ｅを各方向
で挟んだ両端画素の差分｜Ｂ−Ｈ｜，｜Ｃ−Ｇ｜，｜Ａ
−Ｉ｜である。微分値最大値検出回路(313) は、上記４
つの微分値を入力して、その最大値とこれに該当する微
分方向を検出するようになっている。２値化比較回路(3
15) は、検出された最大の微分値を予め閾値記憶回路(3
14) に記憶された閾値Ｔ₁ と大小比較して、Ｔ₁ 以上で
あれば中心画素Ｅに論理値“１”を、Ｔ₁ 未満であれば
中心画素Ｅに論理値“０”を与えて出力するようになっ
ている。しかして、設計パターンに対して上記微分処理
及び２値化処理を行った出力画像は、元の設計パターン
の各画素がその周辺の±１画素間での濃淡勾配に応じて
２値化された画像となる。

【００９１】第２の微分２値化回路(320) は、上記第１
の微分２値化回路(310) と略同一構成の遅延要素(321)
…，フィルタ回路(322) …，微分値最大値検出回路(32
3)，閾値記憶回路(324) ，２値化比較回路(325) を備え
ており、略同一の作用により検査パターンの微分２値化
画像を出力するようになっている。

【００９２】位置ずれ判定回路(330) は、第１の微分２
値化回路(310) の各微分方向に対応する４つのカウンタ
を備えており、上記２値化比較回路(315) の出力を、上
記微分値最大値検出回路(313) の出力が示す微分方向に
該当するカウンタに計数するようになっている。そし
て、Ｍ画素×Ｎ走査分の検査領域全体について微分２値
化処理が終了したとき、各カウンタの計数値を予め設定
された所定の閾値Ｔ₂と大小比較して、計数値がＴ₂ 以
上のカウンタに該当する方向の位置ずれは有効とし、計
数値がＴ₂ 未満のカウンタに該当する方向の位置ずれは
無効と判定するようになっている。

【００９３】位置ずれ量算出回路(340) は、微分２値化
された設計パターンをＸＹ各方向に±３画素の範囲で１
画素ずつシフトさせる。そして、各シフト量において微
分２値化された検査パターンと重ね合わせて対応する画
素同士の排他的論理和をとり、各シフト量ごとに不一致
画素数を計数する。そして、不一致画素数が最小となる
シフト量を検査パターンの位置ずれ量として出力するよ
うになっている。なお、その具体的な回路構成は図12に
示す位置ずれ検出回路系と略同一構成であってもよい。

【００９４】位置補正量推定回路(350) は、上記位置ず
れ量算出回路(340) から位置ずれ量を入力する一方、上
記位置ずれ判定回路(330) から各位置補正方向の有効／
無効に関する情報を入力して、位置ずれ量のうち無効と
された位置補正方向成分をゼロにしたものを位置補正量
として出力するようになっている。

【００９５】位置合わせ回路(360) は、上記位置補正量
の分だけ検査パターンをシフトさせて設計パターンと位
置合わせするようになっている。欠陥検出回路(306)
は、位置合わせされた検査パターンと設計パターンと
を、対応する画素ごとに排他的論理和をとって不一致画
素を検出し、欠陥か否かを判別するようになっている。

【００９６】(C-2) 作用次に、上記画像位置合わせ手段を具備するマスク検査装
置(300) の動作とともに、本発明の作用について説明す
る。

【００９７】検査対象となるマスク(10)をステージ部に
載置して所定の走査点に設定し、光源より検査光を発さ
せ、マスク(10)の投影像を撮像手段(301) により撮像し
て、光強度分布に応じたアナログ画像信号を得る。そし
て、Ａ／Ｄ変換回路(302)はアナログ画像信号をデジタ
ル画像信号にＡ／Ｄ変換し、画像メモリ(303) はデジタ
ル画像信号を入力してこれを検査パターンとして記憶保
持する。

【００９８】一方、設計パターン発生回路(304) 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パターンを作成し、
これを記憶保持しておく。

【００９９】第１の微分２値化回路(310) は、検査パタ
ーンから３×３画素ずつ逐次切り出して、０°，90°，
45°，−45°各方向の両端画素の差分をとり、４つの差
分のうちの最大値を所定の閾値Ｔ₁ で２値化する。例え
ば、図９(b) において各画素の濃淡度を下式(1) のよう
におくとする。

【０１００】Ａ＝１，Ｂ＝２，Ｃ＝３，Ｄ＝４，Ｆ＝５，Ｇ＝６，Ｈ＝７，Ｉ＝８ ……(1) すると各差分値は下式(2) の通りとなる。｜Ｄ−Ｆ｜＝１，｜Ｂ−Ｈ｜＝５，｜Ｃ−Ｇ｜＝３，｜Ａ−Ｉ｜＝７ ……(2)

【０１０１】次いで、差分の最大値｜Ａ−Ｉ｜＝７とこ
れに該当する微分方向“−45°”を検出する。差分の最
大値は、予め設定された閾値Ｔ₁ で２値化されて（中心
画素Ｅの論理値は、Ｔ₁ ≦７であれば“１”となり、Ｔ
₁ ＞７であれば“０”となる。）、微分２値化された設
計パターンのうちの画素Ｅの論理値として出力される。
また、微分方向“−45°”は位置ずれ判定回路(330) に
逐次出力される。

【０１０２】また、第２の微分２値化回路(320) は、同
様にして検査パターンの微分２値化画像を出力する。位
置ずれ判定回路(330) は、３×３画素の各局部パターン
を微分処理して検出された微分方向を逐次入力して、各
方向に対応するカウンタで各方向の検出回数を計数す
る。そして、検査領域全体について微分２値化処理が終
了したとき、各カウンタの計数値を予め設定された所定
の閾値Ｔ₂ と大小比較して、計数値がＴ₂ 以上のカウン
タに該当する方向の位置ずれは有効とし、計数値がＴ₂
未満のカウンタに該当する方向の位置ずれは無効と判定
する。ここで、図18(a) 乃至(c) に示すような、パター
ンエッジが各２個，１個，０個だけ存在する検査領域に
ついて、各カウンタで計数されるそれぞれの微分方向の
ヒストグラムを考えてみる。図18(a) では、Ｙ方向に伸
びるパターンエッジＥ₁ を含む３×３画素の局部パター
ンでは各微分方向“０°”，“45°”，“−45°”が検
出され、Ｘ方向に伸びるパターンエッジＥ₂ を含む３×
３画素の局部パターンでは各微分方向“90°”，“45
°”，“−45°”が検出される。そして、各々の検出回
数は各カウンタに計数され、ヒストグラム化される。そ
して、全ての微分方向の計数値が閾値Ｔ₂ を超えるので
（図18(d) 参照）、全ての位置補正方向が有効と判定さ
れる。また、図18(b) では、Ｙ方向に伸びるパターンエ
ッジを含む３×３画素の局部パターンでは各微分方向
“０°”，“45°”，“−45°”が検出されて、各々の
検出回数が各カウンタに計数され、ヒストグラム化され
る。そして、微分方向“90°”の計数値のみが閾値Ｔ₂
を超えないので（図18(e) 参照）、90°の位置補正方向
が無効と判定される。また、図18(c) では検査領域中に
パターンエッジが存在しない。したがって、いずれの微
分方向の計数値も閾値Ｔ₂ を超えないので（図18(f) 参
照）、全ての位置補正方向が無効と判定される。

【０１０３】位置ずれ量算出回路(340) は、微分２値化
された設計パターンをＸＹ各方向に±３画素の範囲で１
画素ずつシフトさせる。そして、各シフト量において微
分２値化された検査パターンと重ね合わせ、対応する画
素同士の排他的論理和をとり、各シフト量ごとに不一致
画素数を計数する。そして、不一致画素数が最小となる
シフト量を検査パターンの位置ずれ量として出力する。

【０１０４】位置補正量推定回路(350) は、位置ずれ量
算出回路(340) から位置ずれ量を入力する一方、位置ず
れ判定回路(330) から各位置補正方向の有効／無効性に
関する情報を入力する。そして、位置ずれ量のうち無効
とされた位置補正方向成分をゼロにしたものを位置補正
量として出力する。例えば、図18(g) に示す検査パター
ンと図18(a) に示す設計パターンとの位置ずれ量が
（２，３）であったとする。図18(a) に示す設計パター
ンの場合、上述の通り、全ての位置補正方向が有効と判
定されているので、位置ずれ量（２，３）がそのまま位
置補正量として出力されることになる。また、図18(h)
に示す検査パターンと図18(b) に示す設計パターンとの
位置ずれ量が（１，３）であったとする。この場合は上
述の通り90°方向の位置補正方向が無効と判定されてい
るので、Ｙ方向成分の位置ずれ量を無視した（１，０）
が位置補正量として出力されることになる。また、図18
(i)に示す検査パターンと図18(c) に示す設計パターン
との位置ずれ量が（１，１）であったとする。この場合
は上述の通り、全ての位置補正方向が無効と判定されて
いるので、位置補正量（０，０）が出力されることにな
る。

【０１０５】位置合わせ回路(360) は、上記位置補正量
の分だけ検査パターンをシフトさせて設計パターンと位
置合わせする。欠陥検出回路(306) は、位置合わせされ
た検査パターンと設計パターンの対応する画素について
排他的論理和をとって不一致画素を検出し、欠陥か否か
を判別する。なお、上記実施例では、４方向について位
置ずれ情報量を算出していたが、これに限定されるもの
ではなく、さらに多方向について求めることによってよ
り高精度に位置合わせを行うことができる。

【０１０６】(D) 付記本発明の構成は上記各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。

【０１０７】例えば、上記各実施例では、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。また、上記各実施例では、検査パターンと比較
する参照画像として設計しように基づいて作成された設
計パターンを用いているが、マスク内またはマスク間の
別のチップパターンを撮像して得たパターンを参照画像
として用いても、当然同様の効果が得られる。

【０１０８】

【発明の効果】

(A) 第１の効果マスクの拡大投影像に現れた欠陥がパターン欠陥，付着
異物のいずれによるものかを判別精度、再現性よく検査
できる。

【０１０９】(B) 第２の効果マスクの撓みやマスク表面の段差があっても、マスクの
投影像の焦点を撮像面上に自動的かつ好適に結ばせるこ
とができ、正確なセンサパターンで検査することができ
る。したがって、マスクの大型化に伴うマスクの自重に
よる撓みや位相シフトマスクのように高段差のマスクに
ついても充分に対応でき、また、高ＮＡ（焦点深度の浅
い）のレンズを用いた場合には解像度の高い画像を撮像
するのに有利である。

【０１１０】(C) 第３の効果検査画像と参照画像の位置ずれ検出の感度が低い方向の
位置ずれ量は無視することによって、誤った位置合わせ
を行わないようにしている。かかる位置合わせ動作の
後、両画像の不一致画素を検出しているので、正確に欠
陥検査することができる。また、位置合わせのための演
算量が少なく計算時間が短くて済む。

【０１１０】(D) 総括要するに、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、マスクを高精度かつ高速に検査できる結
果、高品質のマスクを安定供給することができ、もって
ＬＳＩチップの製造歩留を著しく向上できるなど大きな
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】第１の実施例における第２の投光手段の具体的
構成を示す図である。

【図３】第１の実施例における第２の投光手段の具体的
構成を示す図である。

【図４】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５】第２の実施例における自動焦点合わせ手段の具
体的構成を示す図である。

【図６】線形補間による焦点位置算出方法を示す図であ
る。

【図７】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８】第３の実施例における画像位置合わせ回路の具
体的構成を示す図である。

【図９】(a) は上記画像位置合わせ回路内の第１の微分
２値化回路の具体的構成を示す図、(b) は３×３画素の
マトリックスで行われる微分処理をそれぞれ示す図であ
る。

【図10】従来のマスク検査装置の構成を示す図である。

【図11】従来の自動焦点合わせ手段の構成を示す図であ
る。

【図12】従来のパターン位置合わせに用いられる位置ず
れ検出回路系の具体的構成を示す図である。

【図13】(a) は露光用マスクの上面を、(b) は同図(a)
のＡ−Ａ断面を、(c) は同図(a) のＡ−Ａを走査線とし
た透過光強度分布のチャートを、(d) は同図(a) のＡ−
Ａを走査線とした反射光強度分布のチャートをそれぞれ
示す図である。

【図14】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15】(a) は図13(a) に示すマスクの透過光像を撮像
したときの第１の検査パターンを、(b) は同図(a) に対
応する設計パターンを、(c) は同図(a) に示す第１の検
査パターンと同図(b) に示す設計パターンとの排他的論
理和をとった第１の欠陥パターンをそれぞれ示す図であ
る。

【図16】(a) は図13(a) に示すマスクの反射光像を撮像
したときの第２の検査パターンを、(b) は同図(a) に対
応する設計パターンを、(c) は同図(a) に示す第２の検
査パターンと同図(b) に示す第２の設計パターンとの排
他的論理和をとった第２の欠陥パターンをそれぞれ示す
図である。

【図17】対物レンズ系を焦点合わせする場合の駆動制御
信号を示す図である。特に、(a) は応答速度が速い場合
の駆動制御信号を、(b) は応答速度が遅い場合の駆動制
御信号を、(c) は第３の実施例に係る自動焦点位置合わ
せ手段を用いた場合の駆動制御信号をそれぞれ示す図で
ある。

【図18】(a) は２方向パターンエッジを持つ検査領域の
一例を、(b) は１方向のパターンエッジを持つ検査領域
の一例を、(c) はパターンエッジを持たない検査領域の
一例を、(d) は同図(a) に示す検査領域の微分方向ヒス
トグラムを、(e) は同図(b) に示す検査領域の微分方向
ヒストグラムを、(f) は同図(c) に示す検査領域の微分
方向ヒストグラムを、(g) は同図(a) に示す検査領域と
位置合わせすべき検査パターンを、(h) は同図(b) に示
す検査領域と位置合わせすべき検査パターンを、(i) は
同図(c) に示す検査領域と位置合わせすべき検査パター
ンをそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

10…マスク、100 …マスク検査装置、110 …ステージ
部、121,131 …光源、122,132 …集光レンズ系、123,13
3 …干渉フィルタ、134 …遮光板、135 …半透鏡、141
…対物レンズ系、142 …ダイクロイックミラー、151,16
1 …結像レンズ系、152,162 …干渉フィルタ、153,163
…ラインセンサ、171,173 …Ａ／Ｄ変換回路、172,174
…第１，第２の画像メモリ、175 …設計パターン発生回
路、176,177 …第１，第２の検査回路、178 …欠陥判定
回路、201 …ステージ部、202 …光源、203 …撮像手
段、204 …欠陥検査回路、205 …自動焦点合わせ手段、
210 …焦点位置検出手段、211,213 …半透鏡、212 …集
光レンズ系、214 …第１のセンサ、215 …第２のセン
サ、216 …焦点位置検出回路、220 …焦点位置情報記憶
手段、230 …焦点位置補間量算出手段、240 …測定／追
従セレクタ、250 …レンズ駆動制御手段、260 …レンズ
駆動手段、301 …撮像手段、302 …Ａ／Ｄ変換回路、30
3 …画像メモリ、304 …設計パターン発正回路、305 …
画像位置合わせ回路、306 …欠陥検出回路、310 …第１
の微分２値化回路、311 …遅延要素、312 …フィルタ回
路、313 …微分値最大値検出回路、314 …閾値記憶回
路、315 …２値化比較回路、320 …第２の微分２値化回
路、330 …位置ずれ判定回路、340 …位置ずれ量算出回
路、350 …位置補正量推定回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年３月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【提出日】平成６年３月７日

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】マスク上の欠陥を検出した場合、通常その
欠陥の種類のいかんに因ってマスクの後処理の仕方は異
なる。すなわち、Ｃｒ膜や位相シフト膜のパターン形状
不良であれば修復できないのでマスクは使用不能として
廃棄処分されるが、一方、付着異物であればマスクを洗
浄して除去することによって再び使用可能となるからで
ある。しかるに、Ｃｒ膜も付着異物もともに遮光性を有
するので、マスクの透過光像を撮像して得た検査パター
ンと参照パターンとを単純に比較するのみでは、いずれ
の欠陥に因るかを識別することはできない。そこで、従
来は、まず上記マスク検査装置(1000)を用いてマスクの
透過光像を観察して、間接的に欠陥の有無を検出し、次
いで検出した欠陥の存在するマスク部位を光学顕微鏡な
どで拡大観察して、直接的にパターン形状不良か付着異
物かを判別していた。なお、パターン付基板上の付着異
物を検査する装置としては、例えば特開昭６３−３７２
４５号公報や特開平３−１０２２４８号公報、特開平３
−１０２２４９号公報などがある。これらは主に、異物
からの散乱反射（透過）光は偏光状態が変化するという
現象に着目してパターン欠陥か異物付着かを判別するも
のである。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】したがって、機械的に位置合わせするのみ
では不十分であり、取り込んだ画像同士、すなわち検査
パターンと参照パターンとの間で電気的に位置合わせす
る必要がある。特に、マスクの寸法歪や変形により局所
的に位置ずれを生じている場合は、例えばＭ画素×Ｎ走
査からなる検査領域ごと切り出して位置合わせし、欠陥
検査することが好ましい。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】

【課題を解決するための手段】 (A) 第１の手段本発明は上記課題を参酌してなされたものであり、マス
クの投影像を撮像して得た検査画像データと基準データ
との比較に基づいて欠陥の有無を検査するマスク検査装
置において、下記構成を具備することを特徴とするマス
ク検査装置を提供するものである。すなわち、 (1) 検査対象たるマスクを載置するステージ部 (2) 前記マスクの裏面側から第１の検査光を投射する第
１の投光手段 (3) 前記マスクの表面側から第２の検査光を投射する第
２の投光手段 (4) 前記マスクを透過した第１の検査光と前記マスクの
表面を反射した第２の検査光とを分離する光分離手段 (5) 前記光分離手段によって分離された第１の検査光の
投影像を撮像して第１の検査画像信号を出力する第１の
撮像手段 (6) 前記光分離手段によって分離された第２の検査光の
投影像を撮像して第２の検査画像信号を出力する第２の
撮像手段 (7) 前記第１の検査画像信号に基づいて前記マスクの欠
陥を検査する第１の検査手段 (8) 前記第２の検査画像信号に基づいて前記マスクの欠
陥を検査する第２の検査手段 (9) 前記第１及び第２の検査手段におけるそれぞれの検
査結果を比較して検出されたマスクの欠陥の種類を判定
する判定手段

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】(B) 第２の手段また、本発明は、マスクと検査光とを相対的に走査さ
せ、マスクの投影像を撮像して得た検査画像データと基
準データとの比較に基づいて欠陥の有無を検査するマス
ク検査装置において、下記構成を具備する自動焦点合わ
せ手段によって任意の走査点にてマスクの投影像を撮像
手段の撮像面上に結像させるように対物レンズ系の検査
光軸上の焦点位置を調整することを特徴とするマスク検
査装置を提供するものである。すなわち、 (1) マスク上の任意の走査点で焦点位置を検出する焦点
位置検出手段 (2) マスク上に設定された複数個の各測定点において前
記焦点位置検出手段によって検出された焦点位置を、当
該測定点の座標に対応する番地に記憶保持する焦点位置
情報記憶手段 (3) マスク上の任意の走査点における焦点位置の近似値
を、前記走査点近傍の測定点に該当する前記焦点位置情
報記憶手段に記憶された焦点位置に基づいて算出する焦
点位置補間量算出手段 (4) 前記焦点位置検出手段または前記焦点位置補間量算
出手段のいずれか一方の求めた焦点位置に基づいて前記
対物レンズ系の検査光軸方向の駆動を制御するレンズ駆
動制御手段 (5) 対物レンズ系を駆動させるレンズ駆動手段

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】(C) 第３の手段また、本発明は、マスクの投影像を撮像して得た検査画
像データと基準データとの比較に基づいて欠陥の有無を
検査するマスク検査装置において、前記検査画像データ
と前記基準データとをそれぞれ複数個の記憶要素に画像
信号として順次入力し、両者の排他的論理和を演算し計
数して位置補正する方向ごとに位置ずれ情報量を求め、
位置ずれ情報量が所定の閾値未満のときは該当する方向
の位置補正は行わず、位置ずれ情報量が所定の閾値以上
のときは該当する方向に位置ずれ量分だけ位置補正し
て、しかる後に前記検査画像データと前記基準データと
を比較して欠陥の有無を検査することを特徴とするマス
ク検査装置を提供するものである。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【作用】上述した本発明のそれぞれによって、以下の作
用を得ることができる。 (A) 第１の作用第１の検査光によるマスクの透過光像では、マスクの不
透明部及び付着異物の箇所で遮光されるため、これらが
暗く現れた像となっている。一方、第２の検査光による
マスクの反射光像では、散乱反射光を生ずるために、マ
スクのパターンエッジ部分やマスク表面の付着異物の箇
所が明るく現れた像となっているため、この画像はマス
クの設計データの画像の例えば微分画像と比較をするこ
とができる。そして、第１の検査光は短波長成分ゆえ、
光分離手段を直進して第１の撮像手段によって撮像さ
れ、第２の検査光は長波長成分ゆえ、光分離手段で反射
屈折して第２の撮像手段によって撮像される。各々の撮
像手段にて得られた各検査画像に基づいて、まず欠陥の
有無を検査し、次いで各々の検査結果を照合して検出さ
れた欠陥がマスクのパターン不良，付着異物のいずれに
よるものかを判別することができる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】第１，第２のＡ／Ｄ変換回路(171) ，(17
3) は、それぞれ第１，第２のアナログ画像信号を例え
ば画素ごとに２５６階調を有するデジタル画像信号にＡ
／Ｄ変換し、第１，第２の画像メモリ(172) ，(174) は
各々のデジタル画像信号を多値の２次元濃淡画像情報と
して記憶保持するようになっている。なお以下において
は、各画像メモリ(172) ，(174) に記憶された各２次元
濃淡画像情報をそれぞれ第１，第２の検査パターンとす
る。設計パターン発生回路(175) は、外部のまたは内蔵
されるメモリからマスクパターンの設計データを逐次読
み出して、設計仕様通りの、即ち欠陥のない理想的なマ
スクパターンの透過光像が実際に第１の撮像手段(150)
を通して得られるであろう（すなわち、光学系やライン
センサ(153) の感度特性・応答特性などに応じた、検査
パターンの各画素と１対１に対応する）２次元濃淡画像
を算出し、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。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】第１の検査回路(176) は、入力した画像を
画素ごとに順次記憶保持する記憶要素群（例えば、シフ
トレジスタ）と、他方から入力した画像を画素ごとに順
次記憶保持する記憶要素群と、各々の記憶要素群に保持
された対応する画素同士の比較（例えば減算や微分後の
減算など）をしてその結果を計数する演算回路とを備え
ており、第１の検査パターンを逐次入力する一方、これ
と同期的に設計パターンを読み出し、両パターン同士を
走査位置が一致する画素ごとに比較をし、多値で表され
た欠陥信号が現れた画像を第１の欠陥パターンとして記
憶保持するようになっている。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】第２の検査回路(177) は、第２の検査光に
よるマスクの反射光像から入力した画像（第２の検査パ
ターン）を記憶保持する記憶要素群と、入力した画像
（設計パターン）の各画素について周囲の前後±１画素
間での濃淡勾配をとった微分画像（第２の設計パター
ン）を求める回路と、この微分画像を記憶保持する複数
個の記憶要素群と、双方の記憶要素群に保持された両画
像を走査位置が一致する画素同士の比較（例えば減算や
微分後の減算など）をしてその結果を計数する演算回路
とを備えており、上記設計パターンの微分画像と上記第
２の検査パターンとを走査位置が一致する画素ごとに比
較をして、多値で表された欠陥信号が現れた画像を第２
の欠陥パターンとして記憶保持するようになっている。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】第１の検査回路(176) は、第１の画像メモ
リ(172) から第１の検査パターンを、設計パターン発生
回路(175) から設計パターンをそれぞれ入力して、両パ
ターンの走査位置が一致する画素同士の比較をする。し
かして、第１の検査パターンに欠陥が現れていない部分
は、設計パターン上の走査位置が対応する画素とは濃淡
度が一致するので、欠陥信号は“０”となる。他方、第
１の検査パターンに現れた欠陥は、設計パターン上の対
応する画素とは不一致となるため欠陥信号が検出され
る。例えば、上述の図15(a) 及び図15(b) について走査
位置が一致する画像信号同士の比較をすると、付着異物
ａ，ｂの箇所が両信号の不一致の度合いを示す欠陥信号
として検出される。そして、第１の検査回路(176) は、
この不一致部分が欠陥信号として表された２次元画像を
第１の欠陥パターン（図15(c) 参照）として記憶保持す
る。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】第２の検査回路(177) は、まず、設計パタ
ーン発生回路(175) から設計パターンを読み出して、そ
の各画素について周囲の前後±１画素間での濃淡勾配を
撮った微分画像を求める。しかして、濃淡度はパターン
の有無で変化するので、上記微分画像は欠陥のない理想
的なマスクのパターンエッジ部分のみを描き出したもの
と略同一の２次元濃淡画像（図16(b) 参照）となる。そ
して、第２の検査回路(177) は、この微分画像を第２の
設計パターンとして記憶保持しておく。次いで、第２の
画像メモリ(174) から第２の検査パターンを入力する。
この第２の検査パターン（第２の検査光によるマスクの
反射光像）は散乱反射光を生ずるために、マスクのパタ
ーンエッジ部分やマスク表面の付着異物の箇所が明るく
現れた像となっているため、この画像はマスクの設計デ
ータの画像の微分画像と比較をすることができる。よっ
て第２の検査パターンと第２の設計パターンとを走査位
置が一致する画素ごとに比較をする。しかして、第２の
検査パターンに欠陥が現れていない部分は、第２の設計
パターン上の走査位置が対応する画素とは濃淡度が一致
するので、欠陥信号は“０”となる。他方、第２の検査
パターンに現れた欠陥は、設計パターン上の対応する画
素とは不一致となるため欠陥信号が検出される。例え
ば、上述の図16(a) 及び図16(b) について走査位置が一
致する画像信号同士の比較をすると、付着異物ａ，ｃの
箇所が両信号の不一致部分として検出される。そして、
第２の検査回路(177) は、この不一致部分が欠陥信号と
して表された２次元画像を第２の欠陥パターン（図16
(c) 参照）として記憶保持する。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】なお、ここでは短波長成分の検査光で得た
マスク(10)の透過光像によって得られた第１の欠陥パタ
ーンと長波長成分の検査光で得たマスク(10)の反射光像
によって得られた第２の欠陥パターンとの双方の欠陥信
号を一定の閾値で分けて、閾値未満を“０”、閾値以上
を“１”として表すこととする。 (i) 第１の欠陥パターン及び第２の欠陥パターンの双
方で“１”として現れた欠陥は、Ｃｒ膜のパターン欠陥
またはマスク(10)表面の透明部分の付着異物である。 (ii) 第１の欠陥パターンでは“０”、第２の欠陥パタ
ーンでは“１”として現れた欠陥は、マスク(10)表面の
Ｃｒ膜上の付着異物である。 (iii) 第１の欠陥パターンでは“１”、第２の欠陥パタ
ーンでは“０”として現れた欠陥は、マスク(11)裏面の
透明部分の付着異物である。 (iV) 第１の欠陥パターン及び第２の欠陥パターンの双
方で“０”となる画素に対応するマスク(10)面には欠陥
はない。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】なお、上記実施例では短波長成分の検査光
でマスク(10)の透過光像を，長波長成分の検査光でマス
ク(10)の反射光像をそれぞれ観察するようにしたが、そ
の逆であっても同様に作用する。但し、Ｃｒ膜のパター
ン欠陥は他の欠陥に比し高い検査精度が要求されるこ
と、反射光よりも透過光の方がパターンエッジのより鮮
明な投影像を得られること、短波長成分の検査光の方が
解像度が高いことなどを勘案すれば、上記実施例の通り
短波長光で透過光像を，長波長光で反射光像を観察した
方がより大きな効果を得ることができる。また、検査パ
ターンとの比較には、設計仕様に基づいて作成された設
計パターンを用いているが、マスク内またはマスク間の
別のチップパターンを撮像して得たパターンを用いて比
較しても、当然同様の効果が得られる。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０７】例えば、上記各実施例では、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。また、検査パターンと比較する参照画像として
設計仕様に基づいて作成された設計パターンを用いてい
るが、マスク内またはマスク間の別のチップパターンを
撮像して得たパターンを参照画像として用いても、当然
同様の効果が得られる。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクの投影像を撮像して得た検査画像
を予め設定しておいた参照画像と比較して欠陥の有無を
検査するマスク検査装置において、下記構成を具備する
ことを特徴とするマスク検査装置。 (1) 検査対象たるマスクを載置するステージ部 (2) 前記マスクの裏面側から第１の検査光を投射する第
１の投光手段 (3) 前記マスクの表面側から第２の検査光を投射する第
２の投光手段 (4) 前記マスクを透過した第１の検査光と前記マスクの
表面を反射した第２の検査光とを分離する光分離手段 (5) 前記光分離手段によって分離された第１の検査光の
投影像を撮像して第１の検査画像信号を出力する第１の
撮像手段 (6) 前記光分離手段によって分離された第２の検査光の
投影像を撮像して第２の検査画像信号を出力する第２の
撮像手段 (7) 前記第１の検査画像信号に基づいて前記マスクの欠
陥を検査する第１の検査手段 (8) 前記第２の検査画像信号に基づいて前記マスクの欠
陥を検査する第２の検査手段 (9) 前記第１及び第２の検査手段におけるそれぞれの検
査結果を比較して検出されたマスクの欠陥の種類を判定
する判定手段
【請求項２】マスクを走査させながら検査光を照射
し、前記マスクの透過光または反射光を対物レンズ系で
撮像手段の撮像面上に結像させて、前記マスクの投影像
を撮像手段にて撮像して、撮像画像に基づいて欠陥の有
無を検査するマスク検査装置において、下記構成を具備
する自動焦点合わせ手段によって任意の走査点において
マスクの投影像を前記撮像面上に結像させるように対物
レンズ系の検査光軸上の位置（以下、この位置を焦点位
置とする。）を調整することを特徴とするマスク検査装
置。 (1) マスク上の任意の走査点で焦点位置を検出する焦点
位置検出手段 (2) マスク上に設定された複数個の各測定点において前
記焦点位置検出手段によって検出された焦点位置を、当
該測定点の座標に対応する番地に記憶保持する焦点位置
情報記憶手段 (3) マスク上の任意の走査点における焦点位置の近似値
を、前記走査点近傍の測定点に該当する前記焦点位置情
報記憶手段に記憶された焦点位置に基づいて算出する焦
点位置補間量算出手段 (4) 前記焦点位置検出手段または前記焦点位置補間量算
出手段のいずれか一方の求めた焦点位置に基づいて前記
対物レンズ系の検査光軸方向の駆動を制御するレンズ駆
動制御手段 (5) 対物レンズ系を駆動させるレンズ駆動手段
【請求項３】マスクの投影像を撮像して得た検査画像
を予め設定して前記おいた参照画像と比較して欠陥の有
無を検査するマスク検査装置において、前記検査画像と
前記参照画像とをそれぞれ複数個の記憶要素に画像信号
として順次入力し、両者の排他的論理和を演算し計数し
て位置補正する方向ごとに位置ずれ情報量を求め、位置
ずれ情報量が所定の閾値未満のときは該当する方向の位
置補正は行わず、位置ずれ情報量が所定の閾値以上のと
きは該当する方向に位置ずれ量分だけ位置補正して、し
かる後に前記検査画像と前記参照画像とを比較して欠陥
の有無を検査することを特徴とするマスク検査装置。