JPH08137093A

JPH08137093A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH08137093A
Application number: JP22650995A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Yamashita; 恭司山下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】特殊な光学系を用いることなく、高速にかつ
高い信頼性をもって、マスク上の異物検出を行うことの
できる欠陥検査装置を提供すること。【解決手段】露光に供されるパターンが形成されたマ
スク上の欠陥を検査する欠陥検査装置において、マスク
１の透過像及び反射像をそれぞれ受光して第１及び第２
の画像信号を得る光電変換素子１４ａ，１４ｂと、第１
及び第２の画像信号をそれぞれ記憶する画像メモリ１６
ａ，１６ｂと、予め異物の無いマスクに対する第１及び
第２の画像信号の２次元ヒストグラムを作成し、この２
次元ヒストグラムを２値化して頻度１以上を表わすビッ
トパターンを登録するメモリ１９と、被検査マスクに対
する第１及び第２の画像信号の対応する画素を２次元座
標で表わしたデータが全ての画素でビットパターンに登
録されているか否かをもって異物の有無を判定するデー
タ変換部１８とを具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路パ
ターンが形成されたフォトマスクやレチクル等のマスク
上の欠陥検査、特に異物検出や欠陥の分類などに用いら
れる欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フォトマスク上のパターン欠陥や
異物等の欠陥を検査するために、光学的手法を利用した
各種の欠陥検査装置が提案されている。特に、異物を検
出する装置としては、斜入射光学系や偏光を利用したも
のが知られている。しかし、この種の装置では、特殊な
光学系が必要であり、光学調整も複雑であった。また、
フォトマスク上の回路パターンと異物の区別が困難であ
った。

【０００３】一方、フォトマスクの欠陥検査において
は、フォトマスクと設計データを比較してパターン欠陥
や異物等の欠陥を自動検出している。この検査におい
て、後工程でパターン欠陥を修正するのか異物を洗浄す
るのかを決めるために、自動検査によって検出されたも
のがパターン欠陥か異物かを判定することは重要であ
る。しかし、この判定はオペレータの目視に頼ってお
り、客観的な判定基準が得られにくい点やオペレータに
長時間の苦痛を与える問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の欠
陥検査装置においては、異物の検出に特殊な光学系が必
要であり、またフォトマスク上の欠陥がパターン欠陥で
あるのか異物であるのかを自動的に区別することは困難
であった。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、特殊な光学系を用いる
ことなく、高速にかつ高い信頼性をもって、マスク上の
パターン欠陥と異物の判定を行うことのできる欠陥検査
装置を提供することにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、自動検査によ
りパターン欠陥や異物等の欠陥の検出を行うことがで
き、かつ欠陥の種類を自動的に分類することのできる欠
陥検査装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（概要）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち、本発明（請求項１）は、
露光に供されるパターンが形成されたマスク上の欠陥を
検査する欠陥検査装置において、マスクに透過照明を施
し該マスクの透過像を光電変換素子により受光して第１
の画像信号を得る手段と、マスクに反射照明を施し該マ
スクの反射像を光電変換素子により受光して第２の画像
信号を得る手段と、第１及び第２の画像信号をそれぞれ
第１及び第２の画像メモリに記憶する手段と、予め異物
の無いマスクに対する第１及び第２の画像信号の対応す
る画素の２次元ヒストグラム（画素を２次元座標で表わ
したデータの度数分布を示す）を作成し、この２次元ヒ
ストグラムを２値化して頻度０（又は頻度１以上）を表
わすビットパターンを登録しておく手段と、被検査マス
クに対する第１及び第２の画像信号の対応する画素を２
次元座標で表わしたデータが、全ての画素で、ビットパ
ターンに登録されているか否かをもって異物の有無を判
定する手段とを具備してなることを特徴とする。

【０００８】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 予めヒストグラムにおける透過画像信号レベルの最
小値Ｔmin と最大値Ｔmax 及び反射画像信号レベルの最
小値Ｒmin と最大値Ｒmax を求めておき、被検査マスク
における第１の画像信号レベルの最小値Ｘmin と最大値
Ｘmax 及び第２の画像信号レベルの最小値Ｙmin と最大
値Ｙmax を求め、透過画像信号Ｘと反射画像信号Ｙに対
して下記の (1)式及び (2)式に基づき光量補正された
Ｔ，Ｒを用いること。

【０００９】Ｔ＝{(Ｔmax-Ｔmin)/(Ｘmax-Ｘmin)}(Ｘ−Ｘmin)＋Ｔmin … (1) Ｒ＝{(Ｒmax-Ｒmin)/(Ｙmax-Ｙmin)}(Ｙ−Ｙmin)＋Ｒmin … (2) (2) ２次元ヒストグラムを２値化して反転したビットパ
ターンを登録すること。 (3) 透過像として明視野透過像を、反射像として明視野
反射像を用いること。 (4) 予め異物の存在しないフォトマスクにおいて作成し
たビットパターンをｎを正の整数としてｎビット縮小し
て登録すること。 (5) 予め異物の存在しないフォトマスクにおいて作成し
た複数のビットパターンの積集合を登録すること。 (6) ビットパターンの異なる２つの点において各々の透
過画像信号レベルと反射画像信号レベルを入力しビット
パターンを線形変換すること。 (7) 第１と第２の画像のＸ，Ｙ方向の位置ずれを補正す
る手段を有すること。 (8) 第１と第２の画像のＸ，Ｙ方向の位置ずれを補正す
る手段として、ビットパターンの面積が最小となるよう
に位置ずれの補正を行うこと。 (9) ビットパターンの一部分を０になるようにマスクし
たビットパターンを用いることによって、特定の異物の
みの検出もできるようにすること。 (10)検出された異物の個数，面積を測定する手段を有す
ること。 (11)検出された異物のうち面積がしきい値以下のものに
ついては、これを許容できるものとして無視すること。 (12)異物の有無の判定結果に応じて、異物の分布を表示
する手段を設けること。 (13)異物の表示を、透過画像と反射画像と合わせて疑似
カラー表示すること。 (14)２次元ヒストグラムを作成する手段において、第１
及び第２の画像信号からＸ，Ｙ方向の位置ずれを補正し
た後、２次元ヒストグラムを作成すること。

【００１０】また、本発明（請求項３）は、露光に供さ
れるパターンが形成されたマスク上の欠陥を検査する欠
陥検査装置において、マスクに対して明視野反射照明に
よる反射画像を得る手段と、マスクに対して明視野透過
照明による透過画像を得る手段と、反射画像と透過画像
の対応する画素の灰色度をｘ，ｙとし、ｎ＋１個のｆ_i
(x) ≦ｆ_i+1 (x) なる関係を有する関数をｆ₀ (x) ，ｆ
₁ (x) ，…，ｆ_n (x)として、数式ｆ_i (x) ＜ｙ＜ｆ_i+1 (x) ，ｉ＝０〜ｎ−１で表わされるｎ個のカテゴリーに前記画素を分類する手
段とを具備してなることを特徴とする。

【００１１】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) カテゴリーが、異物，パターン欠陥，異物やパター
ン欠陥のない画像パターン，さらにデフォーカスを表わ
すこと。 (2) 透過画像と画像を分類する前に、透過画像と反射画
像の位置合わせを行うこと。 (3) 透過画像と反射画像を分類する前に、透過画像と反
射画像の灰色度の光量補正を行うこと。 (4) ｎ個のカテゴリーのうち、異物やパターン欠陥のな
い回路パターンを表わしているカテゴリーを有するこ
と。 (5) 異物やパターン欠陥のない回路パターンを表わして
いるカテゴリーがｆ_k (x) ＜ｙ＜ｆ_k+1 (x) で表わされ
ているとして、ｆ_k-1 (x) とｆ_k (x) が少なくとも２点
で接すること。

【００１２】また、本発明（請求項５）は、露光に供さ
れるパターンが形成されたマスク上の欠陥を検査する欠
陥検査装置において、前記マスクに透過照明を施し該マ
スクの透過画像を得る手段と、前記マスクに反射照明を
施し該マスクの反射画像を得る手段と、前記透過画像の
空間微分を行う手段と、前記反射画像の暗部を抽出する
手段と、前記反射画像の前記抽出された暗部以外におい
て０になるようにマスキングされた前記透過画像の空間
微分値を求める手段と、この手段により求められた前記
空間微分値の大きさをもって異物の判定を行う手段とを
具備してなることを特徴とする。

【００１３】また、本発明（請求項６）は、露光に供さ
れるパターンが形成されたマスク上の欠陥を検査する欠
陥検査装置において、前記マスクに透過照明を施し該マ
スクの透過画像を得る手段と、前記マスクに反射照明を
施し該マスクの反射画像を得る手段と、前記反射画像の
空間微分を行う手段と、前記透過画像の暗部を抽出する
手段と、前記透過画像の前記抽出された暗部以外におい
て０になるようにマスキングされた前記反射画像の空間
微分値を求める手段と、この手段により求められた前記
空間微分値の大きさをもって異物の判定を行う手段とを
具備してなることを特徴とする。

【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 請求項５と請求項６とを組み合わせること。 (2) 透過画像と反射画像のｘ、ｙ方向の位置ずれを補正
する手段を有すること。 (3) 反射画像の暗部を抽出する手段として、反射画像に
対してヒストグラムを作成し、透過部と遮光部に対応す
る２つのピークＬ１，Ｌ２を検出し、透過部の濃淡値で
あるＬ１以下の濃淡値を持つ領域を暗部とすること。（作用）本発明（請求項１）によれば、透過照明による
透過像から得られた第１の画像信号と、反射照明による
反射像から得られた第２の画像信号を基に、２次元ヒス
トグラムを作成し、度数０を持つものを１、それ以外を
０とするビットパターンに登録しておき、被検査マスク
における第１及び第２の画像信号をビットパターンと比
較することにより、被検査マスクの欠陥の有無を検出で
きると共に、検出された欠陥が異物によるものか否かを
自動判別することができる。そしてこの場合、斜入射光
学系や偏光を利用するものと異なり、通常の光学顕微鏡
を用いて第１及び第２の画像信号を得ることができる。
従って、特殊な光学系を用いることなく、高速にかつ高
い信頼性をもってマスク上の異物の判定を行うことが可
能となる。

【００１５】また、本発明（請求項３）によれば、異
物，パターン欠陥，異物やパターン欠陥のない画像パタ
ーン，さらにデフォーカス等により、反射画像と透過画
像の対応する画素の灰色度ｘ，ｙが異なることを利用
し、それぞれの灰色度に応じて複数のカテゴリー（ｆ_i
(x) ＜ｙ＜ｆ_i+1 (x) ，ｉ＝０〜ｎ−１）を設定してお
くことにより、被検査マスクの灰色度から該マスクがど
のカテゴリーに属するかを判別することができる。被検
査マスクの灰色度は、被検査マスクの反射画像と透過画
像を得て、これらの対応する画素から自動的に得ること
ができる。従って、自動検査によりパターン欠陥や異物
等の欠陥の検出を行うことができ、かつ欠陥の種類を自
動的に分類することが可能となる。

【００１６】また、本発明（請求項５）によれば、反射
画像の暗部以外をマスキングすることにより、反射画像
の暗部に相当する透過画像の空間微分値のみが求められ
る。反射画像の暗部に相当する部分とは透過画像におい
て明るい領域（ガラス基板上にクロムパターンを形成し
たマスクでは、パターンが形成されていないガラス部
分）であり、この領域の空間微分値を求めることによ
り、透過画像の明るい領域における異物を検出すること
が可能となる。空間微分値は明暗の境界で大きくなり、
明暗の境界はパターンの境界や異物の存在により生じ
る。本発明では、パターンの境界はマスクすることがで
きるので、透過画像の明るい領域における異物のみを検
出することが可能となる。

【００１７】また、本発明（請求項６）によれば、透過
画像の暗部以外をマスキングすることにより、透過画像
の暗部に相当する反射画像の空間微分値のみが求められ
る。透過画像の暗部に相当する部分とは反射画像におい
て明るい領域（ガラス基板上にクロムパターンを形成し
たマスクでは、クロム部分）であり、この領域の空間微
分値を求めることにより、反射画像の明るい領域におけ
る異物を検出することが可能となる。空間微分値は明暗
の境界で大きくなり、明暗の境界はパターンの境界や異
物の存在により生じる。本発明では、パターンの境界は
マスクすることができるので、反射画像の明るい領域に
おける異物のみを検出することが可能となる。

【００１８】より具体的にはフォトマスクは、石英ガラ
ス基板上のクロム膜のパターンによって遮光部とガラス
部を形成している。そのため透過画像では、ガラスが明
るく見え遮光部が暗く見える。逆に反射画像では、ガラ
スは暗く遮光部は明るく見える。つまり、透過画像と反
射画像は白黒反転して見えるので、透過画像信号と反射
画像信号は負の相関を持つ。これに対し異物がある場合
は、透過画像も反射画像も暗い分布を示すので、回路パ
ターンとの相違を検出できれば、フォトマスク上の異物
と回路パターンの分別ができる。また本発明は、クロム
マスクに限られるものではなく、位相シフトマスクにも
適用可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。まず、実施形態を説明する前に、本
発明（請求項１）の基本原理について説明する。なお本
発明は、透過照明及び反射照明の光学顕微鏡も明視野に
限られるものではなく、暗視野であっても適用できる
が、以下の説明では明視野について述べていく。また本
発明は、クロムマスクに限られるものではなく、位相シ
フトマスクにも適用可能であるが、以下ではクロムマス
クについて述べる。

【００２０】フォトマスクは、石英ガラス基板上のクロ
ム膜の有り無しによって不透明部と透明部を形成してい
る。そのため、透過画像では図３（ａ）に示すように透
明部が明るく見え、不透明部が暗く見える。逆に、反射
画像では図３（ｂ）に示すように、透明部は暗く不透明
部が明るく見える。つまり、透過画像と反射画像は白黒
反転して見えるので、異物が存在しない時は透過画像信
号と反射画像信号は負の相関を持つ。実際には、透過画
像と反射画像の位置ずれ、照明の揺らぎ、反射率や透過
率のばらつき、回路パターンのエッジ像プロファイルの
違いなどにより図３（ｃ）に示すように広がった分布を
示すことが多い。

【００２１】なお、図３（ａ）（ｂ）において、透過画
像と反射画像で斜線部は暗い部分を示し、斜線部のない
部分は明るい部分を示す。図３（ｃ）の２次元ヒストグ
ラムは縦軸の透過画像信号と、横軸の反射画像信号の相
関を表わしているといえる。また、図３（ｄ）のビット
マップはこの２次元ヒストグラムをしきい値０で２値化
して反転したもので、例えば透過と反射の２次元ヒスト
グラムにおいて頻度０の時は１を、それ以外は０を値と
している。

【００２２】これに対し異物がある場合は、例えば図４
（ａ）〜（ｄ）のように図３（ａ）〜（ｄ）とは異なる
分布を示すので、この違いを抽出できればフォトマスク
上の異物と回路パターンの分別ができる。そのため、予
め異物のない回路パターンで透過画像信号と反射画像信
号の相関の有無を表わす２次元ヒストグラムを２値化し
て反転したビットパターンをテーブルに記憶しておき、
取り込んだ透過画像と反射画像の対に対してこのテーブ
ルを参照することにより、異物と回路パターンを区別す
ることが可能となる。また、テーブルを参照する処理は
データ変換で実現できて高速であり、リアルタイム処理
が可能となる。

【００２３】以下、このような原理に基づく本発明の実
施形態を説明する。（実施形態１）図１は、本発明の第１の実施形態に係わ
る欠陥検査装置を示す概略構成図である。フォトマスク
１は透過照明系１１ａと反射照明系１１ｂによってそれ
ぞれ下方と上方から交互に照明される。フォトマスク１
上の２は回路パターン、３は異物を示している。

【００２４】反射照明系１１ｂからの光は、ハーフミラ
ー１３で反射されてフォトマスク１に照射される。フォ
トマスク１の透過像と反射像は光学顕微鏡１２によって
拡大され、ハーフミラーを透過して光電変換素子１４上
に結像される。光電変換素子１４で得られた画像信号
は、Ａ／Ｄ変換器１５によりＡ／Ｄ変換され、画像メモ
リ１６ａ，１６ｂのいずれかに供給される。

【００２５】照明切替え部１７は、照明の切替えをする
と同時に光電変換素子１４の出力のＡ／Ｄ変換器１５か
らの画像信号を、第１の画像メモリ１６ａ又は第２の画
像メモリ１６ｂへ書き込むことも制御する。画像メモリ
１６ａ，１６ｂに格納された画像データは、データ変換
部１８に供給され、予めメモリ１９に登録された２次元
ヒストグラムのビットパターンと比較される。そして、
その比較結果が表示部２０に表示されるものとなってい
る。

【００２６】ここで、異物の判定は透過画像信号と反射
画像信号の２次元ヒストグラムに登録されているか否か
を判定するデータ変換部１８によって、予め登録された
テーブルに基づき透過画像と反射画像を異物分布パター
ンに変換する。これを実行するデータ変換部１８は、予
め透過画像８ビット，反射画像８ビットの合わせて１６
ビットアドレスのテーブル（65536 エントリー）に前記
ビットマップを登録しておいて、画像の全ての画素にお
いてその透過画像信号値と反射画像信号値を入力して、
異物か否かを判定する。また、２次元ヒストグラムから
作成したビットパターンの一部をマスクしたビットパタ
ーンを用いることによって特定の種類の異物のみを抽出
することも考えられる。

【００２７】より具体的には、予め異物のないフォトマ
スクを用いて、透過画像信号及び反射画像信号をそれぞ
れメモリ１６ａ，１６ｂに格納し、各メモリ１６ａ，１
６ｂの記憶情報からデータ変換部１８により、前記図３
（ｃ）に示す透過画像信号と反射画像信号のヒストグラ
ムを作成し、さらに図３（ｄ）に示すようにこのヒスト
グラムを２値化して反転したビットパターンをメモリ１
９に登録しておく。

【００２８】そして、検査すべきフォトマスクを用い
て、透過画像信号及び反射画像信号をそれぞれメモリ１
６ａ，１６ｂに格納し、各々のメモリ１６ａ，１６ｂに
格納された画像信号の対応する画素を２次元座標で表わ
したデータが全ての画素でビットパターンに登録されて
いるか否かをもって異物の有無を判定する。

【００２９】異物の有無の判定結果は、異物表示部２０
によって透過画像，反射画像と合わせて前記異物分布パ
ターンが表示される。ここで、前記異物分布パターンを
赤で、前記透過画像を緑で、前記反射画像を青で疑似カ
ラー表示することも考えられる。また、前記データ変換
により２値で表わされた異物分布パターンから、異物の
個数と面積を求めることもできる。さらに検出された異
物のうち、面積がしきい値以下のものについてはこれを
許容できるものとして無視することも可能である。これ
は、画像処理の一般的な手法で容易に実現できる。

【００３０】このように本実施形態では、通常の光学顕
微鏡を用いて、異物と回路パターンを高い信頼性で分別
することができる。しかも、リアルタイムの処理が可能
となり、実用的には大いに有用である。また、本実施形
態では同時に透過画像と反射画像を入力していないの
で、テーブルの揺らぎなどによって透過画像と反射画像
の位置ずれが生じる恐れがある反面、光学顕微鏡１３や
光電変換素子１４を１つで済ますことができ、２つの顕
微鏡の倍率誤差，光電変換素子の固体差などが生じない
利点を持つ。（実施形態２）図２は、本発明の第２の実施形態に係わ
る欠陥検査装置を示す概略構成図である。なお、図１と
同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略
する。

【００３１】本実施形態では、フォトマスク１は１つの
照明系１１のみによって照明され、フォトマスク上方の
光学顕微鏡１２ｂと光電変換素子１４ｂによって反射像
が、またフォトマスク下方の光学顕微鏡１２ａと光電変
換素子１４ａによって透過像が同時に得られる。画像デ
ータの処理は第１の実施形態と同じである。

【００３２】このような構成であっても、先の第１の実
施形態と同様に異物の有無を判定することができる。さ
らに本実施形態では、透過画像と反射画像とを同時に得
るので、テーブルの揺らぎなどによって透過画像と反射
画像の位置ずれが生じる恐れがない。

【００３３】次に、２次元ヒストグラムの作成方法につ
いて説明しておく。図５に第１の２次元ヒストグラム作
成法を示す。図５（ａ）のように異物の存在しない領域
で透過信号と反射信号の相関の有無を表わす２次元ヒス
トグラムを作成しても、サンプリングの偏りのため穴や
エッジの凹凸が生じたときや照明光量のふらつきが生じ
たときに、異物検出の誤報となる恐れがある。このよう
な場合には図５（ｂ）に示すように、ｎを正の整数とし
てビットパターンをｎビット縮小して誤報をなくすこと
ができる。これは、異物判定の基準を緩くすることにつ
ながるが、一般に異物による分布は上記のビットパター
ンで表わされる分布とは大きく異なるので殆ど問題とな
らない。

【００３４】また、図６（ａ）（ｂ）に示すように、２
次元ヒストグラムは１つの領域のみから作成するのでは
なく、複数の領域の２次元ヒストグラムＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
の積集合として作成することにより誤報をなくすことも
できる。この場合、少ないデータ数から各々のヒストグ
ラムを作成し、これらを加算処理すればよいので、ヒス
トグラムの作成に要するデータ処理の負担が軽くなる。

【００３５】また、第１と第２の画像のＸ，Ｙ方向の位
置ずれを補正した後に第１及び第２の画像メモリが同時
に読み出され、異物か否かが判定される。また、２次元
ヒストグラムを作成する際にも、透過画像と反射画像の
Ｘ，Ｙ方向の位置ずれを補正して、透過画像と反射画像
の位置ずれのない状態で行う必要がある。その一方法と
して、透過画像と反射画像を平行移動してビットパター
ンの面積が最小となる位置を用いる。

【００３６】次に、照明光量の第１の補正方法を示す。
これは、２次元ヒストグラムを線形変換するものであ
る。図７に照明光量補正の原理を示す。図７（ａ）のよ
うな２次元ヒストグラムが透過及び反射照明の光量の変
動により図７（ｂ）のように変化したとする。新たに２
次元ヒストグラムを上で述べたように作成してもよい
が、図７（ａ）の透過画像信号と反射画像信号を（ｘ，
ｙ）；図７（ｂ）のそれを（ｕ，ｖ）とすると、線形変
換ｕ＝ａｘ＋ｂ，ｖ＝ｃｙ＋ｄと表わせ、４自由度であ
るから異なる２点のデータからａ，ｂ，ｃ，ｄを決める
ことができる。例えば、図７（ａ）のＡ：クロム領域，
Ｂ：ガラス領域と、図７（ｂ）のＡ′，Ｂ′の対応から
これを行い、図７（ａ）の２次元ヒストグラムをアフィ
ン変換して図７（ｂ）の２次元ヒストグラムを作成する
ことができる。

【００３７】次に、照明光量の第２の補正方法を示す。
これは、２次元ヒストグラムを変えないで、画像信号レ
ベルを線形変換するものである。まず、ヒストグラムを
作成するとき、透過画像信号レベルＴmin ，Ｔmax 、反
射画像信号レベルＲmin ，Ｒmax を記憶しておく。異物
検出すべき透過画像からＸmin ，Ｘmax 、反射画像から
Ｙmin ，Ｙmax を求める。透過画像信号Ｘと反射画像信
号Ｙを下記の (1)式と(2)式に基づきゲインとオフセッ
ト補正を行い、光量補正されたＴ，Ｒを得ることができ
る。

【００３８】Ｔ＝{(Ｔmax-Ｔmin)/(Ｘmax-Ｘmim)}(Ｘ−Ｘmin)＋Ｔmin … (1) Ｒ＝{(Ｒmax-Ｒmin)/(Ｙmax-Ｙmim)}(Ｙ−Ｙmin)＋Ｒmin … (2) なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。

【００３９】次に、本発明（請求項３）の基本原理につ
いて説明する。図１１（ａ）にクロムマスクの欠陥分類
法を示す。反射画像と透過画像の対応する画素の灰色度
をｘ，ｙとしてｙ＝ｆ₀ (x) ，ｙ＝ｆ₁ (x) ，ｙ＝ｆ₂
(x) ，ｙ＝ｆ₃ (x) ，ｙ＝ｆ₄ (x) の５つの関数を考え
る。ここで、ｆ₀ (x) ＝０，ｆ₄ (x) ＝２５５であり、
ｆ₀ (x) ＜ｙ＜ｆ₁ (x) が異物を表わすカテゴリー、ｆ
₁ (x) ＜ｙ＜ｆ₂ (x)がパターン欠陥を表わすカテゴリ
ー、ｆ₂ (x) ＜ｙ＜ｆ₃ (x) は異物やパターン欠陥のな
い回路パターンを表わすカテゴリー、ｆ₃ (x) ＜ｙ＜ｆ
₄ (x) はデフォーカスなどを表わすカテゴリーである。
ｆ₁ (x) ，ｆ₂ (x) は異なる２点で接している。同様
に、図１１（ｂ）に位相シフトマスクのパターン欠陥分
類方法を示す。

【００４０】次に、パターン欠陥のある場合のｘ，ｙ分
布について述べる。図１２にクロムマスクと位相シフト
マスクにピンスポット状（膜残り）のパターン欠陥サイ
ズを４，８，１６，３２×λ／（８ＮＡ）と変えて表示
している。λは光の波長、ＮＡは対物レンズの開口数で
ある。ｆ₂ (x) ＜ｙ＜ｆ₃ (x) を異物やパターン欠陥の
ないカテゴリーとしたとき、パターン欠陥はｆ₁ (x) ＜
ｙ＜ｆ₂ (x) の領域にあり、ｆ₁ (x) ，ｆ₂ (x) は接し
ていることが分かる。

【００４１】最後に、デフォーカスのある場合のｘ，ｙ
分布について述べる。図１３にデフォーカスを０．０，
０．３，０．５×λ／｛４（ＮＡ）² ｝と大きくした変
化を示している。デフォーカスがある場合は、ｆ₂ (x)
＜ｙ＜ｆ₃ (x) にあることが分かる。従って、上記のよ
うな構成で、Ａ：異物あり、Ｂ：パターン欠陥あり、
Ｃ：異物もパターン欠陥もない、Ｄ：デフォーカスのカ
テゴリーに分類することができる。

【００４２】以下、上記の原理に基づく本発明の実施形
態を説明する。（実施形態３）図８は、本発明の第３の実施形態に係わ
る欠陥検査装置の基本構成を示すブロック図である。透
過画像入力部３１ａ及び反射画像入力部３１ｂから反射
画像と透過画像を入力して、画像メモリ３２ａ，３２ｂ
にそれぞれ書き込んだ後、反射画像と透過画像の対応す
る画素の灰色度を読み出し、ルックアップテーブル（Ｌ
ＵＴ）３３を用いて分類を行い、結果を分類結果メモリ
３４に出力する。なお、画像入力部３１ａ，３１ｂは、
第１及び第２の実施形態で説明した照明系１１，光電顕
微鏡１２及び光電変換素子１４等からなるものである。
また、ＬＵＴ３３は反射画像と透過画像の対応する画素
の灰色度ｘ，ｙを入力して、前述したＡ〜Ｄのカテゴリ
ーを、例えば０，１，２，３とコード化した値を出力す
るものである。

【００４３】また、反射画像と透過画像は、フォトマス
クを固定しているステージの振動等により、位置がずれ
ることが考えられる。そこで、図９では、ＬＵＴ３３の
前に反射画像と透過画像を位置合わせする位置合わせ部
３５が追加されている。

【００４４】また、照明光の時間的な揺らぎ、透過率や
反射率のばらつき等によりフォトマスクの反射画像や透
過画像の灰色度ｘ，ｙは変化することが考えられる。そ
こで、前記の (1)式や (2)式に示すようにｘ，ｙをＲ，
Ｔに光量補正することにより、光量の変化の影響を受け
ない信頼性の高い分類が可能となる。なお、(1)(2)式で
はｘ，ｙをＸ，Ｙとして示している。また、Ｒmax ，Ｒ
min はＬＵＴ作成時の反射画像の灰色度のダイナミック
レンジであり、Ｙmax ，Ｙmin は分類処理すべき反射画
像の灰色度のダイナミックレンジである。Ｔmax ，Ｔmi
n はＬＵＴ作成時の透過画像の灰色度のダイナミックレ
ンジであり、Ｘmax ，Ｘmin は分類処理すべき透過画像
の灰色度のダイナミックレンジである。そこで図１０で
は、ＬＵＴ３３の前に反射画像と透過画像の光量補正す
る光量補正部３６ａ，３６ｂが追加されている。

【００４５】図１１（ａ）に、クロムマスクを例として
欠陥分類方法を示す。画像の階調を８ビットと仮定する
と、画素の灰色度は０〜２５５の範囲である。実際にｆ
₂ (x) ，ｆ₃ (x) は異物やパターン欠陥のない回路パタ
ーンの透過画像と反射画像を入力して、対応する画素の
灰色度ｘ，ｙをｘ−ｙ平面にプロットして求めることが
できる。ｆ₁ (x) はパターン欠陥のある回路パターンの
透過画像と反射画像を入力して求めることができるし、
またｆ₂ (x) から便宜的に求めることもできるが、ｆ₁
(x) ，ｆ₂ (x) は異なる２点で接するようにする。

【００４６】そして、被検査マスクに対して透過照明及
び反射照明を施し、透過画像と反射画像を得て、これら
の灰色度ｘ，ｙを求めることにより、被検査マスクがＡ
〜Ｂのいずれの分類に属するかを判定することができ
る。また、図１１（ｂ）に位相シフトマスクの例を示す
が、この場合もクロムマスクの場合と同様にして欠陥分
類を行うことができる。

【００４７】このように本実施形態では、オペレータの
目視によらず、欠陥の分類を自動的に行うことができ、
しかもリアルタイムの処理が可能となり、実用的には大
いに有用である。

【００４８】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。（実施形態４）次に、本発明（請求項５，６）の実施形
態について説明する。本発明の特徴としては、ガラス基
板上の異物と遮光膜上の異物とを分離して検出すること
ができることである。

【００４９】図１４にガラス面上の異物の検出を行う処
理の流れを示し、図１５に遮光膜面上の異物の検出を行
う処理の流れを示す。ここでは、図１４を参照してガラ
ス面上の異物の検出を行う方法について説明する。

【００５０】まず、照明光学系を透過と反射で切り替
え、フォトマスクの透過画像と反射画像とをテレビカメ
ラ等により入力し、画像メモリに記憶する（Ｓ１）。次
いで、透過画像と反射画像の画像処理にて位置合わせを
行う（Ｓ２）。次いで、反射画像の暗部を抽出するため
に、反射画像に対し図１６の（ａ）に示すようにヒスト
グラムを作成し（Ｓ３）、ガラスと遮光膜に対応する２
つのピークＬ₁ 、Ｌ₂ （Ｌ₁ ＜Ｌ₂ ）を検出し、ガラス
の濃淡値であるＬ₁ 以下の濃淡値を持つ領域を暗部とす
る。そして、この暗部以外をマスキングするためのマス
ク画像を生成する（Ｓ４）。

【００５１】ヒストグラムをとるこの方法によって照明
量の変動、フォトマスクの透過率や反射率のばらつきな
どによらず、異物の検出が可能となる。この場合、暗部
と明部との境界で誤検出を防止するために、暗部を図１
７に示すように図形収縮することも有効である。このよ
うな図形収縮の具体的方法としては、例えば文献（画像
解析ハンドブック（東京大学出版会）2.2.5 ）を採用す
ればよい。

【００５２】また、位相シフトマスクでは遮光膜の光透
過率や反射率がクロムマスクに比べて異なり、ピークの
濃淡値が図１６の（ｂ）のように変わるだけで処理自体
は変わらない。以上でヒストグラムによる暗部の抽出手
段を説明したが、パターンによっては全面がガラスであ
る場合や全面が遮光膜である場合があり、この場合は図
１６の（ｃ）に示すようにヒストグラムのピークが一つ
しかないので上記手段では暗部を抽出することができな
い。このような場合には、予めガラスの濃淡値Ｌ₁₀を与
えておき、ヒストグラムのピークの濃淡値と比較して全
面がガラスである場合か全面が遮光膜である場合かを判
定し、前者の場合は予め与えられた濃淡値Ｌ₁₀以下の濃
淡値を持つ領域をもって暗部を抽出すればよい。

【００５３】一方、透過画像に対しては空間微分を画像
処理にて行い（Ｓ５）、反射画像の暗部以外の領域では
０にマスキングする。空間微分の具体的な方法として
は、例えば文献（画像解析ハンドブック（東京大学出版
会）2.2.4 ）などを採用すればよい。回路パターンのエ
ッジ近傍の濃淡値はＬ₁ とＬ₂ の間にあるので暗部には
含まれず、このエッジでの濃淡値の空間微分値を０に抑
制しつつ、異物の濃淡値の空間微分値を相対的に強調す
ることができる。異物の判定は、上記微分値があるスレ
ッショルドを越えた場合、異物として検出する。

【００５４】図１８（ａ）（ｂ）の画像に対し、適用し
た微分画像を図１８（ｃ）に示す。図１８（ａ）は透過
画像であり、図１８（ｂ）は反射画像である。図１８
（ａ）で破線の丸で囲まれたところに異物が存在してい
る。図１８（ｃ）に示すように微分画像では、回路パタ
ーンのエッジなどが抑制され、一方ガラス上の異物が強
調されていることが分る。

【００５５】また、クロム面上の異物の検出を行う場合
は、前記図１５に示すように、透過画像と反射画像を入
れ替えて同じ画像処理を行えばよい。即ち、前記Ｓ１〜
Ｓ２と同様に、フォトマスクの透過画像と反射画像を入
力して画像メモリに記憶し、さらに透過画像と反射画像
の画像処理にて位置合わせを行う。次いで、透過画像の
暗部を抽出するために、透過画像に対しヒストグラムを
作成し（Ｓ3'）、ガラスと遮光膜に対応する２つのピー
クを検出し、クロムの濃淡値以下の濃淡値を持つ領域を
暗部とする。そして、この暗部以外をマスキングするた
めのマスク画像を生成する（Ｓ4'）。一方、反射画像に
対しては空間微分を画像処理にて行い（Ｓ5'）、透過画
像の暗部以外の領域では０にマスキングする。そして、
上記微分値があるスレッショルドを越えた場合、異物と
して検出する。

【００５６】また、図１４及び図１５に示すような処理
の双方を行って、ガラス面上の異物の検出及びクロム面
上の異物の検出を同時に行うようにしてもよい。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明（請求項１，
２）によれば、透過画像信号と反射画像信号の２次元ヒ
ストグラムを利用して異物判定を行うことにより、特殊
な光学系を用いることなく、高速にかつ高い信頼性をも
って、マスク上のパターン欠陥と異物の判定を行うこと
ができる。

【００５８】また、本発明（請求項３，４）によれば、
反射画像と透過画像の対応する画素の灰色度ｘ，ｙに応
じて応じて複数のカテゴリー（ｆ_i (x) ＜ｙ＜ｆ_i+1
(x) ，ｉ＝０〜ｎ−１）を設定しておくことにより、被
検査マスクの灰色度から該マスクがどのカテゴリーに属
するかを判別することができる。即ち、自動検査により
パターン欠陥や異物等の欠陥の検出を行うことができ、
かつ欠陥の種類を自動的に分類することができる。

【００５９】また、本発明（請求項５，６）によれば、
透過画像と反射画像とを用い、これらの一方を空間微分
し、他方でマスキング領域を設定することにより、一般
的な光学顕微鏡を用いて異物を検出することができる。
そしてこの場合、特殊な光学系を用いることなく異物と
回路パターンを高い信頼性で分別でき、しかもリアルタ
イムの処理が可能となり実用的にも有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる欠陥検査装置を示す概
略構成図。

【図２】第２の実施形態に係わる欠陥検査装置を示す概
略構成図。

【図３】本発明の原理を説明するためのもので、異物な
しの場合の２次元ヒストグラムとビットパターンを示す
模式図。

【図４】本発明の原理を説明するためのもので、異物あ
りの場合の２次元ヒストグラムとビットパターンを示す
模式図。

【図５】第１の２次元ヒストグラム作成法を示す図。

【図６】第２の２次元ヒストグラム作成法を示す図。

【図７】照明光量補正の原理を示す図。

【図８】第３の実施形態に係わる欠陥検査装置を示す概
略構成図。

【図９】第３の実施形態に係わる欠陥検査装置を示す概
略構成図。

【図１０】第３の実施形態に係わる欠陥検査装置を示す
概略構成図。

【図１１】本発明の原理を説明するためのもので、欠陥
分類のための関数ｆ_i (x) の設定を示す図。

【図１２】パターン欠陥ありの場合のｘ，ｙ分布を示す
図。

【図１３】デフォーカスありの場合のｘ，ｙ分布を示す
図。

【図１４】第４の実施形態に係わるガラス面上の異物検
出を行う処理の流れを示す図。

【図１５】第４の実施形態に係わるクロム面上の異物検
出を行う処理の流れを示す図。

【図１６】反射画像のヒストグラムグラムを示す図。

【図１７】図形圧縮の様子を示す図。

【図１８】透過画像と反射画像及び透過画像の空間微分
をマスキングした結果を示す図。

【符号の説明】

１…フォトマスク２…回路パターン３…異物１１…照明系１１ａ…透過照明系１１ｂ…反射照明系１２，１２ａ，１２ｂ…光学顕微鏡１３…ハーフミラー１４，１４ａ，１４ｂ…光電変換素子１５，１５ａ，１５ｂ…ＡＤ変換器１６ａ，１６ｂ…画像メモリ１７…照明切替え部１８…データ変換部１９…ビットパターンメモリ２０…表示部３１ａ…透過画像入力部３１ｂ…反射画像入力部３２ａ，３２ｂ…画像メモリ３３…ＬＵＴ３４…分類結果メモリ３５…位置合わせ部３６ａ，３６ｂ…光量補正部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光に供されるパターンが形成されたマス
ク上の欠陥を検査する欠陥検査装置において、前記マスクに透過照明を施し該マスクの透過像を光電変
換素子により受光して第１の画像信号を得る手段と、前
記マスクに反射照明を施し該マスクの反射像を光電変換
素子により受光して第２の画像信号を得る手段と、第１
及び第２の画像信号をそれぞれ第１及び第２の画像メモ
リに記憶する手段と、予め異物の無いマスクに対する第
１及び第２の画像信号の対応する画素の２次元ヒストグ
ラムを作成し、この２次元ヒストグラムを２値化して頻
度０を表わすビットパターンを登録しておく手段と、被
検査マスクに対する第１及び第２の画像信号の対応する
画素を２次元座標で表わしたデータが、全ての画素で、
前記ビットパターンに登録されているか否かをもって異
物の有無を判定する手段とを具備してなることを特徴と
する欠陥検査装置。
【請求項２】予め前記ヒストグラムにおける透過画像信
号レベルの最小値Ｔmin と最大値Ｔmax 及び反射画像信
号レベルの最小値Ｒmin と最大値Ｒmax を求めておき、
被検査マスクにおける第１の画像信号レベルの最小値Ｘ
min と最大値Ｘmax 及び第２の画像信号レベルの最小値
Ｙmin と最大値Ｙmax を求め、透過画像信号Ｘと反射画
像信号Ｙに対して下記の (1)式及び (2)式に基づき光量
補正されたＴ，Ｒを用いることを特徴とする請求項１記
載の欠陥検査装置。Ｔ＝{(Ｔmax-Ｔmin)/(Ｘmax-Ｘmin)}(Ｘ−Ｘmin)＋Ｔmin … (1) Ｒ＝{(Ｒmax-Ｒmin)/(Ｙmax-Ｙmin)}(Ｙ−Ｙmin)＋Ｒmin … (2)
【請求項３】露光に供されるパターンが形成されたマス
クに対して明視野反射照明による反射画像を得る手段
と、前記マスクに対して明視野透過照明による透過画像
を得る手段と、前記反射画像と前記透過画像の対応する
画素の灰色度をｘ，ｙとし、ｎ＋１個のｆ_i (x) ≦ｆ
_i+1 (x) なる関係を有する関数をｆ₀ (x) ，ｆ₁ (x) ，
…，ｆ_n (x) として、数式ｆ_i (x) ＜ｙ＜ｆ_i+1 (x) ，ｉ＝０〜ｎ−１で表わされるｎ個のカテゴリーに前記画素を分類する手
段とを具備してなることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】前記カテゴリーが、異物，パターン欠陥，
異物やパターン欠陥のない画像パターン及びデフォーカ
スを表わすことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装
置。
【請求項５】露光に供されるパターンが形成されたマス
ク上の欠陥を検査する欠陥検査装置において、前記マスクに透過照明を施し該マスクの透過画像を得る
手段と、前記マスクに反射照明を施し該マスクの反射画
像を得る手段と、前記透過画像の空間微分を行う手段
と、前記反射画像の暗部を抽出する手段と、前記反射画
像の前記抽出された暗部以外において０になるようにマ
スキングされた前記透過画像の空間微分値を求める手段
と、この手段により求められた前記空間微分値の大きさ
をもって異物の判定を行う手段とを具備してなることを
特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】露光に供されるパターンが形成されたマス
ク上の欠陥を検査する欠陥検査装置において、前記マスクに透過照明を施し該マスクの透過画像を得る
手段と、前記マスクに反射照明を施し該マスクの反射画
像を得る手段と、前記反射画像の空間微分を行う手段
と、前記透過画像の暗部を抽出する手段と、前記透過画
像の前記抽出された暗部以外において０になるようにマ
スキングされた前記反射画像の空間微分値を求める手段
と、この手段により求められた前記空間微分値の大きさ
をもって異物の判定を行う手段とを具備してなることを
特徴とする欠陥検査装置。