JPH0876359A - 自動フォトマスク検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】低コスト且つ誤謬の少ない欠陥探索並びにその
型分類を自動的に行なう基板検査装置とその方法、特に
マスク・レチクル等の基板に於いて欠陥粒子及び設計者
の意図とは異なる欠陥図形を探索発見する自動検査と、
それ等欠陥の型の自動分類とを行なう基板検査装置及び
その自動検査方法を提供する。 【解決手段】光ビームを発生し、その光ビームをして一
定の光路を通過せしめ検査基板の上の表面にほぼ実質的
に直角入射するようにする照明系、その光路に対して同
軸になるように調整して透過光を集めて検出する透過光
検出器３４、同様に反射光を集めて検出する反射光検出
器３６とそれぞれの電気信号を互いに比較して比較値を
提供する為の比較器、別にその比較値の期待値を得て比
較値とその期待値との一致性を判定するプロセッサにて
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトマスク或い
はレチクルについて、その自動検査をする為の電子光学
的システムに関する。更に詳しくは、マスクとレチクル
或いはその同類の基板の検査装置であって欠陥を探索
し、発見する為のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の製造に際して、フォトリソグ
ラフ工程を用いる。この工程では光源から発せられた光
がフォトマスクかレチクルを透過する課程を使って回路
パターンをシリコンウェハ上に回路パターンを転写す
る。当然、高い生産歩留の達成は、欠陥無しのマスクと
レチクルを入手すること次第となる。欠陥がマスクに於
て見出されることは、必然的とも言えるので、これらの
欠陥を探索しなければならない。そしてマスクを使うこ
とより以前に、歩留り向上の点からその修理する必要が
あるのは言うまでもない。マスクを修理する為には欠陥
を探索してその場所を正確に測定する必要がある。高性
能の自動マスク検査システムが必要になる所以である。

【０００３】自動マスク検査システムは、過去１５年間
存在し且つ使用されて来た。最も初期のそのようなシス
テムは、John Bruning等にて発表された、“An Automat
ed Mask Inspection System - AMIS”、「ＡＭＩＳ自動
マスク検査装置」(IEEE Transactions on Electron Dev
ices, Vol. ED-22, No.7 July 1971, pp 487-495) であ
る。彼等は、レーザを使ってマスクを詳細に調べた。次
のシステムは、マスクが投影する画像をリニアセンサを
使って調べた例であり、例えば Levy 等によって記述さ
れている。それは、米国特許第４，２４７，２０３号、
“Automatic Photomask Inspection System and Appara
tus ”「自動マスク検査装置システムとその機械構造」
になっている。この方法は二つの隣接するダイを比較す
る方法を教えてくれる。一方、Danielson 達は、米国特
許第４，９２６，４８９号、“Reticle Inspection Sys
tem ”「レチクル検査装置」でダイ・ツー・データベー
スを提案している。これは、レチクルが作られた基の設
計データベースとダイの比較によるレチクルの検査方法
である。集積回路の複雑さが増すにつれ検査需要も当然
厳しくならざるを得ない。

【０００４】大面積内に散在する微小欠陥を探索するニ
ーズがあるがこれはとりもなおさず検査速度向上を意味
する。即ち、単位時間のピクセル処理スピードを上げる
事が必須になって来ている。かくして増大するスピード
に対する需要が、後続する特許で記述されている。例え
ば、１９８１年１月２７日出願の発明、Levy他による、
上述の米国特許第４，２４７，２０３号である。更にLe
vy 他、１９８６年４月１日出願、“Photomask Inspec
tion Apparatus and Method with Improved Defect Det
ection”「欠陥探索能力改善型フォトマスク検査機械と
方法」, Levy et al. , April 1, 1986 及びMark J. Wi
hl 発明の米国特許第４，６３３，５０４号（１９８６
年１２月３０日出願）がある。他に、Specht 等は、１
９８９年２月１４日米国特許第４，８０５，１２３号
“Automatic Photomask Inspectionand Reticle Inspec
tion Method and Apparatus Including Improved Defec
t Detector and Alignment Subsystem ”「欠陥探索及
び位置合わせ能力改善型自動フォトマスク検査方法と機
械」を出願した。

【０００５】ウェハ検査に於ける先行技術も勿論本出願
と関係する。１９８７年２月１７日、Sandland出願の米
国特許第４，６４４，１７２“Electronic Control of
an Automatic Wafer Inspection System”「電子制御に
依るウエーハ検査装置」である。開発推進力となった他
の新たな技術は位相マスクに関する改良の出現である。
このテクノロジーの出現によってより一層微小なパター
ンのプリントが可能になった。そのライン幅が０．２５
マイクロメータあるいはそれ以下が可能となった。Burn
J. Lin は、このテクノロジー“Phase-Shifting and O
ther Challenges in Optical Mask Technology ”「光
学マスク技術に於ける位相シフトと他の挑戦」を公表し
ている。その文献は、“Proceedings of the 10th Annu
al Symposium on Microlithography”「マイクロリソグ
ラフに関する第１０回年次シンポジウム」 SPIE, - the
International Society of Optical Engineering, Vo
l.1496, pages 54 - 79である。

【０００６】前記改善の記述でもって、陳腐化された光
学的マスクとレチクルに関しては、欠陥の自動的探索方
法を教示しているといえる。これら前記のシステム全部
に於いて通常の照明系が使われて居り又画像の捕獲はリ
ニアアレイセンサによって行なわれているのが特徴であ
る。前記先行例では、これらの２つの技術を選択した
為、検査時の信号雑音比が制限されて劣化せざるを得
ず、それ故検査速度を落してしまうという悪い結果とな
った。他に注目するべきは、フォトマスクが半導体製造
産業に於てＩＣパターンの基板上への転写に多用されて
いる事実である。

【０００７】ＩＣの製造に於ける基板としてはシリコン
かガリウム砒素とそれ等の同類が考えられる。フォトマ
スクは典型的には、鏡面を有する透明な基板たとえば、
熔融石英板を用いて形成されている。そのような基板の
表面上に不透明な薄い膜層を生成し、それをＩＣパター
ン化或いは図形化するのである。典型的な例では、不透
明な薄い膜層は８００ないし１２００オングストローム
程度の厚さのクロームである。このクローム層には片面
もしくは両面共に反射防止膜が塗布されている。しか
も、高い歩留率でＩＣを生産する為、フォトマスクには
欠陥が有ってはならない。

【０００８】本発明のキーワードである「欠陥」を、こ
こで定義しておく。フォトマスクがその製造時に、又は
フォトマスクの使用の結果、設計者の意図と異なるパタ
ーンに実質的に修正を受けた時その該当マスクは欠陥を
有する。いずれの場合でも、設計者の意図に依るパター
ンと変更を受けたパターンの差即ち、違いを「欠陥」と
ここでは定義しておく。

【０００９】欠陥は、これに留まらないが、設計者の意
図では存在するパターンが不透明な薄い膜層に於てその
一部が欠落しているもの、逆に設計者の意図では存在し
ないのに膜層或いは他の異物が余計に存在するもの、化
学的汚染や残留物等々多数ある。それ等はマスク製造時
であろうが使用時であろうがその事は問わない。設計者
の意図からの離反が問題になる。当然ゴミや塵芥、レジ
ストの飛沫、皮膚の切れ端、又或いは、静電破壊で壊れ
たＩＣパターン或いは図形等、諸々の例がある。基板素
材の歪み傷も欠陥なのである。それらは光の透過特性を
変えてしまうで問題なのであり欠陥となる。

【００１０】フォトマスクの製造時にその自動検査が必
須である。検査に依って始めて欠陥から解放されるから
である。現在マスク、レチクルに関しその自動検査には
基本的に２つの方法が存在する。それらの検査方法の１
つはダイ・ツー・ダイと言われる。それは、２つの隣接
するダイに透過光を通過せしめてその２つのダイ間の差
異を比較して見る手法である。２つ目の方法はダイとＣ
ＡＤ（コンピュータ支援に依る設計法）のデータベース
像との差異を比較して見る手法である。この手法をダイ
・ツー・データベース法と称する。

【００１１】前記の２つの方法はいずれも高価につく。
その訳はダイの全てのピクセル（絵素）どうしを比較す
る為である。しかも必要な条件とは比較時、二つのダイ
のアラインメントを高精度に実行しその保持をすること
である。この方法は高いコストを持つ上に更に問題なの
は、レチクルの不透明な部分の上に存在する欠陥粒子が
検出不可能という弱点である。その後欠陥粒子は、マス
ク−レチクルの透明な部分に移動するかもしれずパター
ン転写に依ってウェハ上に欠陥を起こす傾向を持ってい
る。

【００１２】この検査方法は、Levy等によって米国特許
第４，２４７，２０３号と第４，５７９，４５５号の両
方に記述されている。この２番目の先願に依るマスク自
動検査法は、マスク上に欠陥粒子物質が存在する場合を
取り扱っている。自然現象論では、かような欠陥粒子物
質が光を散乱させるが、本発明は一部この事を利用して
いる。問題は、パターンの縁も同様に散乱を起こす事で
ある。それ故、これ等のシステムでは、１ミクロンより
小さい欠陥の探索は不適である。その間の事情は、 Mas
ataka Shiba 等ＳＰＩＥ学会誌、Vol.470 Optical Micr
olithography III、「光学マイクロリソグラフィー」pa
ges 233-240 (1984)、による題名“Automatic Inspecti
on of Contaminates on Reticles”「レチクル上の汚染
の自動検査」なる発表論文に記述されている。

【００１３】最近、Wihl等は、米国内において本出願が
Continuation-In-Part関係にある出願で透過光のみなら
ず反射光も使ってマスク、レチクルを自動検査する方法
の発明を示した。これは、米国出願シリアルＮｏ．０７
／７８４，９８４号に述べられている。上述のダイ・ツ
ー・ダイ比較を使うことの必要性を取り除く故に、反射
光と透過光の両方を使う方法は発展的であり大変有効で
あろう。ダイ・ツー・ダイ比較を使わずに基板の上の欠
陥の位置をも特定し確認することが出来るシステムを構
成するので、この発明の効果は大である。以下に順を追
って述べる本発明の種々の実施の形態で、そのようなシ
ステムと方法を詳しく述べる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の課題
は、斬新な欠陥自動検査装置を提供することにある。こ
こでは、透過光のみならず反射光をも使ってマスク、レ
チクルを自動検査する方法を提供する。

【００１５】本発明の第２の課題は、基板表面の位置が
基準値より高い位置に来ている場合その高さを光学的に
干渉法原理を用いて測定する新しい方法を提供するもの
である。この原理は欠陥を同定するインジケータとして
応用する事が出来る。

【００１６】本発明の第３の課題は、同一光学系を使っ
て自動欠陥検査、自動欠陥分類同定装置と自動線幅測定
を行なう事が出来る装置を提供する事である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の最初の好ましい
実施の形態の欠陥自動検査装置では、先ずテストされる
レチクル基板（１４）をＸ−Ｙ平面内で蛇行状に輸送す
る為のＸ−Ｙステージ（１２）を有する。更に光学系を
持ちレーザ（３０）、透過光検出器（３４）反射光検出
器（３６）基準光路と検査光路を確認検出する光学素子
を具備する。検査光路は、レーザから検査基板へ、検査
基板から検出器へ、検出器から音響光学的ビームスキャ
ナ（４０、４２）へとこのようなの順序で展開する。こ
の音響光学的ビームスキャナは、検査基板上で基準光路
と検査光路のスキャン（走査）作用をスイッチ逆転させ
る為のものである。他に電子制御解析盤があってステー
ジや光学系の作業進行の表示をしてオペレータが制御す
るのを助ける。検出器からの信号を記録確認する重要な
作業もこの電子制御解析盤で行なう。以下に詳述するこ
の装置は、ダイ・ツー・ダイ 比較モードか或いは、ダ
イ・ツー・データベース法としても動作することが出来
るものである。

【００１８】本発明の最初の効果は、レーザ光源を使っ
ている為、マスク表面を光線にてのスキャンするに際し
てその高輝度を活用出来る点にある。本発明は、Brunin
g 等に依って記述されたＡＭＩＳシステムと異なり、機
械的な方法でなくその代わりの 電気光学素子を使って
光を回折するものである。明らかに、かかる電気光学的
方法は非常に速く動作するので、機械的手法よりずっと
柔軟である利点を有する。しかしながら、陳腐化された
電気光学的素子に依る光回折では、機械的方法よりも高
速ではあるが、高効率システムに必要な速度条件に応ず
る十分な速度を持っているという訳ではない。そこで本
発明の最初の特徴になるスピードに関し更なる増強を図
る為、新たな光回折法を導入する。これは、レーザビー
ム記録機の発明である米国特許第３，８５１，９５１
号；December 3, 1974、題名 HighResolution Laser Be
am Recorder with Self-Focusing Acousto-Optic Scann
erに於てJason H が述べているものである。

【００１９】更に、本発明の効果に依って、自動欠陥分
類同定装置を産む。ここで、二次元の自由度だけを持つ
新しいステージの創出をする。先の技術では、かなりの
コストと複雑さをもって二次元の機能即ち回転性能を取
り入れた例がある。しかし本発明は先行技術と異なる事
を以下に示す。そこで、スキャンの方向選定を効率的に
行なう為にステージの二つの軸を同時に制御するように
する。

【００２０】本発明効果に依って、先行技術との他の重
要な違いは、透過光のみならず反射光からの欠陥に関す
る同時処理する機能を有する点である。この性能は極め
て重要である。何故なら、欠陥の性質に関する追加情報
が「この欠陥が何か」との問に対する答えを導く上での
要の情報となるその性質を知る点で有利な特性を提供す
るからである。そしてこの事によって欠陥の自動的分類
を可能にする。

【００２１】又、本発明では、位相シフトマスクを検査
する能力を挙げる。位相シフトマスク技術は勿論１９９
０年代を通して使われ、しかもこの年代に０．１ミクロ
ンの線幅が実現するものと期待されている。位相シフト
マスク技術では、位相シフト材がマスク上に存在する
が、マスク上のどんな点でも、システムの通常のスキャ
ン速度でこれ等位相シフト材の欠陥を検査することが出
来るようにしている。

【００２２】本発明では、斬新な自動線幅測定装置を提
供出来る事を述べた。即ち、マスクの上の幾何図形の自
動線幅測定が行なえる機能を有している事を繰り返し付
け加える。総合的な観点からすると、この点が優れてい
る事は申す迄もない。何故なら、今迄は欠陥探索と自動
線幅測定と二つの作業をこなすのには、二つの別な装置
が必要であったのである。一つだけの装置が別の二つの
作業をこなすと言う能力に依って時間節約が可能になっ
た。

【００２３】更にもっと重要なのはマスクを触る必要即
ち取り扱い回数が減った事に尽きるであろう。

【００２４】この事は汚染の機会が減る事に繋がるので
ある。

【００２５】本発明では新しい自動焦点探索の方法を導
入している。現行のマスク検査システムは、マスクの上
のパターン依存性の高い自動焦点探索システムを使って
いた。本発明ではこのような欠点は無くした。即ち、マ
スクの上のパターン依存性の無い自動焦点探索システム
を導入した。

【００２６】本案のシステムの別の重要な新考案に依れ
ば、ステージの空気ベアリングについて２軸同時進行を
用いたプレローディングを採用している点でもある。優
れた信頼性が前記のステージ並びにプレローディング法
に依って成し遂げられた。

【００２７】本発明では、他に新たな点をも導入した。
それは空間（座標）依存性を有する光強度の修正機構で
ある。即ち光強度は不均一である事を考慮しなくてはな
らない。先の技術では照明強度の空間依存性は検査以前
の時点で決定していた。ただ検査中に発生する光強度の
不均一性或いはその時間変動に関しては、全く無視して
しまっていた。しかしながら本発明ではこの点は異なり
改良が加えられている。照明強度の時間依存性を常にモ
ニタ出来るようにした。しかも刻々変わる照明強度を直
ちにリアルタイムで修正出来るようにした。それ故、主
光源からもたらされる照明強度の時間依存性に依って検
査結果が左右される事は全く無くなった。

【００２８】本発明は更に以下に示すように新たな効果
を有している。それは検査光源の波長をウエーハ露光時
の光源の波長と実質的に合わせてるようにした事であ
る。このことが何故重要かは、露光時にマスクを同一波
長の光が通過すると言う組合わせから考えれば当然であ
る。ウエーハ露光波長条件とマスク検査波長条件を揃え
た事は画期的である。テクノロジーの進歩と共に、益々
ウエーハ露光光源の波長が短くなる傾向にある。欠陥の
見え方は波長に大きく依存する事実からして、検査と露
光を同一波長にするのは賢明であり且つ重要である。

【００２９】本発明は、上述の第１形態の他に、基板検
査装置並びに方法の第２形態を有するので、以下に第２
形態についてその効果を続けて述べる。フォトマスク上
でサイズがサブミクロンの小さな欠陥を高い感度で探索
するには光信号を同期化することが効果的である。この
ようにしてサブミクロン程度の小さな粒子、化学的汚染
残留物、或いは基いたの透過特性の小さな狂い等々を欠
陥として発見する事が可能になる。（基板上の同一点に
対して同一光線を照射する方法と二つの異なる光線を照
射する方法とがある。後者の二つの異なる光線を使う場
合に於てはそれ等の強度、断面形状は同じにする必要が
ある。） 本発明にて新しく導入する基板検査の機構は、基準とな
る欠陥のデータベースを導入提供する事にある。露光に
際してマスク基板上の画像が同じものが繰り返される
為、かかるデータベースの存在は欠陥の同定に大変有効
となる。それに依って、サブミクロン程度の小さな粒
子、化学的汚染残留物、或いは基板の透過特性の小さな
狂い等々を欠陥として発見し同定する効率が著しく向上
する。

【００３０】本発明は、ＩＣマスクのパターン画像の端
部の問題を以下に示すように解決した。アラインメント
即ち位置合わせのサブシステムが不要である。それにも
関わらず本自動検査装置では、サブミクロン程度の小さ
な粒子、化学的汚染残留物、或いは基板の透過特性の小
さな狂い等々を、たとえ、ＩＣパターン画像の端部にそ
れ等が存在しても問題なく欠陥として発見し同定する事
が出来る。この結論としては、アラインメント機能無し
でも欠陥の探索を可能にし、発見した欠陥の自動型別分
類を可能にした事である。勿論、ここで使うのは透過光
と反射光のみである。

【００３１】本発明の欠陥自動同定装置を構成するのは
レーザスキャナ、光学系サブシステム、ステージ、反射
系、透過光検出系と自動焦点調整サブシステム機構であ
って、前記Wihl特許に述べられているのは前に述べた通
りである。本発明に於てその道の権威が以下の発明の実
施の形態並びに図面を一読することに依り発明の斬新性
が明白になると信ずる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施の形態を詳述する。

【００３３】本発明の基板検査装置並びに方法は、その
第１の実施の形態と第２の実施の形態とから構成されて
いるので先ずその第１の実施の形態から始める。図１の
如く自動マスクレチクル検査システムのブロックダイヤ
グラム全体を、図中、１０として表す。このシステム
は、基板の検査を可能にする。基板とは例えば、レチク
ル、フォトマスク、パターンを搭載する半導体ウェハ或
いは、位相シフトマスクである。このシステムは、いく
つかのタイプの検査を実行する事が出来る。透過光に依
る検査、反射光に依る検査、透過光と反射光を同時に用
いた検査、並びに位相シフト原理に基づく検査である。
透過光に依る検査では光が基板（例えばフォトマスク）
に入射する。そしてマスクを通過する透過光量を検出す
る。反射光に依る検査では光が被検査基板の表面からの
反射光量を検出測定する。位相シフト検査に際しては、
２つのコヒーレントな入射光が被検査基板の表面で反射
して発生する位相シフトの量が問題になる。かかる位相
シフトの量は、被検査基板表面の各点で検出する。しか
もこの間、同時進行で透過光に依る検査も行なう。位相
シフト量は、入射光が反射する表面の相対的位置、高さ
に比例して発生する。以下に説明するが、透過光信号は
位相シフト信号の状況をモニタするのに使う事が出来
る。

【００３４】上に述べた欠陥検査且つ探索の作業に加え
てこのシステムは、線幅測定を実行する事も出来る。全
ての欠陥探索並びに検査の作業に於ては、２つの画像の
比較を基本として行なう。ダイ・ツー・ダイ検査モード
に於ては、ダイが同じパターンを保有している事実に注
目する。即ち２つの独立したダイどうしを互いに比較す
る。そして、両者間に相当な差異があれば如何なるもの
も、欠陥として認知して欠陥の発見を意味する旗をシス
テムに揚げさせる。ダイ・ツー・データベース検査モー
ドに於ては、テストする１つのダイとＣＡＤテープから
得られる参照画像を比較して欠陥を発見する。但し、こ
こでＣＡＤテープから得られる参照画像は、ＣＡＤデー
タベースシステムのダイのレイアウト設計用の画像をコ
ンピュータ内部に形成して用いる。即ち、ＣＡＤデータ
ベースを画像フォーマットに変えて使用する。この間の
詳細は米国特許第４，９２６，４８９号(Danielson 他
“Reticle Inspection System ”「レチクル検査装置」
１９９０年５月１５日)にて詳細を説明してある。図１
に於て自動マスクレチクル検査システムのブロック・ダ
イヤグラム全体を１０として示してあり、基板１４を運
ぶ為のステージ１２、そして光学系サブシステム１６、
データベース・アダプタ１８、電子式サブシステム２
０、ディスプレイ２２、制御コンピュータ２４とキーボ
ード２６を配備する。

【００３５】［ステージ］ステージ１２に関し以下に詳
述するので、ここでは簡単に述べるに留める。ステージ
は電子式サブシステム２０の支配下にある精密駆動装置
として機能する。被検査基板は、ステージに乗って一平
面内を光学系サブシステム１６の光軸を中心に蛇行運動
する事が出来る。依って基板表面の全ての点が選択され
るので、被検査基板を隈無く検査する事が出来る。

【００３６】［光学系サブシステム］図２に光学系サブ
システム１６のダイヤグラムを示す。基本的にはこれ
は、光源３０を含むレーザスキャナ装置であって、その
目的はコヒーレントビーム３２を前後に小角度振る即ち
偏向させる事にある。光学系サブシステム１６に依って
定義される光軸を中心にその片側から別の側へとレーザ
スキャナ装置はビームを反復振動させる。更に以下に記
述するが、ビームの掃引方向の選び方としては、ビーム
が光学系システムを通過した後基板から見てＹ軸と平行
に進むようにする。ビームの掃引に際し、被検査基板１
４を運ぶステージ１２はＸ軸方向に前後に運動する。一
方、被検査基板が横断運動をする度にその終端でＹ軸に
沿って前進する。この為にビーム３２は、蛇行しつつ光
路３１に沿って基板表面を掃引する。この時図３、図４
に示すが、基板上のサブエリア群３３、３５、３７（マ
スクではこれ等は各ダイであるとして差支え無い）にて
示される場所を、ビームは通過する。この様にして、基
板（マスク）１４の表面全体をレーザビームは走査する
際、一連の隣接する走査ベルト（スワス）群をそれぞれ
繋ぐようにして進む。透明か、一部透明な基板の場合に
おいて画像の検出は、透過光検出器３４に依って行な
う。反射性或いは一部反射性基板の場合に於て基板から
の反射光は、反射光検出器３６を用いて検出する。後で
一層、詳細な議論を展開するが位相シフトマスク検査で
は、これ等両検出器を同時に使う。このシステムに於て
光源３０は、レーザである。具体例としては、ソルトレ
イク市（ユタ州）のイオンレーザテクノロジー社製のレ
ーザ例えば、モデル5490A5L-00C-115 である。

【００３７】光ビーム３２は、レーザ３０によって発生
する。最初に光ビーム３２は空間フィルタ３８を通過す
る。それから、二つの音響光学素子の組合わせ効果に依
って、光ビーム３２は偏向される。ここに二つの音響光
学素子とは、各々音響光学効果を使ったプリスキャナ４
０とスキャナ４２の事を指す。これ等二つの素子は、Ｙ
方向に光ビームを進め、Ｘ方向於て焦点を結ばせる様に
作用する。この詳細は米国特許第３，８５１，９５１号
(Jason H. Eveleth,“High Resolution LaserBeam Reco
rder with Selffocusing Acousto-optic Scanner ”
「自動焦点光音響スキャナーを備えた高分解能レーザ光
線レコーダー」１９７４年１２月３日出願) に記述して
ある手法と同じある。偏向系は、ビーム展開器４４と４
分の１波長板４６でもって構成する。光ビームがスキャ
ナ４２を通過して現われる時、Ｙ方向に関し漸次集束傾
向にあるだけだが、Ｘ方向には、コリメートしているの
が特徴である。円柱レンズ５０はビームをＸ方向に関し
ても焦点に集束せしめる。その為Ｘ及びＹ軸共にフィー
ルドストップ５２の所に焦点面が形成される。光ビーム
は次に４分の１波長板５４を通過してからリレーレンズ
５６を通過する。そして光ビームは、ただそれだけの為
に設置した鏡５８に当たって反射される。かように方向
を変えた光線は、立方体型ビームスプリッタ６０に入射
して光路６２と６４にそれぞれ分岐する。後者の光路は
位相測定モードでだけ使われる。位相測定モードで使わ
れ無い時には、シャッター６３によって抑止されてい
る。光ビームは続けて光路６２に沿って進み、検査時は
固定されている振動鏡６５上で反射する。この振動鏡６
５は作業者が表示中の像を見ている時にのみ使うので図
２には示していない。作業者が表示中の像を観察する作
業はレビューと称する。

【００３８】一方システムはその間、次の基板の位置合
わせ即ちアラインメントを行なう事が出来る。次にダブ
プリズム６６を導入して、光学軸の周りに掃引方向が回
転するように工夫する。ダブプリズム６６の出力は、回
転タレット７２に取付けた望遠鏡６８と７０の１つに入
力するようにする。これ等望遠鏡を設ける意図としては
基板１４上で走査の際のビームスポットサイズを調整し
てこれを変える事にある。よって探索可能な最小欠陥サ
イズの選択を可能とする。倍率を変えると走査長が変わ
る。スワス…走査ベルトも同様に変わる。それ故、検査
速度も変わる。（望遠鏡は２基のみしか図示してないが
望遠鏡の数は幾つでも良いのであり従って、走査の際の
ビームスポットサイズ調整に関して言えば通常は任意の
サイズのスポットにする事が可能である。）望遠鏡から
出た光ビームは、鏡７４で反射されてビームスプリッタ
７６に入力する。光ビーム７８は一部反射されて、光強
度モニタの役目を果たす検出器８０に向う。一方反射さ
れたビーム７８の残りは、対物レンズ８２を通過する。
その際、焦点を被検査基板上の一点に合うようにする。
基板１４を通過するビームは、集光レンズ８４と集束レ
ンズ８６に依って集める様にする。そして透過光検出器
３４上へ焦点を形成するようにする。

【００３９】［オートフォーカス（自動焦点）サブシス
テム］オートフォーカス（自動焦点）機能は光線が幾つ
かのアナモルフィック素子(anamorphic elements) を透
過した後の光線の断面形状の監視に基づいて実施され
る。オートフォーカスを実施する際の基本原理は、円筒
形レンズでは非点収差が生じるということである。非点
収差が生じた場合、集束光線はまず一方向における焦点
を通過し、次にこの一方向に対して垂直な方向における
焦点を通過する。光線が光路に沿って両焦点の間を進む
場合、光線の横断面は一方向が長い長円の形状から、円
形状になり、やがて一方向に対して垂直な方向に長い長
円の形状になる。本発明では基板に照射される光の最適
な焦点は、基板１４からの反射光の横断面を監視するこ
とにより検出される。光線の横断面の形状はシリコン四
分割型フォトダイオード９０、９２により監視される。
シリコン四分割型フォトダイオードの製品例としては、
米国カリフォルニア州の Si Detector Corp.社がある。

【００４０】後に詳細に説明するように、実際のオート
フォーカス・システムは非点収差の方向が相互に異なる
２筋の光路からなっている。一方の光路では円筒状レン
ズはＸ軸方向から見た場合に曲率を有していない。他方
の光路では円筒状レンズはＹ軸方向から見た場合に曲率
を有していない。オートフォーカス用光線９３は、ビー
ム・スプリッタ９４により、反射光検出光路に沿って進
む反射光線９５から分離されて、更にビーム・スプリッ
タ９４により分離されて、別のビーム・スプリッタ９６
に向かって進む。ビーム・スプリッタ９６によりオート
フォーカス用光線９３は２つに分割されて、それぞれが
光路９８及び１００に沿って進む。図２ではＸ座標は用
紙に垂直なので、円筒状レンズ１０２は湾曲している
が、全く同じ素子で別の光路にある円筒状レンズ１０４
は平行四辺形素子として示されている。検出器である四
分割型複合ダイオード９０に通じる光路には、球状レン
ズ１０６も設けられている。全く同一の検出器である両
四分割複合ダイオード９０、９２はそれぞれに対応する
光線の横断面を検出する。基板の表面の位置が変化する
と、即ち、基板の厚さが変化すると、両四分割複合ダイ
オード９０、９２により監視されるそれぞれの光線の横
断面が図５及び図６にそれぞれ参照符号１０８、１１０
及び参照符号１０８、１１２として示すようにＸ軸方向
に変化する。いずれのフォトダイオードおいても照射領
域が垂直方向（Ｙ軸方向）に変化することはないことに
注意されたい。検査対象基板が合焦点位置にあると、両
フォトダイオードは共に円形の光線１０８により照射さ
れる。検査対象基板が合焦点位置からずれると、一方の
フォトダイオードに照射される光線は照射領域の水平方
向の径が縮み（図５の参照符号１１０）、他方のフォト
ダイオードに照射している光線は照射領域の水平方向の
径が増大する（図６の参照符号１１２）。この変化によ
り両フォトダイオードの電気出力が変化する。従って、
Ａ1 を直角位相フォトダイオード９０のＸ軸に沿った四
分円から得られる信号、Ａ2 を直角位相フォトダイオー
ド９２のＸ軸に沿った四分円から得られる信号、Ｂ1 を
直角位相フォトダイオード９０のＹ軸に沿った四分円か
ら得られる信号Ｂ2 を直角位相フォトダイオード９２の
Ｙ軸に沿った四分円から得られる信号とすると、焦点補
正信号Ｆｃは次の（１）式で表される。

【００４１】

【数１】

【００４２】［透過光検査モード］透過光検査モード
は、透明な領域と不透明な領域とを通常有している光学
マスクなどの基板の欠陥検査に用いられる。レーザ光線
はマスクを走査する際に、透明な部分を透過し、集光レ
ンズ８４により集光され、集束レンズ８６により集束さ
れて、マスク１４の背後に位置している透過光検出器３
４により検出され、測定される。

【００４３】［反射光検査モード］反射光検査モード
は、現像されたフォトレジスト等不透明な画像情報を有
している基板及びその上パターンの欠陥検査に通常は用
いられる。基板からの反射光は先に述べた照射用の光路
を戻るが、ビーム・スプリッタ６０により進行方向が変
えられて反射光検出器３６に向かって進み、集光レンズ
３５により反射光検出器３６上に集束される。先に述べ
たように、反射光の検査時にはシャッタ６３は閉じてい
る。反射光検査モードは不透明な基板の表面の汚染の検
出にも使用することができる。

【００４４】［位相シフト材料の厚さ測定モード］位相
のずれ（以下位相シフトと呼称する）の測定は基板が透
明である部分についてのみ実施される。即ち、位相シフ
トの測定は基板に不透明な部分がない場合にのみ実施さ
れる。不透明の部分は透過光検出器３４により検出さ
れ、不透明の部分を除いた領域で位相シフトが測定され
る。位相シフトを測定している間シャッタ６６は開いて
おり、ビーム・スプリッタ６０により反射されたレーザ
光線が、望遠鏡１１４を構成しているリレー・レンズ１
１０及び１１２、並びに開口数の低い対物レンズ１１６
を透過して、傾斜した鏡１１８に入射する。鏡１１８に
より反射したレーザ光線は同じ光路を逆戻りして、ビー
ム・スプリッタ６０、ビーム・スプリッタ９４、集光レ
ンズ３５を次々に透過して反射光検出器３６に入射す
る。これと同時に、反射光検出器３６には最初にビーム
・スプリッタ６０を透過し、次に基板上のある点で反射
して戻って、ビーム・スプリッタ６０により反射された
光も入射する。これ等の両入射光線は相互に干渉し合う
ので、反射光検出器３６により検出される光の強度は両
光路６２及び６４の相対的な長さの関数として変化す
る。後に詳述するように、このデータは電子式サブシス
テムにより解釈されて、基板の所定の点を覆っている位
相シフト材料の厚さの変化の判定が行なわれる。

【００４５】［様々な種類の検出器による同時検査］透
過光の検出、反射光の検出、位相シフトの測定は、それ
ぞれ単独にしか出来ないというものではない事に注意さ
れたい。透過光の検出と反射光の検出とを同時に行なえ
ば、透過光検出器により不透明な欠陥を検出することが
出来るだけでなく、反射光検出器により欠陥の種類を判
定することが出来る。例えば、欠陥が点状の余剰クロム
による汚れ(chrome dot)や粒子である場合には、いずれ
も不透明なので透過光検出器からは暗部を示す出力が得
られる。ところで、クロムによる汚れは反射するので、
反射光検出器からは強度の反射光を示す出力が得られる
が、粒子の場合には余り反射しないので、反射光検出器
からは強度の反射光を示す出力は得られない。このよう
に反射光及び透過光の両者を検出することにより、粒子
による欠陥とクロムによる欠陥とを識別することが出来
る。一般に、反射光及び透過光の強度の比率を調べるこ
とにより、欠陥の種類を判定することが出来る。この情
報は欠陥の自動分類に用いることが出来る。同様に、透
過光の検出と位相シフトの測定とを同時に実施すること
も出来る。位相シフト型マスクでは位相シフト材料で覆
われている領域内の不透明な欠陥を検出することが出
来、不透明な材料の無いことが透過光検出器３４により
検出されると、位相シフトの測定が停止される。

【００４６】［制御用コンピュータ］制御用コンピュー
タ２４は操作員操作卓(operator console)及び主幹制御
器(master controller) として機能するもので、カリフ
ォルニア州のサン・マイクロシステムズ社(Sun Microsy
stems)製のスパーク・コンピュータ(SPARC computer)の
ような装置である。操作員や使用者の設備などとのシス
テム・インターフェースは、制御用コンピュータを通じ
て行なわれる。操作員により割り当てられた仕事を効率
よく処理するように、総ての他のサブシステムへコマン
ドを伝送したり、総ての他のサブシステムの状態を監視
する。

【００４７】［電子式サブシステム］電子式サブシステ
ム２０は、制御用コンピュータ２４からのコマンドを解
釈して実行する。即ち、電子式サブシステム２０は、透
過光検出器３４及び反射光検出器３６からの両入力をデ
ジタル化し、入射光の強度の変化に応じて読みこみ値を
補正し、画像内の欠陥を検出し、欠陥データを制御用コ
ンピュータ２４に転送し、ステージ１２の走査に用いら
れる干渉計の出力を蓄積し、ステージ用のリニア・モー
タを駆動させる。位相シフト及び線幅の両測定情報を除
けば、制御用コンピュータ２４及び電子式サブシステム
２０の機能は総てが米国特許第４、２４７、２０３号、
米国特許第４、５７９、４５５号、米国特許第４、６３
３、５０４号、米国特許第４、８０５、１２３号、米国
特許第４、９２６、４８９号、米国特許第４、６４４、
１７２号に記載されている。ここに列挙した米国特許は
いずれも同じ機能を様々な方法で実行しているものであ
り、どの方法を採用するかはシステムを開発する際にど
のような集積回路装置を用いるかに基づいて決まる。本
発明ではどの方法を採用しても構わない。

【００４８】［ステージ］ステージ１８は空気軸受けを
備えたＸ−Ｙステージであり、Ｘ，Ｙの各軸に設けられ
たリニア・モータにより駆動される。ステージ１２は
Ｘ，Ｙの各軸に沿った位置が、テレトラック・コーポレ
ーション(Teletrac Corporation)社製のモデルＴＩＰＳ
Ｖのような干渉計（図示せず）により監視されてい
る。ステージ１８の詳細を図７に示す。同図では内部の
主要な要素が見えるように前方のレールを除去して図示
してある。ステージ１８は２つの自由度を有している。
回転はしない。図７はここに説明している自動プリント
基板検査装置用の例を示したものであるが、マイクロ・
リソグラフィーや精密加工装置などにも本発明に基づく
ステージを用いることが出来る。

【００４９】Ｙ軸方向移動台１２０はフレーム１２２を
有していて、Ｘ軸方向移動台１２４を支えている。両移
動台の動きはリニア・モータ及び空気軸受けにより規制
されている。各リニア・モータのステータとスライダと
の間の引力によりリニア・モータの線形軸受けには与圧
が掛けられている。Ｙ軸方向移動台１２０を構成してい
るフレーム１２２にはＸ軸方向移動台１２４の動きを規
制する案内面１２６及び１２７が設けられている。両案
内面は２本の側方１２２レール１２８により連結されて
いる。（１２８と同じものである前方のレールは図示さ
れていない。）Ｘ軸リニア・モータのステータ１２９は
Ｘ軸案内面１２６の内部に埋めこまれていて、空気軸受
けハウジング１３１に取付けられているＸ軸スライダ１
３０を引き付けていて、５個のＸ軸空気軸受けの内１３
２、１３３、１３４、１３５の内の４個に与圧を掛けて
いる。別個の磁石１３６と強磁性与圧ストリップ１３７
とにより空気軸受け１３８に与圧が掛けられている。各
軸受けには回り繼手が設けられているので、軸受け自体
が回転出来るだけでなく、軸受けパッドも２軸を中心に
回転することが出来る。従って、空気軸受けはパッド面
に垂直な方向の移動が阻止されているだけである。

【００５０】Ｘ軸方向移動台１２４は検査対象１４を保
持し、５個の空気軸受けにより動きが制限されている。
空気軸受け１３２、１３５はＸ軸方向の動きの縦揺れ及
びＺ軸方向の垂直な並進を防止し、空気軸受け１３３及
び１３４はＸ軸方向の動きの偏揺れ及びＹ軸方向の水平
な並進を防止する。ハウジング１３９に収容されている
空気受け１３８は、Ｘ軸移動台の横揺れを防止し、Ｘ軸
移動台のＺ軸方向の垂直な並進を規制している。検査対
象保持アセンブリ１４０は、Ｘ軸移動台の軽量な複合フ
レーム１４１に取付けられている。ステージ１２は新規
な特徴を幾つか備えている。新規な特徴の一つはリニア
・モータを用いてステージ１２を両方向に与圧して、揺
れを防止していることである。これは断面が三角状のＸ
軸スライダ用鉄心１３０の配置とステータ１３１の角位
置とにより、磁石の引力が４個の空気軸受け１３２、１
３３、１３４、１３５の総てにある角度で作用すること
により達成される。別の特徴はリニア・モータのステー
タ１２９がＸ軸案内面１２６の両壁に対してある角度を
なすようにＸ軸案内面１２６に埋めこまれていることで
ある。

【００５１】また、検査対象保持アセンブリ１４０のフ
レームにカリフォルニア州(California)のヘクスセル社
(Hexcell) 製のブルー・シール(Blue Seal) のようなハ
ニカム材料を用いたことである。ハニカム材料の採用に
よりステージは堅固なままでその質量を減少させること
が出来る。図８は図７の線８−８に沿った断面図であ
り、ハニカム構造を示している。蜂の巣構造のインサー
ト１４２が表皮１４３に挟まれている。底板１４４と上
板１４５が表皮１４３に接続されていて、インサート１
４２を取り囲む箱構造が形成されている。このハニカム
構造を、カリフォルニア州にある ERG社製デュオセル(D
uocell) のような軽量な複合材料に置き換えても構わな
い。複合物に個体片１４６を取付ける方法も新規であ
る。個体片１４６は、図９に示すように、複合壁の一方
の表皮を貫通して設けられ、壁の貫通部分の周囲、個体
片と対向表皮の内側との間、及び個体片と反対側の表皮
及び板１４４との間に形成された継手１４７により上板
か底板に取付けられている。

【００５２】［実施の形態の動作］ ［アラインメント］自動検査を実行する前に、操作員は
マスクを適切な向きに配置して「検査領域(care area)
」を定義してコンピユータに教えなければならない。
図３には、検査対象であるマスク又はレチクル１４に形
成されている複数個のダイ３３、３５、３７を検査する
ための蛇行路３１の望ましい向きが示されている。検査
中に、ステージ１２が蛇行路３１に従って蛇行移動し、
又レーザ光線をマスクのＹ軸に平行に偏向する。ステー
ジ１２がＸ軸方向に移動するので、レーザ光線のＹ軸方
向のこの偏向により生ずる偏向幅に対応した幅のスワス
３９が掃引の軌跡として生じる。通常マスク１４の軸は
ステージの駆動軸に平行ではないので、ステージをＸ軸
方向及びＹ軸方向に同時に駆動しなければならない。そ
のためには先ずステージの両軸方向の移動速度の比率を
定義しておかなければならない。そこで、操作員はある
一つのダイのＸ座標上の識別出来る２点を選択し、表示
装置２２の映像を観察しながら、両選択点の一方から他
方までステージ移動させる。この時自動基板検査装置は
干渉計（図示せず）で両駆動軸に沿ったステージの移動
距離を測定して、両点の位置を識別する。この測定によ
りマスクのＸ軸及びＹ軸に対するステージの両駆動軸の
方向余弦が得られる。この時、いわゆるダブ型のプリズ
ム６６（図２）を回転してレーザ光線の偏向方向がステ
ージのＸ軸方向の移動に垂直になるように設定する。次
に、操作員はダイの検査領域４４を指定する（図３）。

【００５３】［位相シフト量測定のための較正］位相シ
フト量測定モードでは、レーザ・スポットがマスク面そ
のものであってそれと平行で透明且つ平らな表面上をＹ
軸方向に走査すると、図１１に曲線２００で示すように
透過光強度が正弦曲線を描いて変化する。その理由は以
下の説明から明らかになる。今、強度をＩ、原点から問
題の画素までの距離をｙ、鏡１１８の傾斜角の関数であ
る定数をｗ、位相シフト材料の厚さにより通過距離が変
化するために生じる位相シフトの量をＤ、強度の半振幅
をＡ、光学素子の迷光による強度の片寄り２０４をＩ₀
とするとき、強度Ｉは、次の式で表される。

【００５４】

【数２】

【００５５】上の式において、Ａ，ｗ，Ｄ，Ｉ₀ の値は
初期化の一部である位相シフト測定のための較正中に総
て決まる。レーザがマスクの平坦で均一な透過面を走査
しているときには、各画素の強度はデジタル化されて、
コンピユータが具備するメモリに記録される。従って、
Ｉ₀ は全サイクルにわたる強度の平均値であり、Ａは次
式から得られ、値ｗは正弦の周期である。

【００５６】

【数３】

【００５７】Ｉ₀ 及びＡはいずれも透明な領域と位相シ
フト材料で覆われた領域とでは相違するので、両領域の
それぞれについて決定しなければならない。量Ｄは位相
シフト材料の厚さの線形関数なので、この関係は様々な
厚さの位相シフト材料の公知のサンプルの較正により決
定することが出来、検査装置の寸法が一定である限り一
定である。

【００５８】［検査プロセス］レチクルの自動検査は通
常は検査領域の左上の隅から開始されて、蛇行路３１に
沿って進む。ステージがゆっくりとＸ軸方向に進む間
に、レーザ光線はＹ軸方面に素早く前後に掃引される。
このようにして、レーザ光線の掃引幅に対応した幅のス
ワス３９の軌跡が生じ、この軌跡に沿った走査が行なわ
れ、検出器のデジタル出力は、電子式サブシステム２０
が具備するメモリに記憶される。前出のスワス３９が第
２のダイ３５の検査領域の左の境界に到達すると、ダイ
３３から得られ電子式サブシステム２０に含まれるメモ
リに記憶されている画像データが、ダイ３５から得られ
たデータと比較される。両者にかなりの相違がある場合
には、欠陥と判断される。同様に、ダイ３７からのデー
タもダイ３５から得られるデータと比較される。走査が
ダイ３７の検査領域の右側の境界迄来ると、ステージが
スワス３９の幅よりも僅かに少ない量だけＹ軸方向に移
動し、Ｘ軸方向に沿って逆戻りする。このようにしてダ
イの検査領域を蛇行路に沿って走査する。ダイが一個し
か設けられていないレチクルの場合に通常実施されるダ
イ・ツー・データベースと称する比較検査は、データベ
ース・アダプタ１８により生成されるシミュレーション
像とダイとを比較するということを除けば、ダイ・ツー
・ダイの比較検査に類似している。図３にダイ・ツー・
データベースの比較検査用蛇行路３１を示す。

【００５９】［再検査］欠陥の自動検査の完了後に、操
作員はコンピュータ２４を操作して、発見された欠陥領
域に戻るようにステージ１２を移動させ、そこにステー
ジ１２を固定して、個々の欠陥を再検査する。両音響光
学スキャナ４０、４２を用いてＹ軸 方向に沿って走査
し、振動鏡６５を用いてＸ軸方向に走査して、デジタル
化された画像を表示装置２２に表示する。この再検査で
はどの検出器の出力を用いても良いし、２個以上の検出
器の出力の組み合わせを用いても良い。あるいは、異な
る検出器の出力を表示手段にスーパーインポーズ（重
畳）して、それぞれを別個の色で表示してもよい。

【００６０】［位相シフト材料の厚さの測定］図１０に
位相シフト型マスクの断面の一例を示す。ここに示す例
は特定のマスクに関するものであるが、どのようなマス
クも位相シフト材料の厚さを制御しなければならないの
で、以下に述べる技術はあらゆる位相シフト型マスクに
適用することが出来る。基板１６０は表面に不透明部１
６４が堆積している石英である。不透明部はクロムの薄
い層である。位相シフト部１６１、１６２は透明な材料
で形成されていて、クロムの不透明部１６４の一部及び
この不透明部１６４に挟まれている透明な領域の幾つか
１８１、１８３を覆っている。即ち、この図では位相シ
フト材料は透明な領域１８１、１８３を覆っているが、
透明な領域１８０、１８４を覆ってはいない。位相シフ
ト部１６２の上面１７３は石英基板の上面１７４よりも
高いので、石英基板の上面１７４と同一で位相シフト材
料により覆われていない透明な領域１８０のサンプリン
グ抽出点に対して位相が１８０度ずれる。

【００６１】位相シフト型マスクの欠陥は幾つかの要因
により生じる。透明な領域ではクロムが余分に形成され
ていたり、埃が付着していたりする事等により欠陥が生
ずるし、不透明部１６４のクロムが無かったりして欠陥
が生ずることもある。このような欠陥は透過光検出器３
４（図２）により検出される。この検出技術は先に述べ
た従来技術に属する。本発明の第１形態である基板検査
装置並びに方法でもって、位相シフト部である層１６１
又は１６２の欠陥を検出することが出来る。この欠陥に
は２種類ある。一つは位相シフト部の層の厚さが急に変
わる欠陥であり、今一つは位相部の厚さが一定であるが
所望の厚さではない場合や、所望の厚さから徐々にずれ
ていくような場合の欠陥である。前者の種類の欠陥は、
例えば、層１６１のくぼみ１６８がこれに該当し、透過
光検出器３４で検出することが出来る。即ち、凹み１６
８のような欠陥があるとレーザ光が散乱してその部分だ
け位相シフト材料を透過しなくなるので、透過光による
画像に黒い点が生じる。位相シフト部１６１に示すよう
に位相シフト部の層の厚さが不適切であるために緩やか
な傾斜面１７２が生じている場合の欠陥は、以下に述べ
る干渉計により検出される。

【００６２】位相シフト部１６２の上面１７３のように
マスク面に平行で完全に平らな好ましい面は、光路長Ｌ
でマスクが走査されるにつれて、鏡１１８の傾斜により
基準光線の波面が基板の面に平行ではなくなるので、干
渉模様が発生する（位相の変化の方向が曖昧になること
を防止するために、鏡１１８の傾斜は位相部１６１のよ
うな表面の最大傾斜よりも大きくする必要がある）。位
相シフト部１６２の上面１７３のような場合の検出器の
出力は、図１１に示すような正弦波である。上面１７３
と平行であるが光路長Ｌ＋Ｄに位置する平面である透明
な領域１８０（図１０参照）は、同じ周波数で曲線２０
０に対して位相がＤだけずれている正弦波を生成する。
このＤだけ位相のずれている第２の正弦波を波形２０２
として図１１に示す。

【００６３】マスクがＹ軸方向に走査されると、透過光
検出器３４は個々の画素が完全に透明であるかどうかを
判定する。完全に透明な画素のみで反射光の強度が測定
されてデジタル化される。これは図１０の下側に表示さ
れている。同図には透過光検出器３４の出力により不透
明部１６４が走査されているかどうかが判定され、不透
明部１６４が走査されているときは、反射光検出器３６
の出力が無視されることが示されている。電子式サブシ
ステム２０は、強度値、画素のＹ座標、較正中に決めら
れたＡ，ｗ，Ｉ₀ から式（２）のＤ及び画素の対応する
光路長、即ち、石英基板の上面１７４より高い不透明部
の上面の高さｄの変化を決定する。正弦波には周期性が
あるので、３６０度の位相のずれに対応する光路長の変
化を区別することは出来ないという曖昧さがある。しか
しながら、３６０度の位相のずれを引き起こす急激な変
化は、位相シフト材料に隆起部(ridge) が含まれている
場合にしか生じない。ところで、隆起部は回折を引き起
こすので、透過モードでこれを検出することが出来る。
従って、３６０度の位相のずれにより生じる曖昧さはこ
のようにして解決されるので、位相シフト材料の厚さを
総ての画素について継続して検査することが出来る。

【００６４】実際には、マスク基板が像面に完全に平行
であるということはないし、マスク基板が完全に平であ
るということもない。しかしながら、両変化は緩やかで
あり、１／５縮小投影露光用の位相シフト型マスクでは
半径４〜５ミクロンまでの変化を考慮すればよい。特
に、互いに隣接した異なる領域間の相対的な位相シフ
ト、例えば、符号１８０、１６２、１８４で示す領域相
互の間の相対的な位相シフトが重要である。これらのサ
ンプリング抽出点相互の離隔距離は４ミクロン未満であ
る可能性が高い。

【００６５】基板に欠陥のあることを示す程度の位相の
ずれがないかどうかを判定するために、位相シフト材料
１６２により覆われている透明画素毎に光路長を計算す
る（図１０）。この値を位相シフト材料により覆われて
いない部分の隣接した２点、例えば、点１８０と１８４
における光路長の平均と比較する。光路長の差が露光波
長(print wave length) での所定のしきい値を越えて許
容値からずれている場合には、検査地点での位相シフト
材料の厚さに欠陥の印を付ける。

【００６６】自動基板検査装置は、同一領域内の異なる
サンプリング抽出点における光路長を相互に比較して同
領域内の幾何学的特徴であるＩＣのレイアウトパターン
（模様）を検査するほかに、このパターンを生成する際
にその幾何学的形状に過不足が生じたかどうかの検査を
も行なう。ダイ・ツー・ダイ比較検査モードでは、ダイ
３３（図３）の画素１７３、１８０、１８４の光路長
（図１０）がダイ３５の対応する画素の光路長と比較さ
れる。この比較によりダイ３３及び３５に同一の欠陥が
存在する場合を除いて無視された幾何学的特徴が明らか
になる。同様に、ダイ・ツー・データベースの比較検査
モードでは、以前に指定された画素に関連した光路長と
ＣＡＤデータベース内の画素の情報とを比較する。

【００６７】［別の位相シフト測定法］以上に述べた測
定技術ではデジタル技術を用いて、網の目のように配置
された標本抽出点(grid points) での相対的な光路長を
判定し、各標本抽出点での位相シフト角を決定してい
る。以下に説明するように、アナログ技術を用いて位相
シフト角を調べると言う別の方法も実現出来る。

【００６８】位相シフト角の判定に必要なアナログ式補
助回路機構を図１２に示す。この補助回路機構は図１の
装置の符号２０８のブロックに挿入されるものである。
反射光検出器３６により得られるアナログ信号がアナロ
グ位相検出器２１０の一方の入力２０９に供給される。
アナログ位相検出器２１０の他方の入力２１１には数字
によって制御される発振器２１２から別の信号が供給さ
れる。両信号の位相差に比例した信号を８ビットのＡ／
Ｄ変換器２１４に依りデジタル信号に変換し、エンコー
ダ２１６及びデジタル低域フィルタ２１８を順にそのデ
ジタル信号通過する。デジタル低域フィルタ２１８及び
エンコーダ２１６は、透過光検出器３４から得られるゲ
ート信号により制御される。デジタル低域フィルタ２１
８は積分器として機能し、マスクの検査地点が透明であ
ることが透過光検出器３４により示された時にのみ入力
を受付ける。エンコーダ２１６はＡ／Ｄ変換器２１４の
８ビット出力信号を受け取る。その地点の画素が透明で
ある場合には、エンコーダはデジタル信号の最上位の位
置にゼロを挿入して、残りの信号を位相信号として電子
式サブシステム２０に転送する。透過光検出器３４によ
り画素が不透明であることが示された場合には、デジタ
ル信号は総てが１として符号化され、１１１１１１１１
になる。この信号は電子式サブシステム２０に対して位
相信号が無効であり、無視すべきものであることを示
す。上に説明した回路機構は、マスクが完全に平ではな
いような場合のように緩やかに変化する現象により生じ
る位相の緩やかな変化に従う位相ロック・ループ（ＰＬ
Ｌ）回路である。エンコーダ２１６の出力は、有効な場
合には、局部領域の光路長の変化を示す。

【００６９】［前記別法に依る位相光学システムの搭
載］場合によっては、相対的な光路長から位相を推論す
るよりも、実際の位相を直接に測定することが望ましい
ことがある。これは透過光干渉計を用いることにより達
成される。透過光干渉計を使用し、反射及び透過の両干
渉パターンの同時測定を行なうことが出来、透過光モー
ド又は反射光モード又は両モードのいずれかによる測定
の可能な変形例の概略を図１３（ａ），（ｂ）に示す。
簡略化のために図２と同じ素子は省略してある。

【００７０】この変形例を透過モードで動作させるに
は、図１３（ａ）に示すように、ビーム・スプリッタ６
０からの光を反射して、傾斜鏡２３２、対物レンズ２３
４、別のビーム・スプリッタ２３６を取る光路２３１を
介して透過光検出器３４に到達する基準光線を生成する
ペリクル・ビーム・スプリッタ(pelicle beam splitte
r) ２３０を付け加える。基準光線と光路２４０に沿っ
て進み基板１４を透過する撮像光線との干渉が透過光検
出器３４により検出される。

【００７１】反射光モードでは、図１３（ｂ）に示すよ
うに、基準光線がビーム・スプリッタ６０により２つに
分かれ、一方が鏡１１８に向かって光路２５０上を進
み、鏡１１８により反射されて反射光検出器３６に入射
し、他方が透過して基板１４に向かって光路２６０上を
進み、基板１４で反射して光路２６０上を戻って、ビー
ム・スプリッタ６０により反射されて撮像光として反射
光検出器３６に入射する。両入射光は反射光検出器３６
で干渉し合う。当然であるが、この変形例でも反射透過
の両モードによる位相のの同時測定が可能である。レー
ザ光線では反射及び透過光の両干渉モードにおいて干渉
性である距離が制限されているので、撮像光線の光路と
基準光線の光路とは光路長がほぼ等しくなければならな
い。

【００７２】［線幅の測定］図１４にマスクの小さな部
分２７０の平面図を示す。領域２７２は透明であり、線
２７４がこの領域を横切っている。領域２７４は、クロ
ムまたは他の材料で形成されているときは不透明であ
り、マスクの石英基板が位相シフト材料により覆われて
いる領域であるときは透明である。自動基板検査装置は
網の目状に相互に等間隔に配置されているサンプリング
抽出点２７６で強度を測定する。以下に詳述するよう
に、強度の測定は線幅、即ち、線２７４を横断する距離
２７８の測定に用いられる。

【００７３】格子点２７６の各々で光強度がは、ＩＣパ
ターンがその透過率特性を有する光学系と考えた場合、
その点拡散関数のたたみ込み(convolution) で表現出来
る事に注目すべきである。当然ここで、典型的な透過プ
ロフィールは階段関数であるから、図１４に示すような
直線の場合には、特定のサンプリング抽出点の強度はそ
の抽出点から線２７４の側端までの垂直距離の一次関数
である。従って、線２７４の近くの特定のサンプリング
抽出点２８０又は２８２の強度は、その点から線までの
垂直距離とみなすことが出来る。この距離は制御用コン
ピュータ２４（図１）で予め数表を作製しておき、それ
の簡単な参照動作をすることにより得られる。このよう
に標本抽出点２８０、２８２の強度により距離Ｓ1 及び
Ｓ2 がわかるので、標本抽出点２８０と標本抽出点２８
２との距離をa 角度２８４をGとすれば、線の側端の傾
斜は次式

【数４】

【００７４】により得られる。線の一方の側端の傾斜が
解かると、反対側の側端も同様に位置している可能性が
高く、先に計算した一方の側端に平行であるかどうかを
確かめることが出来る。線の両側端に沿った強度に基づ
いて、線幅を制御用コンピュータ２４により計算する。
通常はここに述べた線の測定法は、厳密にいえば、表面
領域が位相シフト材料で覆われていない従来のマスクに
のみ適用可能である。しかしながら、ここに述べた技術
は位相特性の測定にも使用することが出来る。何故なら
ば、位相シフト材料に覆われていない領域と、位相シフ
ト材料に覆われている領域との境界では入射光線の回折
が生ずるので、この境界では光が透過しないからであ
る。線幅は一方の側の境界の中心と反対側の境界の中心
との距離である。

【００７５】さて、本発明の基板検査装置並びに方法の
第２形態に進む。本発明の第２形態に関しては、以下の
論議から解かるように、先のダイ・ツー・ダイ比較法と
はその装置面のみならず方法面に於ても全く異なるもの
である。既知のダイ・ツー・ダイ比較技術に於ては（或
いはダイ・ツー・データベースもそうであるが）検査さ
れる基板の種々特性を既に正しいと即ち良品と解かって
いる他の同様な基板上のダイ或いはデータベースと比較
するものであった。この既知の方法では、二つの光学筒
を用いて得られる二つの同じような情報に関して同時処
理を必要とする、と言うのはダイ・ツー・ダイ比較では
検査されるダイと参照するダイとを上述のように二つ取
扱うからである、即ち結果はデータ処理とそのハードウ
ェアが膨大なものになってしまう。以下に示すが、本発
明の第２形態では全ての検査作業を唯一の光学筒を用い
て達成するようにしてあり且つ検査される基板に関して
のみデータ処理をすれば良い。以下に示すように、これ
は基板から発する二つもしくはそれ以上の透過光と反射
光の信号対の関係を解析し且つそれ等の誘導関数を解析
し又透過光と反射光の信号を単信号としての各々の特性
を調べ、又それ等の二次微分を分析して達成する。

【００７６】［システム概観］本発明の第２形態に関し
充分な説明を加えその理論と動作を知る、或いはそれか
ら派生する全ての変形を論ずる前に、システムの基本構
造を図１５と更なる詳細な内容をを図１６に示すがそれ
等は、本発明の第１形態を表現している図１，図２と各
々大変に類似しているものである。図１と図１５の違い
は、データベース・アダプター１８が本発明の第２形態
に於て不要である点にある。同様に図２と図１６の違い
は、ビームスプリッタ６０の左に伸展して存在する位相
シフト兼線幅測定部を本発明の第２形態では不要とする
点にある。しかし簡単化されたとは言え、本発明の第２
形態の技術を用いると、検査に使うのと同じ透過光デー
タだけで、位相シフト且つ線幅測定は実行可能なのであ
る。図１５と図１６から自動光学検査システム１０が三
つの特別なシステムを保有する事が解かる、即ちそれ等
は、レーザ光学系１１、ＸＹステージとサーボドライブ
１２から成るサブシステム並びに表示器と電子制御サブ
システム１９である。図１５は基板１４がＸＹステージ
１２上に置かれて欠陥検査を受ける様子をも示してい
る。上で述べたが透過光、反射光の観察は同時でも別々
でも良く、照射光線に要求される他の諸条件を優先して
構わない。以下に動作理論を詳しく展開するが、動作に
必要なのは、透過光線と反射光線のそれぞれと、それ等
の信号の誘導関数を用いて欠陥の存在を示すプロセスが
最重要になる。

【００７７】透過光検出器３４から得られる透過光強度
と反射光検出器３６から得られる反射光強度は、システ
ムが先ず必要とする二つの測定値である。同時にシステ
ムはこの二つの測定値を比較する能力を必要とするので
比較器を導入する。これ等二つの測定値は、データを処
理して欠陥を発見した時はその存在を提示するが、この
時透過光と反射光は基板と同一点から発せられたもので
ある必要がある。一例を述べると、透過光検出器３４か
ら得られる透過光強度について、クローム点欠陥と欠陥
粒子は共に透明基板上で不透明であり、暗い出力（低い
信号強度）しか発しないが一方、反射光に於てはクロー
ム点欠陥は金属的な強い反射光を発する、一方通常の欠
陥粒子では、光はそんなに強く反射しない。それで一例
であるがクロームにて形成されたＩＣパターン図形上に
ある欠陥を探索する際、透過光と反射光を共に用いて始
めて可能でありもし一方の光のみで試みてもうまく行か
ないのである。一般的に言うと、或種の欠陥の個性的な
特徴は、それは欠陥の「署名」とも言えるが、透過光と
反射光強度の比に良く現われるのでその比を測定して探
索の緒とする事も可能である。それで次にここで得られ
た情報は、欠陥を自動的に分類する為に使うことが出来
る。

【００７８】［ＸＹステージとサーボドライブ］ＸＹス
テージは精密な基板のドライバーと言えるが、電子式サ
ブシステム２０が制御を司るようになって居り基板１４
はその全面積が入射光でもってカバーされる如くレーザ
光学１１の光軸に関して垂直に蛇行運動をするように構
成され、かくして基板の全面を隈なく照射する事が可能
であり、この事は基板全面が検査可能である事を意味す
る。本発明の第２形態に関わる検査システムでは、ステ
ージ１２は空気ベアリングに基づくＸＹステージであ
り、リニアモーター即ちサーボ系がこれを駆動する時に
その軸は図に示していないが光の干渉原理に基づく方法
で監視制御されていて、このような機構の一例として
は、モデルTIPS Vがあり、そのメーカーはTelectrac Co
rporation である。

【００７９】［電子制御サブシステム］図１に示される
ように、電子制御サブシステム１９は、いくつかの要素
から成立っている。電子式サブシステム２０と制御コン
ピュータ２４、キーボード２６とディスプレイ２２がこ
れに含まれる。キーボード２６は、ディスプレイ（表示
装置）２２、制御コンピュータ２４に回線で繋がり、ユ
ーザインターフェイスとして、本発明の第２形態である
基板検査装置の構成要素となる。その上に、電子式サブ
システム２０は、ＸＹステージ１２、透過、反射光検出
器各３４と３６及び制御コンピュータ２４とも通信回線
でもって互いに繋がる。制御コンピュータ２４は、オペ
レータ・コンソール（操作員操作卓）として機能し、従
ってシステムのマスター・コントローラと言えるもので
あり、米カリフォルニア州 Mountain View市にあるサン
・マイクロシステムズ社(Sun Microsystems)製スパーク
・コンピュータ(SPARC Computer)が一例であり、この制
御コンピュータを通じて全てのオペレータ或いはユーザ
設備とのシステム・インターフェイスとしての役割を担
っている。制御コンピュータ２４は、全ての他のサブシ
ステム等に向けてコマンドを発し且つ又それ等サブシス
テム等の現状況をモニタしてオペレータ（操作員）に割
当られた仕事を完了させる。電子式サブシステム２０の
機能は、制御コンピュータ２４によって出されたコマン
ドを解釈して、そして実行することにある。これ等の機
能は具体的には、透過、反射光検出器各３４と３６から
の出力信号をデジタル化する、入射光強度が時間変化す
る場合はその読取り値を補正する、ステージ１２の動き
を追跡する干渉計の出力を集積する、ステージ１２のサ
ーボに駆動力を供給する、そして現状況を報告するセン
サ類のデータをモニタする等々である。

【００８０】［動作理論］瞬時でも或いは連続的にでも
透過光検出器３４は、基板１４を透過して進む透過光を
受けてその強度に比例して透過光電気信号１５を出力す
る事が出来る。透過光信号１５は、それから増幅され、
電子式サブシステム２０にて信号ピーク間の振幅値を０
と１の間の値に正規化されそしてオフセット化（原点調
整）される。同じく、反射光検出器３６は、瞬時でも或
いは連続的にでも、基板１４から反射して進む反射光を
受けてその強度に比例して反射光電気信号１７を出力す
る事が出来る。同様に、反射光信号１７は、電子式サブ
システム２０に入力して、信号ピーク間の振幅値を０と
１の間の値に正規化する。本発明の第２形態に関して論
議を進める為に、基板１４は不透明な層を有しその下の
基板１４の素材を覆うものとする。その不透明な層は、
レーザ入射光１３の大部分を反射してしまい、その下の
基板１４の素材からの反射は少ないと言うモデルを考え
る。例えば先行技術で知られているように、４８８ｎｍ
の波長に於て反射防止型クローム（不透明な層）は反射
率１１％だがその下の基板素材の石英はそれが、４．５
％と低い。

【００８１】図１７は、光ビーム１３が基板１４の表面
を走査しつつ進むと言う仮説のもとで、各々正規化透過
光信号と正規化反射光信号３５０と３５２を示すが、こ
こで横軸は時間或いは走査距離と考えて良い。光ビーム
１３が基板１４の表面の覆われていない露出部である透
明石英面を走査する時は、正規化透過光３５０信号のレ
ベルは１であり正規化反射光信号３５２のレベルは０で
あってこれは図の領域３４０に示した。更に、光ビーム
１３が基板１４の表面の覆われている不透明層上を走査
する時は、正規化透過光３５０のレベルは０であり正規
化反射光信号３５２のレベルは１であってこれは図の領
域３４２（遷移領域）に示した。光ビーム１３が基板１
４の表面の覆われている不透明層或いはクローム回路図
形の端部に来た時は、正規化透過光３５０のレベルは１
から０へ変わり、一方で正規化反射光信号３５２のレベ
ルは０から１へと変わるのであって、この事情は図の領
域３４１に示した。

【００８２】以上の仮説ではもし欠陥さえ無ければ、基
板１４の上の同じ点に於て透過光信号と反射光信号の関
係は常に互いに補完的であるので、その結果それ等の和
は一定値即ち不変である。この模様は、図１７に於て和
信号３５４があって各信号３５０と３５２から０．５の
オフセット（ずれ）となって示してある。かくして、も
し和信号に於て前記特性からの逸脱があれば、それは欠
陥の探索信号と解釈する事が出来る。以下の文では、本
発明の基板検査装置並びに方法の第２形態に於て、この
仮説モデルの幾許かの欠点述べ且つかかる欠点を全く無
くする。即ち最終的には、以下好ましい実施の形態を詳
述する事に依って前記欠点に支配されない方法を提供す
る。

【００８３】図１８には現実的な光学系に於て、そこで
観察される典型的な諸信号を図１７と同様な状況で示し
た。描かれているのは、透過光信号３７０、反射光信号
３７２と和信号３７４であって左端では０．５のオフセ
ットが見られ、これは図１７の領域３４０と同じ状況で
ある。図１８のこの領域では、信号値は欠陥が無い場合
の透明基板の代表的例である。図１８に於て、正規化光
信号３７２に凹線３７３が観察され結果として和信号３
７４にも凹線３７６が観察されるが、これは基板１４上
の不透明クローム図形上の欠陥に起因する。図１８で正
規化透過光信号３７０にて右端に見られる凹線３７１
と、対応する正規化反射光信号に３７２見られる凹線３
７５とは結果として和信号３７４に凹線３７７を形成す
るがこれ等全て基板１４上の透明露出部上での粒子汚染
に起因する。前記の典型的状況の場合、図１７の３４１
領域と同じように和信号３７４も遷移点で一定値０．５
の値からずれて逸脱する事に留意するべきである。

【００８４】これらの遷移領域は基板１４上でクローム
図形端部の近傍点（これは基板上の不透明層と露出して
いる透明基板素材の境界点）と一致する。そのような逸
脱の例は、図１８に於て凹線３７８として現われる。そ
のような逸脱が凹線３７８として現われるのは、基板１
４上のクローム図形端部での光散乱現象に依るものと、
透過光と反射光との光路が部分的にコヒーレンス・パラ
メータのミスマッチを起こす事に起因する。典型的なケ
ースでは、和信号に於てクローム図形端部で見られる一
定値からの逸脱はその幅に於て基板１４の上のサブミク
ロンサイズの汚染で凹線３７７の場合と凡そ同程度であ
る。従って、反射光信号１７と透過光信号１５との和信
号を用いてサブミクロン粒子汚染とクローム図形端部に
関して充分に良い識別をする事は出来ない。基板１４上
で、現実的且つ実現可能な光学のサブシステムをもって
自動的に表面のクローム図形と汚染を識別可能にする方
法については、以下の図１９から図２２に示そう。

【００８５】図１９は、基板１４上を光ビーム１３が偏
向し走査する時その各点で、各正規化透過光と反射光信
号対の一群を示すが、この場合欠陥は一切無いものとす
る。図１９では、正規化透過光信号は横軸４００に対し
てプロットしてあるが、基板１４上で同一点に於てのこ
の透過光と対をなす正規化反射光信号は縦軸４０１に対
してプロットしてある。以上、図１５の系に於ける結果
について述べたが、電子式サブシステム２０は、透過光
信号１５と反射光信号１７を共に０と１の間の値に正規
化し且つオフセット化する。それで例えば、図１９の領
域４５０の信号対は、基板上では反射光信号が透過光信
号に比べて格段に大きい点に対応しており不透明層即ち
クローム層を意味する。勿論、不透明層即ちクローム層
は入射光を減衰させる為に透過光は小さいが一方に於て
その反射率は１１％にも及び反射光は光検出器３６に入
射される。同様に、図１９の領域４５２の信号対は、レ
ーザビーム１３が石英基板の露出部を走査する場合に対
応している。領域４５２の値は光ビーム１３を相当量透
過させるような基板１４の点から得られる結果で透過光
は大きな値として検出されるが、一方に於てその反射率
は４．５％と小さく検出される。それで、図１９の中間
領域４５５はレーザビーム１３がクローム図形の端部を
走査している場合を表す。

【００８６】Ｔ−Ｒ（Ｔは透過光をＲは反射光を表す）
空間に於て（座標系は横軸がＴで縦軸がＲ）現実的且つ
実現可能な光学的サブシステムの実験結果を曲線４２０
で示すがこれはなだらかな包絡曲線４２１で囲まれた領
域の中に包含されている（留意するべきは、曲線４２０
の形は諸条件で変わって来る事であり、その要因は、レ
ーザ光学系１１の動作特性、基板１４の素材とその表面
状態等である。従って、各光学系とか基板の素材の設計
に依ってそれぞれ独特な曲線４２０をＴ−Ｒ空間で形成
する）。それで、基板１４上の各々の観察点、もしくは
ピクセルは、Ｔ−Ｒ空間にて点として表され、そこでの
Ｔ値、Ｒ値がそれぞれ透過光及び反射光の正規化された
信号値として理解する事が出来る。透過光及び反射光の
正規化された信号値を与えるピクセルがもし許容包絡領
域４２１の中にある時は、欠陥は無しと考える事が出来
それ以外のケースは全て欠陥の存在を意味するかもしく
は雑音が発生した場合であろう。検査が実行されるに際
して許容値があり、あるピクセル対がその許容範囲を越
えると欠陥と考えられるのであるが、その許容範囲は包
絡領域４２１の幅及びその境界の曲線４２０からの距離
で決められる。

【００８７】包絡領域４２１の幅はかくして検査許容値
を意味するが曲線４２０上の点に依って種々の条件で変
わるのでユーザは、その許容値を調整する事が出来るの
で、有害な欠陥は厳しく又有害で無い欠陥は緩めれば良
い。一例を述べると、基板上の露出部での欠陥を同定す
る際の感度と不透明クローム膜上の粒子欠陥を同定する
際の感度とを別々に独立して決める事が出来る。ユーザ
は、必要に応じてＴ−Ｒ空間全体を含んだ 複雑な許容
値のセットを設定する（包絡領域４２１の幅はＴ−Ｒ曲
線４２０に沿って均一である必要は無い）事が出来る。
ここで、本発明の第２形態である基板検査装置の一つの
特徴は図１９のＴ−Ｒ座標空間系に集約されると言って
良い。それで、上述の許容値を決めそれで包絡領域４２
１が定義されておりその範囲からＴ−Ｒ曲線の構成点が
外に出た時は、実空間でのその存在場所はどうであれ欠
陥が確認された事になる。今迄のところ、基板のアライ
ンメント（位置関係の）仕様に関して或いは、欠陥の存
在場所の座標をメモリの中でどう管理するかについて
は、未だ触れていない事に注意すべきである。先願と違
い、本発明のシステムは比較法ではないので基板上の欠
陥の位置即ち物理的座標を知って欠陥を実際に再確認す
る必要はない。全ては、各検査に際しての基板の表面条
件に従って正しい許容値を決める事、そして包絡領域４
２１の定義に従ってその範囲からＴ−Ｒ曲線の構成点が
外に出るかどうかを調べて、もし出た点が見つかれば、
欠陥が確認された事になる。

【００８８】本発明の第２の実施の形態である基板検査
方法に於ては、Ｔ−Ｒ曲線の構成点が連続的である必要
は無く、又重要でもない事を述べておく。例えば、第１
点は４５０で示される領域に来る事もあろうし次の５５
点は４５２領域に来るかもしれないし、更に次の６点は
再び４５０領域に来て次は１点が４５５領域そしてその
又次の２点が再び４５２領域等々と続く場合もあって、
それでも良いと考える。即ち、欠陥の存在を確認するの
に前記の状況での事柄の順序も又重要でないと言える。

【００８９】本発明の第２形態である基板検査装置及び
方法の開発時に他に先駆けて発見した特徴は、Ｔ−Ｒ曲
線の構成点のＴ−Ｒ平面内での位置は基板表面の単位ピ
クセルの物理的特性を、或いは欠陥の場合はその種類を
表す事が解かった。それで、本発明の第２形態である基
板検査装置及び方法の第２の特徴は、自動欠陥分類を実
施するに当たって、前記のＴ−Ｒ探索空間を応用する事
である。これ等の発見及び考案をもって、本発明の第２
形態である基板検査方法は少なくともＴ−Ｒ空間を使っ
て欠陥の種類を同定する課程を有する事にある。それを
行なう為、Ｔ−Ｒ空間で欠陥無しとされる包絡領域４２
１を先ず決めるならば、検査されている基板１４の上ピ
クセルに関して、Ｔ−Ｒ対が作る曲線の構成点を見て、
それが包絡領域４２１の外か内かで欠陥か非欠陥かを直
ちに決定する事が出来る。その上、Ｔ−Ｒ対が作る曲線
の構成点の位置でもって、もし望むなら、欠陥の型と種
類に関しての解析を可能とする。前記の如く無欠陥境界
を決定する方法で使う平面座標系の図形並びに種々欠陥
分類する為のゾーンを含む図形を総合的にＴ−Ｒ参照地
図と命名し更に以下に議論を進める。

【００９０】本発明の第２形態である基板検査方法で
は、ＴとＲで代表される基板上の一点での測定値にだけ
依存するようにしているので、欠陥探索プロセスは、参
照比較（ダイ・ツー・ダイ或いはダイ・ツー・データベ
ース法）に依存することはなく、従って基板を全くアラ
インメント（位置合わせ）する必要も無く、この点も米
国特許第４，９２６，４８９号と異にするところであ
る。前記を確認した上で、全体的位置合わせ課程を導入
し基板を参照格子に位置合わせすると、もしユーザが望
むなら、レチクル基板上で欠陥の存在位置の決定に役立
たせる事が出来る。しかしながら上に述べたように良、
不良を検査するだけなら、欠陥の物理的位置情報は無用
である。

【００９１】図２０は、代表的なＴ−Ｒ参照地図であっ
てこの議論で関心のある基板で種々の欠陥領域を有する
場合についてプロットしたものである。一例を述べる
と、反射防止型クローム図形上にある粒子汚染は、４７
０領域に代表される如く低いＴ値を有し中間のＲ値を持
つだろうし、露出基板上にある粒子汚染は、４７４領域
に代表される如く高いＴ値を有し低いＲ値を持つだろう
し、クローム図形の端部にある粒子汚染は、４７２領域
に代表される如く広い範囲のＴ値とＲ値を持つだろう
が、この場合共に低い値、或いは一つだけ高い値で他は
低い値とか諸々になろうし、反射防止型クローム図形が
あるべき所に無い様な欠陥では、４７８領域に代表され
る如く高いＲ値と低いＴ値の組合わせになろうし、大き
な欠陥の場合は、４８０領域に代表される如く共に低い
Ｔ値とＲ値を持つだろうし、反射防止型クローム図形が
エッチングで薄く残った汚染膜では透過性を有し、特性
曲線４２０の右上の領域４８１にピクセル点が来るので
ある。

【００９２】或種の欠陥の場合、Ｔ−Ｒ成点のみでは欠
陥探索に於て感度不十分な事（Ｔ値或いはＲ値の変化が
基板１４上のこのピクセルに関し充分でない事もある）
も起こる。そのような或種の欠陥とは、石英基板内部に
完全に潜っている例が考えられる。上の例では、透過光
信号値Ｔは若干変わっても、反射光信号値Ｒは全く変わ
らない。図２０から解かるように、正規化特性曲線４２
０は大きいＴ値に対して勾配はやや小さくなっている。
それ故に、例え透過光信号値Ｔだけが変わってもＴ−Ｒ
構成点の組み合わせで考えると包絡領域４２１の外には
み出る事は起らず従って、Ｔ−Ｒ空間のみでは検知不可
となる。

【００９３】しかしながら、もし仮に正規化透過信号値
を走査距離に関して二次微分演算Ｔ″を行ない透過光信
号値Ｔに対してプロットして見ると、Ｔ″は「端」の存
在を表し図２１のようになり、上述の如き不可能であっ
た欠陥ですら同定出来ることがわかる。図２１に示すよ
うな座標平面をＴ−Ｔ″検知空間と呼ぶ事にするが、更
に本発明の第２形態である基板検査装置及び方法の第３
の特徴は、自動欠陥分類を実施するに当たって、このＴ
−Ｔ″検知空間を使用する事である。Ｔ−Ｒ空間と同
様、Ｔ−Ｔ″参照地図が考えられるが同様に欠陥無しの
領域に注目すると、包絡曲線５０６で囲まれる領域に相
当するが、他にも興味ある領域は存在する。 この場
合、透過光信号に変化がもたらされると５２０域内であ
ってしかも包絡曲線５０６で囲まれる無欠陥領域の外側
でＴ−Ｔ″曲線に変化に対応する点が形成される、即ち
新たにプロット点が見い出される時、稀に観測ピクセル
がクローム図形端部の近傍にあって欠陥とは異なると言
う紛らわしいケースも発生する。従って、Ｔ−Ｔ″空間
のみでは、端部と欠陥の必要な区別は出来難い。この状
況に於ける検査を以下に更に突込んでで説明しよう。

【００９４】本発明の第２形態である基板検査装置並び
に方法を開発している際、反射光信号Ｒに関しその二次
微分値Ｒ″をＲに対し上と同様にプロットするＲ−Ｒ″
図の重要性を本発明者等が発見した。前と同様に図２２
は、Ｒ−Ｒ″空間を描いているが、この活用は本発明の
第２形態である基板検査装置並びに方法に於ける第４の
特徴であると言える。特性曲線６０３は、Ｒ−Ｒ″空間
でのＲ−Ｒ″の基本的な関係を示しそして領域６０７
は、欠陥でないピクセルの集合から構成されこれが最も
関心ある領域と言える。一つの興味ある領域は、仮に考
えられる無欠陥６０７領域でありこれを中心に、Ｒ−
Ｒ″参照地図が考えられる。その他関心を寄せるべき
は、６０５域であってこの中に存在するピクセルがある
時は、多分レーザ光が不透明膜上を走査している状態を
示すと考えられ従って、Ｒ値は高く、Ｔ値は低く、Ｒ″
も小さい。更に関心を寄せるべきは、６０９域であって
この中に存在するピクセルがある時は、レーザ光の走査
は仮に石英の露出部上にて行なわれている状態を示すと
考えられる。更に三番目関心を寄せるべきは、６３０域
内の点であって、クローム図形端部の近傍とは異なり、
図２１でのＴ−Ｔ″空間に於ける５２０域にこの同じ点
が存在する場合がある。以上の二条件が揃うと、このピ
クセルは透過率欠陥が考えられる。最後に、不透明膜で
あるクローム図形上に残留物の汚染があるとそれに対応
するピクセルは、Ｒ−Ｒ″平面に於て領域６２０に含ま
れて存在し、この場合相当するＲ、Ｒ″の値からそれは
反射欠陥を意味する。

【００９５】かくして今日の先端を行くマスク、レチク
ル基板上で、積極的に可能な限りの欠陥を探索し分類す
る為には、Ｔ−Ｒ、Ｔ−Ｔ″且つＲ−Ｒ″空間でどの欠
陥対応領域にピクセルが分布するかを調べれば良い事が
分かる。そこでこの情報をもってすれば、電子式サブシ
ステム２０でもって座標情報と前記欠陥対応領域とを関
連づけて前記各超空間に関して別々に欠陥対応領域毎の
（４５２、４５５、４７０、４７２、４７２、４７８、
４８０、４８１、５０５、５０７、５０９、５２０、６
０５、６０７、６２０、６３０の各領域等々）レポート
を発生する事が可能である。更に、以上のようなレポー
トをもって電子式サブシステム２０はその後論理的に前
記複数レポートを加え合わせ意味ある「最終レポート」
に纏め上げる事が出来るが、このレポートは前記各Ｔ−
Ｒ、Ｔ−Ｔ″且つＲ−Ｒ″空間との関連に於て種々な情
報を含む事になる。この「最終レポート」はピクセルの
型コード及び２進数に依る欠陥表示値を示す事が出来、
ここに欠陥表示値とは欠陥の存在或いは非存在を示すも
のとする。

【００９６】このような情報をもってして、且つ特にプ
ログラムする事に依って多くのレポートをこのシステム
は発生するように出来る。その一例は、全基板上で欠陥
の種類別に分類合計を計算する等である。多数の欠陥の
「型分類項目」が考えられるが、これは二つの変数、
Ｔ，Ｒに於てＴ−Ｒ、Ｔ−Ｔ″及びＲ−Ｒ″の組み合わ
せがあって、前記のようにそれを活用し得る為である。
しかしながら前記で論じたように、例えば或種の透過不
良のように、図２１のＴ−Ｔ″の５２０域と同時に図２
２のＲ−Ｒ″の６３０域でもピクセルが存在して始めて
欠陥として確認される形で見つかる場合がある。

【００９７】前記例では、透過不良の「最終レポート」
は二つの別空間から共に透過不良の事象があって始めて
報告されるようになる。この種のレポートでは論理積の
ＡＮＤが実施されるがその条件は、Ｔ−Ｔ″空間で５２
０域にピクセルが存在し且つＲ−Ｒ″空間で６３０域で
ピクセルが報告された時に限る。前記両方の出来事が明
白に確認されて始めて、透過率欠陥型の欠陥の存在を示
す「最終レポート」を発生する。よって、最終の欠陥探
索とその分類作業は多数の中間レポートを前記で示した
如く論理的に確認してその課程を経て達成する。

【００９８】或種の欠陥は多数のレポート群によって特
定条件下でのみ決定される、と言うのは前記で論じた欠
陥不良がそうだし、一方他種の欠陥の場合は一つのレポ
ート群のみで無条件に決定される。超空間の投影図を調
べて見て解かった事は、或種の欠陥は二次元空間で決定
されるし（この場合上述の一つのレポート群で可能なケ
ースを意味し、Ｔ−Ｒ、Ｔ−Ｔ″且つＲ−Ｒ″空間を用
いる）他のもっと難しい例では三次元空間が必要になり
（この場合上述の多数のレポート群で可能なケースを意
味し、例えばＴ−Ｒ−Ｔ″空間を用いる）、それでも難
しい場合は４次元或いは５次元等々となる。

【００９９】それで、予めプログラムされている電子式
サブシステム２０が、必要な論理命令を必要な順序で実
行して前記最終レポートを作るが、この時先に述べたよ
うに各領域からの個別レポートが先行して使われる。最
終欠陥レポートは、先ず種々条件付きのレポートを全て
集めてその論理積であるＡＮＤ操作を適当な順序で行な
って構成し、次に他の条件付きでないレポートとの間で
論理和であるＯＲ操作をして、もしいずれかの超空間の
領域に欠陥がある時は、条件付きであろうがなかろう
が、それを示すようにし（勿論超空間モデルは２つ、３
つ、４つ、５つ等の各空間を考慮する）、それから次に
欠陥分類型コードも対応して示すようにして、欠陥の分
類特性を示す領域がどれかを解かるようにする。

【０１００】実際には、検査するべきレチクル基板が決
まると、３種の検出超空間からの結果を集積して種々欠
陥型分類された欠陥が検出されるが、この時４つのピク
セルに関わる変数ＴとＲとＴ″及びＲ″を使用するがこ
の間の詳細は上に述べたように二つの変数を組み合わせ
て二次元検出空間を構成する手法が、本発明の第２形態
である基板検査装置並びに方法に於ける初期条件を簡単
化したものである。実際は、ＴとＲとＴ″及びＲ″を四
次元超検出空間として構成して、即ち四次元ベクトルを
取り扱って検査を実施する。更に追加すると、二次元に
関しては図２０〜図２２等で説明済みであるが、更に種
々に平面分割して分類の為の超多次元的な項目分類領域
を構成する時、もしも或る検査基板及び材料の組合わせ
に於て、先に述べた例での超空間群では不足の場合は、
前記検出超空間の別の組合わせとしてＴ−Ｒ″、Ｒ−
Ｔ″且つＴ″−Ｒ″超空間を活用する場合がある。

【０１０１】検査済み基板で、もし欠陥無しとなったな
ら、ＴとＲとＴ″及びＲ″を四次元超検出空間にて相当
の相関関係を持つと考える事が出来るので、本発明の第
２形態である基板検査装置並びに方法に於いてはこの冗
長性を利用する事が可能であって、この事実は観察因子
を対で解析し且つこの観察可能な因子、即ち四次元ベク
トルの二つを選んで二次元の平面（以下サブスペースと
呼ぶ事とする）に投影する事も出来る、即ち基本的に
は、四次元を分解して二つの座標系を選んで二次元の平
面に投影する時三つの組合わせがあり、その方が視覚的
に単純なので、欠陥に関して種々計算して同定する作業
が簡単化されるのである。

【０１０２】それで、本発明の第２形態の別の実施の形
態では、この事を効果的に使う事が出来て前記四次元ベ
クトルの或る二つ、例えば、ＴとＲ″を選んで上述の作
業をしても良い。更に進めて、上述の代替の超空間は必
ずしもここで述べる二次元平面への投影であることに留
まらず、当然であるが全四次元超空間を欠陥検出にその
まま用いても良く、この事は上で推論的に述べた。

【０１０３】図２４にてそのブロック図に示したが、更
に進めて、測定されたＴとＲ信号に関し交流フィルタを
かけて変調し他の観察因子を発生させる事が出来る。例
えば、測定値であるＴとＲ信号とに加えて、他の高次元
の観察因子をある測定値を用いて導入して相当する画像
地図を創造する事が出来る。よって、上述の二次微分関
数に加えて、より大きな特異係数を持ったたたみ込み演
算子（コンボリューション・オペレータ）にて演算を実
施すれば、他の信号が新たに得られてそれでもって別の
解析が可能になろうしこれ等に依って検査基板の新たな
別の特性を明確にあぶり出す事が出来る。

【０１０４】更に一般化した議論を展開する。今、任意
の数の観察因子（種々の次元の微分等の派生関数、又そ
のような選ばれた派生関数が限定的な信号値しか取らな
い事を考慮、積分関数、他の関数であってＴとＲを用い
て発生させる）が与えられると、観察因子の超空間から
派生する幾つかの任意のサブスペースを用いて解析する
事が出来且つそのようなサブスペースは多次元即ちｎ次
元であってここに、ｎは２から自然数ｎの間で任意の値
をとる。

【０１０５】既に論述したが、広範囲に行なわれる包括
的欠陥検出法では低次元のサブスペースの観察超空間を
使う場合はこのサブスペースの全てからの全情報を集め
る作業が必要であって、最終結果を出す時に参考にする
のが良い。特に図２４に於ては、検査基板の表面の透過
光成分と反射光成分のピクセル画像地図を用いて、７０
０で示した実際の透過信号Ｔに対しＭ回の演算を実行
し、７０２で示した実際の反射信号Ｒに対しＮ回の演算
を実行した状況を、図示している。ブロックの最初の段
に於て各々の種々演算は、一連のフィルタによって確認
され、それ等は、ｆｘ（Ｔ）とｇｙ（Ｒ）にて表現され
ている。上述の課程で、フィルタ群ｆ1（Ｔ）７０４と
かｇ1 （Ｒ）７０６は各々全パスフィルタであって、フ
ィルタ群ｆ2 （Ｔ）７０８とかｇ2 （Ｒ）７１０は各々
二次微分フィルタなのでそれ等を通過すると、ＴとＲ
は、夫々Ｔ″とＲ″になる。ブロックの最初の段に示さ
れている他のフィルタはここでは、ｆM （Ｔ）７１２及
びｇN （Ｒ）７１４で表されて居て、Ｔ且つＲ信号に対
し上とは別の機能で作用するので当然別の信号値を形成
するがこれ等は基板１４の他の特性を見極める上で有用
である。

【０１０６】図２４に於て、一段目のフィルタが考えら
れる二次元サブスペースを種々組合わせて欠陥検出を試
みる事を意味するのでそのフィルタを通った種々信号を
組合わせて、或いは少なくとも関心ある２つの座標の組
合わせて成るサブスペースのフィルタを配合するのが、
図の二段目の役割である。更に詳しく例でもって述べる
と、もしフィルタｆ1 （Ｔ）７０４とｇ1 （Ｒ）７０６
は各々全パスフィルタであるとし、フィルタｆ2 （Ｔ）
７０８とかｇ2 （Ｒ）７１０は各々二次微分フィルタと
すると、ブロック７１６ではＴ−Ｒ空間情報が集めら
れ、ブロック７１８ではＴ−Ｔ″空間情報が集められ、
ブロック７２０ではＲ−Ｒ″空間情報が集められ、ブロ
ック７２２ではＴ−Ｒ″空間情報が集められ、ブロック
７１４ではＲ−Ｔ″空間情報が集められ、ブロック７２
６ではＴ″−Ｒ″空間情報が集められる。図に於てこの
段に示された他のブロックは他の組合わせの信号を集め
る事に依って、対応する二次元空間の信号値を提供する
事を目的としている。

【０１０７】それから、図の二段目の各ブロックでの検
出結果は三段目の論理的欠陥収集機能７２８に入力す
る。論理的欠陥収集機能７２８は実際は、二段目の各ブ
ロックに於て、独自の欠陥信号対値を確認するべくプロ
グラムされたマイクロプロセッサをもって実現させ、全
欠陥に関わる包括的な報告、当然であるが二段目の種々
のブロックの各信号対が表わしている欠陥全てを網羅し
つつ、準備させるように構築する。

【０１０８】［二次微分値の計算］ここでは、ＴとＲ各
信号から、上述の二次微分値の計算のやり方を論ずる。
この変換の実施に点集合関数が関わるわけではないが、
実際には画像の質を保ちつつ二次微分値の計算と解析す
る事が重要であり、その為には或るピクセルに関し、そ
の近傍で多くのピクセルのデータが存在する事を要す
る。本発明の第２の実施の形態である基板検査装置並び
に方法にては、参考データを還元して座標を持たない統
計的表記にするのが有効である。参照地図は、或る観測
点での基板の期待特性に関わる情報を保有するものでは
ないが、どちらかと言えば、全体の中ではその観測点或
いはその近傍領域での統計的特性を表現している。再び
強調するが、本発明の第２の実施の形態である基板検査
装置並びに方法に於ては、参考画像とテストされる画像
とを直接比較する事は、一切必要が無い。即ち、ダイ・
ツー・ダイも、ＣＡＤを用いるダイ・ツー・データベー
スも、必要は無い。

【０１０９】二次微分値の計算方法を議論する前に、図
２３（ａ）を参照し、基板１４上の今関心ある領域での
ピクセルの透過光信号値に注目したい。議論の為、画像
は各ピクセルの透過光信号値に依る行列即ちマトリック
スｔ_x,y として示してあって、そのサイズは、ｎ×ｍ
（ｎ行ｍ列）なるマトリックスを意味する。ここで注目
すべきは、基板１４上の現検査領域でのピクセルの反射
光信号値は同様領域で同様面積を観測すれば同様の値と
なる。反射光信号値に関しては透過光信号値と同じく扱
い図２３（ａ）で唯ｔをｒと書き変えれば済む。二次微
分値の計算する目的は、観察点が何処かとの問に対し
て、クロームパターンの端にあるのかあるいは、欠陥の
上にあるのかについての情報を与える為である。二次微
分値の計算は、与えられた画像に関して線形コンボリュ
ーション計算（たたみ込み演算）をすれば良い。

【０１１０】図２３（ａ）のｔ_x,y にて示される一例の
ように、画像の中の各ピクセルは、それを中心にその周
りの矩形Ｌを考えそれを構成するピクセル群を想定し、
この例では３x ３であり、 ｔ_x-1,y-1 ｔ_x-1,y ｔ_x-1,y+1 ｔ_x,y-1 ｔ_x,y ｔ_x,y+1 ｔ_x+1,y-1 ｔ_x+1,y ｔ_x+1,y+1 が前記線形計算の入力値であって、これでもって中心
値、即ち前記ピクセル値の二次微分値ｔ″_x,y をｔ_x,y
から計算する事が出来る。そのたたみ込みの演算式は、
次のようにマトリックス演算子を用いてせ表わすことが
出来る、

【数５】

【０１１１】かくして、図２３（ｂ）で定義される二次
微分マトリックス演算子の内容は、数学的には以下に表
す事が出来る。

【０１１２】

【数６】

【０１１３】しかしながらこのマトリックス演算子で
は、透過光ピクセル画像の端部で劣化即ち精度が落ちて
しまって、結果のＴ″画像マトリックスは、図２３
（ｂ）に--で示す様にその行列の最外行並びに最外列の
所でそれ等の値が確定しない。

【０１１４】二次微分関数の演算を実行する為の矩形マ
トリックス演算子Ｌの選択に関しては多くの選択肢があ
る。矩形マトリックス演算子Ｌに関してここで論ずるの
はランバート法（Ｌは、ランバートの演算子）と言われ
広く知られているが、これは二次元にて変換が行なわれ
ている故に、二次元でその対称性がある。この例でＬが
選ばれた理由は、それになるべく強い円対称性を残すこ
とが出来るような他の観察域に於て仮想的な反応が生ず
る事を狙った為である。それで、このようにして、Ｔか
らＴ″へと同様にＲからＲ″の変換を前記のような演算
をしている。内容を解かり易くする為、ここでピクセル
画像に於けるＴとＲの二次微分値の上述の計算は近似的
にハイパスフィルタＬ即ちマトリックス（７）式にて実
施したが、ここに、ｃ＝0.1817536 、ｄ＝0.01539003、
且つｖ＝ｈ＝-0.0648287としている。

【０１１５】

【数７】

【０１１６】デジタル化されたされたピクセルデータに
関し他の別のたたみ込みマトリックス計算の例は、次の
ように画像を光学的に処理する際、サンプリング以前
に、広く知られたコヒーレント光のフーリエ法に依るフ
ィルタ技術を使う事も出来る。

【０１１７】［参照地図の作成方法］上述のように、探
索超空間としてはＴ−Ｒ、Ｔ−Ｔ″それからＲ−Ｒ″が
使われており、検査基板の検査特性を調べることが出
来、この時欠陥が無い領域は飛ばして進める事が出来
る。実に、本発明の第２形態である基板検査装置並びに
方法に於ては、各Ｔ−Ｒ、Ｔ−Ｔ″且つＲ−Ｒ″超空間
にて、検査を飛ばす事が出来る。即ち、無欠陥領域の境
界を定義する上での巧妙な手法は、「飛ばし」に尽きる
のである。満足な欠陥探索を実行する上で各参照地図内
での前記無欠陥領域を正しく定義する事は必須である
が、その上で各参照地図は欠陥分類地帯を内包し得るの
で、必要に応じて検査課程に於てその結果の内容に応じ
て前記欠陥分類地帯を調整する事が出来る。実験結果に
依れば、基板特性は種々条件で色々に変動するのでそれ
故に無欠陥領域の境界は各基板で個別に決定する必要が
あるのは自明であり、それに依って始めて検査感度が最
適化される事になる。反対に、欠陥分類の領域は、更に
一般的であって検査手法に依存しない、むしろ基板の特
性に依存すると言えるので分類に伴う誤謬は欠陥探索に
於ける誤謬と比べてそれが与える損失は少ない。それゆ
えに分類のゾーンに関してはは、実際上それ程頻繁に調
節する必要は無く従って経験的に長期に亘って欠陥の内
容を統計的に分析して調節すれば良い。この節の意図
は、通常の無欠陥の基板情報が如何にして得られるかを
説明する事にあり、それに関連して探索超空間内でその
結果を如何に記号化するかの詳細（実験的な欠陥の形状
の判定法並びにＴ−Ｒ及びＴ−Ｔ且つＲ−Ｒ″空間内の
無欠陥と認定する領域を如何に決めれば良いのか）を論
ずる。

【０１１８】さて以下に、Ｔ−Ｒ参照地図内で無欠陥領
域を解析的に決める方法を示し、よってこの参照地図に
引かれるべき無欠陥領域の境界線をＴ−Ｔ″並びにＲ−
Ｒ″参照地図上で如何に決定するかを論ずる。生産現場
で、欠陥か否かの或る許容境界を得て基板検査を実行す
るに際し、一般的には、参照地図を製作する作業事自体
は教育課程と同様と見做す事が出来る、と言うのは、選
ばれた同種の複数の基板に於て、標準的な基板特性をサ
ンプリングに依ってその代表例を探しその無欠陥領域の
検査例をコンピュータ内に集積して後の活用の為の参照
ファイル（教師）とする事の反復実行であって教育課程
と類似している。参考曲線を確定する作業は、一つの基
板だけを使って行なう事が出来るが、但し勿論多数を用
いた方が統計的に正確になるしその上、偶々、欠陥が紛
れ込むと言うエラーも統計的に薄められるので望ましい
と言う点に注意すべきでる。かくして、先ず検査装置セ
ットアップ即ち稼働の為の準備が必要になり、このため
基板からサンプル領域を設定し、この同一領域に於て
Ｔ、Ｒ、Ｔ″且つＲ″信号をサンプル点にて測定しその
後これ等信号値は探索超空間内でサンプル自体の記録と
してグラフにする。各種の参照地図上で無欠陥領域のセ
ットアップデータを確立する為に使う或種の特に選ばれ
た基板に於て欠陥を含まないピクセル群の真の統計的性
質を近似的に表現する為に、上に続いて前記データ記録
は以下に記述するフィルタを通す変換作業を行なう。よ
って、これは２進数でもって欠陥有無を表現する各点を
多数集合させて参照地図を作製する課程そのものであ
る。このようにして開発する参照地図は、他の値にも発
展して展開する事が出来て、欠陥の分類作業をする目的
で更に符号化をする事が出来る。或る出来の良い検査基
板を探しそれを代表的参考サンプルとして使う為に、特
にその基板の上の代表的なフォトリソグラフのパターン
を選んで、先ずその中の或る代表領域を選ぶ。

【０１１９】このようなサンプル領域は検査装置のオペ
レータ（操作員）が選ぶ事が出来るが、勿論システムコ
ンピュータが制御して自動的に選ぶ事も出来る。参考サ
ンプル領域の選択に関しては、上の２種のどちらの方法
で前記地域の特性調査を行なっても、重要な事はこの参
考サンプル領域が無欠陥である事を本当に確認する事に
ある。一旦、参考サンプルが選択されれば、それの透過
光反射光の像はすぐ得られる。この時点で、各参照地図
内の無欠陥領域を選ぶ為に沢山の方法が応用出来る。こ
れ等多数の中から自動計算で行なう事が出来るものにつ
いて以下３つの例を述べる。例えば、Ｔ−Ｒ平面を考え
バイナリー（２進数）の１が割付けられた少なくとも１
つのサンプルのピクセルが占有するとした時、このサン
プルの全ピクセルに関するバイナリー散乱プロット(bin
ary scatter plot) をそのＴ−Ｒ平面内に描く事が出来
る。前記Ｔ−Ｒ平面で残り全ての領域は、占有されてい
ないので当然ながらバイナリー（２進数）の０を割付け
る。これが即ち、バイナリー散乱プロットである。

【０１２０】さて図２０に戻って典型的な例では、前記
の占有されている点は包絡領域４２１の中の塊りに集中
してしまうと考えて良いが、但し非占有点がその包絡領
域４２１に稀に紛れ込んでも良いし、もしサンプルに異
常があれば占有点の一部がその包絡領域４２１からはみ
出す事もあろう。次に、このバイナリー散乱プロットを
使って包絡領域４２１の中に全構成点が唯一つの値を持
つような接触領域を形成し、残りのＴ−Ｒ平面は全て０
であって、この接触領域を囲むようにする。前記を実行
する為には、例えば著者 Anil K. Jain （ジャイン）に
依る文献“Digital I mage Operation デジタル画像操
作”１９８９年 Prentice-Hall, Englewood Cliffs 社
刊の３８４ー３８９頁にあるような、標準２進形態学的
演算を行なう事が出来る。代表的議論をすれば、最初に
捕捉したピクセル間に存在するサンプルの塊り全体の中
に存在する全空隙を少くとも取り除くに充分な大きさの
対称カーネルを用いて、「絞り」作用を最初に施す事が
出来る。結果は、２進数の分布であってその中は満たさ
れており、その分布は展開して広がる。同様に、対称カ
ーネルを用いて必要なサイズの参考包絡領域を生成する
為に浸食作用を施す事が出来る。

【０１２１】このようにして最終参照包絡領域のサイズ
を調整して、検査感度は操作する事が可能であるので従
って最終の検査作業の性格と規模も操作する事が出来
る。包絡領域に与える絞り作用が感度を減らす一方で、
侵食作用は、反対の効果を与えて感度を上げる。一般に
最終の包絡は、サンプルの塊りより大きいがその理由は
最終のサンプルの塊りは単に統計的な無欠陥点の分布の
一部を代表するに留まる為である。サンプルデータをも
っと正確に表現するには、前出のバイナリー散乱プロッ
トよりは、Ｔ−Ｒ超空間に於て前記参照サンプルの多値
ヒストグラムを用いる方がむしろ望ましい。

【０１２２】Ｔ−Ｒ超空間内で無欠陥領域を定義する為
サンプル基板が検査且つ走査されている時、この前記手
法を用いて、Ｔ−Ｒ超空間内の各座標について実際に前
記データの数量管理を行なう事が出来る。この多値ヒス
トグラムを次に積分フィルタを通じて円滑化を実施して
後、閾値にて選りわけて２進数値の参照地図へと変換す
る事が出来る。前記多値ヒストグラム法の長所とは、Ｔ
−Ｒデータ点がその発生頻度に応じて加重平均化されて
その為に滅多に起こらないＴ−Ｒデータ点はこの課程で
頻繁に起こるデータ点が強調されるので実体をより良く
表わす事が出来る点にある。また、最後に閾値にてより
わけてので滅多に起こらない異常値は最終Ｔ−Ｒ参照地
図から除外する事が出来る。更に、積分フィルタの幅を
調整して感度制御を幾分成し遂げる事が出来る。

【０１２３】別の技術があって、無欠陥域を定義する目
的でサンプルのヒストグラム加工が可能な事を示すが、
それはハラリック(Haralick)氏等の論文によって説明が
試みられている多値形態学(Multi-valued Morphology)
を用いるものである。その文献は、論文“Image Analys
is Using Mathem atical Morphology ”「数学的形態学
に依る画像解析」であって、１９８７年７月発行の IEE
E Transactions on Pattern Analysis and Machine Int
elligence, Vol PAMI-9, No. 4 に記載がある。この処
理の方法は、既に述べた２進法形態学の多値への延長で
あって、絞り込み作用と侵食作用を多値機能に応用した
事に集約される。この方法は前の二つの方法を複合化し
たものであって積分フィルタの代わりに多値を扱う絞り
込みと侵食の両作用を用いて円滑化されたヒストグラム
を得て更に最後に適当な閾値で「よりわけ操作」を行な
って参照地図を２進数値の散乱図に還元するものであ
る。

【０１２４】［他の実施の形態］本発明の第２の実施の
形態である基板検査装置並びに方法に関しては前記で論
述したように、レーザを備えた掃引光学系でもって透過
光信号並びに反射光信号を対として同時発生を行なう事
が出来るが、欠陥検査且つその分類をする目的の為に
は、他の適当な画像走査方法を考えても良い事は当然で
あって、そのような方法の十分条件は、透過光信号並び
に反射光信号を対として同時発生を行なう事が出来れば
良いのである。更に、欠陥検査且つその分類をする上述
の手法は如何なる画像走査課程に対しても応用が可能で
あって、この時に画像走査課程としては時間的に整合し
ている多数の光学的信号を発生するように整える事が出
来れば良く、基板との位置及び方向関係を考慮して光検
出器をセットし基板に光源からの光を任意の角度で入射
させるようになっていれば十分である。探索超空間の所
で述べてあるが、観察可能な物理量として、Ｔ、Ｒ、
Ｔ″及びＲ″に限定する必要は無く、観察可能な物理量
相互間に相当な相関関係が確立していて参照地図を製作
出来るような組み合わせなら十分に検査並びに分類が出
来ると考えて良い。

【０１２５】欠陥を探索し分類する別の方法は、神経の
ネットワーク網を使うものである。例としては、探索超
空間と参照地図を使う方法を上に公開したが、３層の後
方伝播型ネットワーク(backpropagationこれをＢＰＮと
略称す) に於ける入出力地図に依る手法に応用出来る事
をも見出した。ここでＢＰＮに関しては、著者 J.A.Fre
eman and D.M. Skapura、文献、“Neural Networks - A
lgorithms, Applications, and Programming Technique
s”「ニューラルネットワーク--- アルゴリズム、応用
そしてプログラム技術」出版社 Addison-Wesley （マサ
チュセッツ州レディング）の８９乃至１２６頁に詳し
い。前述の神経のネットワークの応用では、その必要条
件は以下の点を除いて前記と同じである。

【０１２６】典型的ＢＰＮに関しては図２５に示したよ
うに、３層のニューロンで構成されている。即ちそれ等
はそれぞれ入力層、中に隠されたプロセス層及び出力層
である。ニューロンの各入力層は観察可能な物理量（こ
れに関しては上にて述べてあるが、図２３（ａ）及び図
２３（ｂ）のＴ，Ｒ信号に関して矩形ピクセル群の近傍
の単一ピクセルがその例である）を受け入れて入力とす
る事が出来てそれを隠されたプロセス層である第２層に
送り込むのでその２層の各ニューロンは各々該当する第
１層からの信号を受け入れ、それぞれ独自にプロセスを
加えて出来た信号を出力すると各第３層のニューロンは
前記信号を各々対応する隠された層から受け入れてそれ
ぞれ独自の出力信号を出力する。よって、各ニューロン
は前段の層の回路節を通じて入力信号を受け入れ、それ
を組み合わせてその重み平均に依る線形活性化関(linea
r activation function)にて決まる各信号を出力する。
その各々の重み平均に依る線形活性化関数にて決まる各
出力信号は、前記第２層及び第３層の各回路節に於て独
自にバイアスがかかりそれに応じて変化を起こす事に依
って学習するプロセスを経て決まる。

【０１２７】バイアス関数は計算後各バイアスユニット
にデータを入力する場合と、或いはそうでは無く教育を
実行してデータを修得させる場合とに分けられる。後者
では、ダイナミックな環境で教育が実施されるので、あ
る場合は他の作業が進行中であって全ての可能な結果が
出力端で解かっていない事態も起こる。この学習課程を
更に詳しく記述する為、以下にもっと議論を展開する。
ここで重要な事は、実際の動作では、たとえ第２、３層
の各回路節が前段の各回路節を通じて信号を受け入れる
時、或る特別な回路節の特別な機能に注目した場合に必
ずしも全ての入力信号が活性化して使われている訳では
無いと言う事である。

【０１２８】前段の全回路節と次層の各回路節への結線
は、ＢＰＮの製造時に単に標準化された結果であるに過
ぎなく実際は種々信号の効果は、時として前記信号に興
味が無いようなケースでは決定的にその回路節で無視さ
れる事もあるのである。即ち、本発明の第２形態である
基板検査装置並びに方法に於ては、隠れた第２層の回路
節に加わるバイアスを調整して、例えば入力層（第１
層）からのＲとＲ″信号を無視してしまいＴ、Ｔ″空間
にて種々データの値の近似値を発生させる事が出来る。
よってそのようなBPN は、入力層に４つのニューロンを
持たせ４つの観測可能な物理量Ｔ、Ｒ、Ｔ″及びＲ″を
それぞれ受け持たせるようにし、データの異なる相関性
に対応して異なる活性化エネルギーを測定するような隠
れた層即ちプロセス層を備え、出力層である第３層とし
てはその各回路節に欠陥分類と対応したメンバー値を割
り付ける事が出来てメンバー値のセットを出力する事が
出来る、即ち欠陥分類（メンバー分類）を達成する。最
後の評価は、前記メンバー値が最大になるような分類項
目を選んで決定する。このような実施方法は実際は同じ
入出力の関係を解明する上で使う前述の場合の代替法で
あって、この関係を示す図を参照地図と呼んで来たが、
これが本発明の一般的な考え方である。実際、探索超空
間に於て、ＢＰＮの入力層は座標軸と一致させて考える
事が出来るし、出力層は欠陥を分類項目に割り付ける事
に相当し、隠れたプロセス層は解析論理結果の最適化し
て各入力信号に或る分類項目を割り付ける課程に相当す
るのであってその結果参照地図を作る事が出来る。その
ようなネットワークの後方伝播特性は、隠れた層と出力
層に於てその重み付けをする時に使って望ましい地図作
製が可能になるようにし誤謬を最小にする。

【０１２９】前に述べた学習課程はこの際採用する事は
容易である、と言うのはサンプルデータを前述の後方伝
播方式に乗るように供給し、この時重みを調整しつつ好
ましい出力を入力に組み合わせる事で達成される。その
上、後方伝播は、検査装置使用中でも欠陥の確認作業が
必要な時には何時でもＢＰＮが学習を続けるように配慮
するように出来る。この手法の他の変形は次の場合に応
用が出来る即ち、ネットワークにてＴ及びＲ信号を更に
フィルタを通過させて、１８ヶの入力ニューロンから成
る入力層を備えるようにし、この構成で９つの透過光信
号値と９つの反射光信号値を受け入れるようにし、それ
を３×３の近傍ピクセルにデータとして書き込むように
する。

【０１３０】本発明の第２の実施の形態である基板検査
装置並びに方法に関して、種々の動作態様を例として重
要なルーチンプロセス及び装置に関しの幾つかを列挙し
て述べて来たが、本関連技術に精通している個人が前記
記述を図を見ながら精読すれば当然新たなる種々の代替
的方法及び解法が浮かぶ筈である。それ故に、本発明の
第２形態である基板検査装置並びに方法の精神に於て、
上述の請求項は、本明細の精読に依って当然考え付く代
替案や変形例を全て含むものである。以上に好ましい実
施の形態に基づいて本発明を説明したが、この技術分野
で通常の技術を有する者であれば、本発明に種々様々な
変更及び修正を加えることが出来ることはいうまでもな
い。例えば、走査中にレーザ光線を掃引しないですむよ
うに、実施の形態のような線形の検出器３４を用いる代
わりに、米国特許第４、５７９、４５５号に記載されて
いるような時間遅れ集積センサを用いることも出来る。
このように修正した場合、レーザを光源として用いる
と、回転研磨ガラスを併用することによりＹ軸方向の干
渉性が破壊され、時間遅延集積センサによりＸ軸方向の
干渉性が破壊される。従って、特許請求の範囲にはその
ような修正や変更も含まれるものと解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の特徴である斬新な欠陥自動検査
装置に関し、レーザを用いたマスク検査装置の簡単な機
能ブロック図を示す。

【図２】図１で描写されたマスク検査装置の一部サブシ
ステムに関する詳細な図。

【図３】ダイツーダイ検査モードに於ける光ビームの走
査経路を例証する図。

【図４】ダイツーデータベース検査モードに於ける光ビ
ームの走査経路を例証する図。

【図５】オートフォーカス（自動焦点）システムで使用
される光線の横断面を例として示す図。

【図６】オートフォーカス（自動焦点）システムで使用
される光線の横断面を例として示す図。

【図７】Ｘ−Ｙステージの投影図であり表面のカバーの
一部分を取除き中が解かるようにした透視図。

【図８】ステージの構造フレームの詳細を示している
が、図７において８−８の線に沿って切取った所の断面
図。

【図９】ステージの構造フレームの詳細を示している
が、図７において９−９の線に沿って切取った所の断面
図。

【図１０】反射光線検出器からの出力が位相シフトされ
る模様を誇張拡大して示す典型的な位相シフトマスクの
断面図。

【図１１】正弦波状に変化する検出信号を示す。これは
位相シフト検査モードに於てマスクを走査して得られた
ものである。

【図１２】位相シフト材の厚さを測定する時に使用する
フェーズロックループ（ＰＬＬ）サブシステムのブロッ
ク図。

【図１３】それぞれ透過光モード並びに反射光モードで
位相シフト材厚を測定する為の光学サブシステムの構成
原理図。

【図１４】線幅測定の方法を記述する為の図。

【図１５】本発明の第２の実施の形態に関わるマスク検
査装置の簡単な機能ブロック図。

【図１６】図１５で描写されたマスク検査装置の一部サ
ブシステムに関し、図２を改訂して得られる詳細な図。

【図１７】レーザスキャナで一回走査を行なった時、セ
ンサから検出される透過光と反射光を正規化して得たプ
ロット図。

【図１８】透過光と反射光並びにその両者の和信号を正
規化したたプロットで、粒子汚染の例を示す図。

【図１９】欠陥不在時に見られる透過光と反射光信号対
の関係を示すグラフ。

【図２０】図１９の欠陥不在時と比べ、粒子汚染が不透
明層上と、パターンの端部と、更に透明基板上にある場
合の透過光と反射光信号対の関係を示すグラフ。

【図２１】透過光とその二次微分値を示したグラフ。

【図２２】反射光とその二次微分値を示したグラフ。

【図２３】マスク基板検査に於てピクセルレベルでの透
過光像を示す図、及びマスク基板検査に於てピクセルレ
ベルでの透過光像二次微分値を示す図。

【図２４】３段のブロック図であり、入射光が種々異な
る特別に選ばれたフィルタを通って来る場合、第２段に
は、対になったフィルタ出力信号、第３段は、第２段で
対になった信号の各々の組み合わせに依って欠陥が検出
され且つ同定される場合の合成関数を表示する図。

【図２５】ＢＰＮ神経のネットワークの典型的描写例を
示す図。

【符号の説明】

１１…レーザ光学系、１２…Ｘ−Ｙステージ、１４…レ
チクル基板、１６…光学系サブシステム、１８…データ
ベース・アダプタ、１９…電子制御サブシステム、２０
…電子式サブシステム、２２…ディスプレイ、２４…制
御コンピュータ、２６…キーボード、３０…レーザ、３
１…光路、３２…光ビーム、３３…基板のサブエリア、
３４…透過光検出器、３６…反射光検出器、３９…スワ
ス、４０、４２…音響光学的ビームスキャナ、４４…ビ
ーム展開器、４６…４分の１波長板、６０…ビームスプ
リッタ、９０、９２…四分割型フォトダイオード、１６
０…位相シフトマスク基板。

フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ガース・エマリー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95126、サンノゼ、エモリー・ストリート 995 (72)発明者 ザイン・カフナ・サイディン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94086、サニーベール、ストーウエル・ア ベニュー 382 (72)発明者 マーク・ジェイ・ウィル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95376、トレイシー、ブリチェット・コー ト 34669 (72)発明者 タオ − イー・フー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94539、フレモント、ウインドミル・ドラ イブ 46612 (72)発明者 マーレック・ジウノー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95120、サンノゼ、ブレサート・ドライブ 7049 (72)発明者 デーモン・エフ・クバンム アメリカ合衆国、ミシガン州 48105、ア ン・アーバー、 フューラー・ロード 2222、アパートメント 313エー (72)発明者 マイケル・イー・フェイン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94040、マウンテン・ビュー、ライム・ツ リー・レーン 1909

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の不必要な欠陥粒子及び設計者の
   意図とは異なる欠陥図形を探索発見する事を目的とする
   基板検査装置に於て、前記基板は上面並びに下面の両面
   を有し、 光ビームを発生し、その光ビームをして一定の光路を通
   過せしめ前記基板の上の表面にほぼ実質的に直角入射す
   るようにした照明系と、 前記基板の下の表面にほぼ隣接して設置し、上述の決め
   られた光路に関してそれと同軸になるように調整して、
   光ビームの透過した一部を検出する事が出来るように配
   備し、前記光ビームの透過光に対応する電気信号が得ら
   れるようにする透過光検出器と、 同様に前記基板の上の表面にほぼ隣接して設置し、上述
   の決められた光路に関してそれと同軸になるようにし
   て、光ビームの内基板のある点を反射した一部を検出す
   る事が出来るように配備する事に依り、光ビームの反射
   光に対応する電気信号が得られるようにする反射光検出
   器と、 前記透過、反射各々の光から得た電気信号を入力するよ
   うにして基板上同一点に於て透過光と反射光を互いに比
   較して比較値を提供する為の比較器と、 前記比較値の期待値を記憶保存させる為の第１のメモリ
   と、 前記比較器と第１メモリに結合して比較値と期待値との
   関係を判断してその結果を報告するプロセッサと、を具
   備することを特徴とする基板検査装置。
2. 【請求項２】 前記基板検査装置は更に、前記基板に対
   して独立な運動を賦課する事を可能とする為基板を固定
   し、入射する光ビームに対して前記基板が運動する事に
   依り変位して走査が行なわれて多くの点が観察出来る可
   動ステージを具備し、 前記比較器は、多くの観察点に於ける透過、反射光信号
   をそれに入力する事に依り基板上の同一の観察点各々に
   於て光ビームの透過部分と反射部分を比較し、 前記プロセッサは、多くの観察点で比較値と期待値との
   関係を判断し、たとえ一点でも期待値から逸脱したらそ
   の結果を報告することを特徴とする請求項１記載の基板
   検査装置。
3. 【請求項３】 前記基板検査装置は、一組の透過光検出
   器と反射光検出器から出力される基板上の同一点に於け
   る信号のいずれか一方を、前記同一点に於ける他の検出
   器から出力される信号が決定する迄の間保持する第２の
   メモリを具備し、 前記比較器は、前記透過光信号、及び前記反射光信号を
   第２のメモリ、透過光検出器、反射光検出器からそれぞ
   れ組み合わせて受けて前記信号値をそれぞれ比較するこ
   とを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
4. 【請求項４】 前記基板検査装置は、一組の前記透過光
   検出器と前記反射光検出器から出力される基板上の同一
   点に於ける一の検出器からの信号と、更に前記観察点の
   情報をも加えて保持し、同一観察点に於ける他の検出器
   から出力される対応する信号が決定する迄の間前記と併
   せて保持する第２のメモリを具備し、 前記比較器は、その透過、反射光信号を前記第２のメモ
   リ、前記透過光検出器、前記反射光検出器からそれぞれ
   組み合わせて受けて前記信号値をそれぞれ比較すること
   を特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
5. 【請求項５】 前記基板検査装置は、前記透過光検出器
   と前記反射光検出器から出力される対信号について、そ
   のばらつき範囲を知る為に同じ設計パターンを有する複
   数の基板上のお互い同一点に於けるそれぞれの基板の同
   じ複数だけの組み合わせになる対信号を保持する第３の
   メモリを具備し、 前記プロセッサを第３のメモリに結合して、期待値の範
   囲を表す情報を発生することを特徴とする請求項１記載
   の基板検査装置。
6. 【請求項６】 前記基板検査装置は、前記透過光検出器
   と前記反射光検出器から出力される対信号について、そ
   のばらつき範囲を知る為に同じ設計パターンを有する複
   数の基板上のお互い同一点に於けるそれぞれの基板の同
   じ複数だけの組み合わせになる対信号を保持する第３の
   メモリを具備し、 前記プロセッサを第３のメモリに結合して、期待値の範
   囲を表す情報を発生することを特徴とする請求項２記載
   の基板検査装置。
7. 【請求項７】 前記基板検査装置は、前記透過光検出器
   と前記反射光検出器から出力される複数の信号の１とそ
   の観察点に対応する位置情報を組織的に保持する第４の
   メモリと、 前記第４のメモリに保持された値を受けて、一定の関数
   を発生する関数発生器を具備し、 前記比較器は、その信号が保持されていない透過光検出
   器、或いは反射光検出器からのいずれかの信号並びに発
   生させた関数を数えると２或いはそれ以上になりそれ等
   ２或いはそれ以上をそれぞれ比較することを特徴とする
   請求項２記載の基板検査装置。
8. 【請求項８】 前記第４のメモリに保存された対応する
   透過光信号値を受けて、関数発生器は選ばれた第１の関
   数を発生し、又反射光信号値を受けて、選ばれた第２の
   関数を発生することを特徴とする請求項７記載の基板検
   査装置。
9. 【請求項９】 前記一定の関数は２次微分関数であるこ
   とを特徴とする請求項７記載の基板検査装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の関数は２次微分関数である
    ことを特徴とする請求項８記載の基板検査装置。
11. 【請求項１１】 前記第２の関数は２次微分関数である
    ことを特徴とする請求項８記載の基板検査装置。
12. 【請求項１２】 前記第１のメモリは、有害な可能性が
    ある欠陥性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パター
    ン図形の型分類とそれ等に関わる比較値の範囲を記憶
    し、 前記プロセッサは、期待と異なる上述の欠陥候補を検知
    した時に、これに対応して前記第１のメモリの中から上
    述の欠陥性粒子情報及び設計者の意図に反する欠陥性パ
    ターン図形の型分類と比較値の情報とを呼び出してその
    結果をも含めて報告することを特徴とする請求項１記載
    の基板検査装置。
13. 【請求項１３】 前記第１のメモリは、有害な可能性が
    ある欠陥性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パター
    ン図形の型分類とそれ等に関わる比較値の範囲を記憶
    し、 前記プロセッサは、期待と異なる上述の欠陥候補の信号
    を受信した時に、これに対応して前記第１のメモリの中
    から上述の欠陥性粒子情報及び設計者の意図に反する欠
    陥性パターン図形情報とを呼び出してその結果をも含め
    て報告することを特徴とする請求項２記載の基板検査装
    置。
14. 【請求項１４】 前記可動ステージは観察点に対応する
    位置信号を発生し、そして比較器にその信号を送り込む
    ように配備され、 前記比較器は、前記透過光及び反射光検出器の比較値と
    併せて前記位置信号を出力し、 前記プロセッサは、期待と異なる欠陥候補の比較値を受
    信した時は、その位置信号を解読し、その報告に欠陥候
    補の位置情報をも加えることを特徴とする請求項１３記
    載の基板検査装置。
15. 【請求項１５】 前記可動ステージは、観察点に対応す
    る位置信号を発生するように配備され、 前記プロセッサは、可動ステージ系と結合させ、併せて
    位置信号を受信し、期待と異なる欠陥候補の比較値を受
    信した時は、その位置信号を解読し、その報告に欠陥候
    補の位置情報をも加えることを特徴とする請求項１３記
    載の基板検査装置。
16. 【請求項１６】 上面並びに下面の両面を有する基板上
    の欠陥性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パターン
    図形を探索発見する方法に於て、 ａ）光ビームを前記基板の上の表面にほぼ実質的に直角
    に入射させ、 ｂ）透過光検出器を前記基板の下の表面にほぼ隣接して
    設置し、前記ステップａ）で述べた光路に関してそれと
    同軸になるように調整して、光ビームの透過した一部を
    検出させ、 ｃ）前記ステップｂ）で述べた透過光に対応する信号を
    発生させ、 ｄ）反射光検出器を前記基板の上部表面にほぼ隣接して
    設置し、前記ステップａ）で述べた光路に関してそれと
    同軸になるように調整して、光ビームの反射した一部を
    検出させ、 ｅ）前記ステップｄ）で述べた反射過光に対応する信号
    を発生させ、 ｆ）前記ステップｃ）及びｅ）で発生した信号を互いに
    比較して比較信号を発生させ、 ｇ）別に比較値の期待値を記憶保存し、 ｈ）前記ステップｆ）における値と前記ステップｇ）に
    おける期待値が不一致の時それを報告することを特徴と
    する基板検査方法。
17. 【請求項１７】 前記基板検査方法は、 ｉ）基板を次の位置に移動させ、 ｊ）次に、観測点では、前記ステップａ）からステップ
    ｉ）迄繰返し実行させることを特徴とする請求項１６記
    載の基板検査法。
18. 【請求項１８】 前記基板検査方法は、 ｋ）前記ステップｅ）とステップｆ）の間に、ステップ
    ｃ）或いはｅ）どちらか一の信号を次のサイクルで各々
    対応してステップｅ）とｃ）が巡って来て対になる信号
    が得られる迄の間記憶保存し、 前記ステップｆ）は、前記ステップｋ）で保存されてい
    た信号と保存以前の前記ステップｃ）及びｅ）で発生し
    た信号を互いに比較させ比較値を発生させることを特徴
    とする請求項１６記載の基板検査方法。
19. 【請求項１９】 前記基板検査方法は、 ｌ）前記ステップｅ）とｆ）の間に、前記ステップｃ）
    或いはｅ）どちらか一の信号を次のサイクルで各々対応
    して前記ステップｅ）とｃ）が巡って来て対になる信号
    が得られる迄の間記憶保存し、そして前記ステップｆ）
    では前記ステップｃ）及びｅ）で発生した保存以前の信
    号とステップｋ）で記憶された信号とを互いに比較して
    比較値を発生させることを特徴とする請求項１７記載の
    基板検査方法。
20. 【請求項２０】 上下両面を有する基板上の有害な欠陥
    性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パターン図形を
    探索発見する方法に於て、 ａ）先ず基板がどの様な型式のものかそれを選択して決
    め、 ｂ）照明系からの光ビームを前記基板の上の表面にほぼ
    実質的に直角に入射させる様に光路を決定し、 ｃ）前記ステップｂ）にて決められた光路に誘導される
    透過光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の下の
    表面にほぼ隣接して設置した検出系をもってそれを検出
    し、 ｄ）前記ステップｃ）にて検出された透過光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｅ）前記ステップｂ）にて決められた光路に誘導される
    反射光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の上の
    表面にほぼ隣接して設置した検出系をもってそれを検出
    し、 ｆ）前記ステップｅ）にて検出された反射光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｇ）前記ステップｄ）とｆ）にて発生させた信号の比較
    値に対する期待値を発生させ、 ｈ）かかる期待値を記憶保存し、 ｉ）前記ステップａ）からｈ）迄、同じ型式の他の検査
    基板を選んでその課程を繰返す様にし、 ｊ）次に実際に検査すべき基板を選択し、 ｋ）照明系からの光ビームを前記ステップｊ）の基板の
    上の表面にほぼ実質的に直角に入射させる様に光路を決
    定し、 ｌ）前記ステップｋ）で述べられた透過光ビームを同軸
    になるように調整し且つ前記ステップｊ）で述べた基板
    の下の表面にほぼ隣接して設置した検出系をもってそれ
    を検出し、 ｍ）前記ステップｌ）にて検出された透過光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｎ）前記ステップｋ）にて述べられた光路に誘導される
    反射光ビームを同軸になるように調整且つ前記ステップ
    ｊ）で述べた基板の上の表面にほぼ隣接して設置した検
    出系をもってそれを検出し、 ｏ）前記ステップｎ）にて検出された反射光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｐ）前記ステップｏ）とｍ）にて発生させた信号の比較
    値を発生させ、 ｑ）もし前記ステップｈ）にて得られた期待値と前記ス
    テップｐ）での比較値が不一致と判断した時は、その事
    を報告することを特徴とする基板検査方法。
21. 【請求項２１】 上下両面を有する基板上の有害な欠陥
    性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パターン図形を
    探索発見する方法に於て、 ａ）先ず基板がどの様な型式のものかそれを選択して決
    め、 ｂ）照明系からの光ビームを前記基板の上の表面にほぼ
    実質的に直角に入射させる様に光路を決定し、 ｃ）前記ステップｂ）にて決められた光路に誘導される
    透過光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の下の
    表面にほぼ隣接して設置した検出系をもってそれを検出
    し、 ｄ）前記ステップｃ）にて検出された透過光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｅ）前記ステップｂ）にて決められた光路に誘導される
    反射光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の上の
    表面にほぼ隣接して設置した検出系をもってそれを検出
    し、 ｆ）前記ステップｅ）にて検出された反射光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｇ）前記ステップｄ）とｆ）にて発生させた信号の比較
    値に対する期待値を発生させ、 ｈ）かかる期待値を記憶保存し、 ｉ）観察点を次に移し、 ｊ）前記ステップａ）からｉ）迄の全ステップを選ばれ
    た検査モードに関して検査すべき観察点に於て繰り返す
    ように設定し、 ｋ）同じ型式の別の検査基板を選択して再び前記ステッ
    プａ）からｊ）迄の全手順を繰返すように設定をして、 ｌ）次に別の一枚の検査基板を選択し、 ｍ）照明系からの光ビームを前記ステップｌ）で述べた
    基板の上の表面にほぼ実質的に直角に入射させるように
    光路を設定し、 ｎ）前記ステップｍ）及びｌ）で述べられた透過光ビー
    ムを同軸になるように調整し且つ基板の下の表面にほぼ
    隣接して設置した検出器をもってその信号を検出し、 ｏ）前記ステップｎ）にて検出された透過光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｐ）前記ステップｌ）及びｍ）にて述べられた光路に誘
    導される反射光ビームを同軸になるように調整し且つ基
    板の上の表面にほぼ隣接して設置した検出器をもってそ
    の信号を検出し、 ｑ）前記ステップｐ）にて検出された反射光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｒ）前記ステップｏ）及びｐ）にて発生させた信号の比
    較値を発生させ、 ｓ）前記ステップｒ）で得た比較値を記憶保存し、 ｔ）観測点を次に移し、 ｕ）前記ステップｍ）からｓ）迄ステップｌ）で述べた
    各観測点に於て繰返し、それから、 ｖ）もし前記ステップｈ）で保存した期待値と前記ステ
    ップｓ）の比較値が、前記ステップｌ）で選択された検
    査基板上の観測点にて、一致しいと判断した時は、その
    事を報告することを特徴とする基板検査方法。
22. 【請求項２２】 上下両面を有する基板上の有害な欠陥
    性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パターン図形を
    探索発見する方法に於て、 ａ）照明系からの光ビームを基板の上の表面にほぼ実質
    的に直角に入射させる様に光路を決定し、 ｂ）前記ステップａ）にて決められた光路に誘導される
    透過光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の下の
    表面にほぼ隣接して設置した検出器をもってそれを検出
    し、 ｃ）前記ステップｂ）にて検出された透過光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｄ）前記ステップａ）にて決められた光路に誘導される
    反射光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の上の
    表面にほぼ隣接して設置した検出器をもってそれを検出
    し、 ｅ）前記ステップｄ）にて検出された反射光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｆ）前記ステップｃ）とｅ）にて発生させた信号を前記
    ステップａ）の基板上の観察点の座標と共に記憶保存
    し、 ｇ）観察点を次に移し、 ｈ）前記ステップａ）からｆ）迄の全ステップを必要な
    各観察点に於て繰返し、 ｉ）前記ステップｆ）に於て保存された透過光と反射光
    の両信号の選ばれた前記第１関数の関数値を必要な各観
    察点に於て発生させ、 ｊ）前記ステップｉ）で発生させた関数値を観察点と対
    応させて記憶保存し、 ｋ）検査基板に必要な各観察点に於て前記ステップｆ）
    とｊ）にて保存された前記三つの値の期待値を発生さ
    せ、 ｌ）前記ステップｆ）とｊ）にて述べられた様に、検査
    基板の各々必要な観察点に関し、二つ或いはそれ以上の
    信号値の互いの各々の比較値を発生させ、 ｍ）もし前記ステップｌ）で得られた期待値と比較値に
    関して或る観察点でそれ等が一致しないと判断した時
    は、その事を報告することを特徴とする基板の検査方
    法。
23. 【請求項２３】 前記ステップｉ）は、 ｎ）前記ステップｆ）に於て別に保存された透過光と反
    射光の両検出信号値に対して選択されたその第２の関数
    値に対応する電気信号を必要な各観察点に於て発生させ
    るステップを含むことを特徴とする請求項２２記載の基
    板の検査方法。
24. 【請求項２４】 前記ステップｉ）に述べた第１の関数
    が２次微分関数であることを特徴とする請求項２２記載
    の基板の検査方法。
25. 【請求項２５】 前記ステップｉ）に述べた第１の関数
    が２次微分関数であることを特徴とする請求項２３記載
    の基板の検査方法。
26. 【請求項２６】 前記ステップｎ）に述べた第１の関数
    が２次微分関数であることを特徴とする請求項２３記載
    の基板の検査方法。
27. 【請求項２７】 前記ステップｇ）は、ｍ）基板が持つ
    少なくとも一つの有害な欠陥性粒子及び設計者の意図に
    反する欠陥性パターン図形に関し、期待値に合わないそ
    の比較値を記憶保存するステップを含み、 前記ステップｈ）は、ｎ）前記ステップｍ）で得られた
    欠陥性粒子及び欠陥性パターンの情報をも報告に加える
    ステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の基板
    検査方法。
28. 【請求項２８】 前記ステップｇ）は、ｏ）基板が持つ
    少なくとも一つの有害な欠陥性粒子及び設計者の意図に
    反する欠陥性パターン図形に関し、期待値に合わないそ
    の比較値を記憶保存するステップを含み、 前記ステップｈ）は、ｐ）前記ステップｏ）で得られた
    欠陥性粒子及び欠陥性パターンの情報をも報告に加える
    ステップを含むことを特徴とする請求項１７記載の基板
    検査方法。
29. 【請求項２９】 前記ステップｉ）は、ｑ）前記ステッ
    プａ）で述べた光の入射点の位置座標情報を発生するス
    テップを含み、 前記ステップｆ）は、 ｒ）各比較値に相当する前記ステップｑ）で述べた位置
    座標信号を確認し、 ｓ）前記ステップｒ）で述べた各比較値に相当する位置
    座標点の情報をも報告に加えるステップを含むことを特
    徴とする請求項１７記載の基板検査法。
30. 【請求項３０】 前記ステップｉ）は、ｔ）前記ステッ
    プａ）で述べた光の入射点の位置座標情報を発生するス
    テップを含み、 前記ステップｈ）は、ｕ）有害な欠陥性粒子及び設計者
    の意図に反する欠陥性パターン図形の位置情報を前記ス
    テップｔ）から得て報告に加えるステップを含むことを
    特徴とする請求項１７記載の基板検査法。
31. 【請求項３１】 前記第１メモリは保存された期待値に
    ついてその許容値を持つようにすることを特徴とする請
    求項１記載の基板検査装置。
32. 【請求項３２】 前記ステップｇ）は比較値の期待値に
    関しその許容値をも含むようにすることを特徴とする請
    求項１６記載の基板検査方法。
33. 【請求項３３】 前記ステップｇ）は比較値に関しその
    許容値をも加えて発生するようにすることを特徴とする
    請求項２０記載の基板検査方法。
34. 【請求項３４】 前記ステップｇ）が比較値の期待値に
    関しその許容値をも加えて発生するようにすることを特
    徴とする請求項２１記載の基板検査方法。
35. 【請求項３５】 前記ステップｋ）が比較値の期待値に
    関しその許容値をも加えて発生するようにすることを特
    徴とする請求項２２記載の基板の検査方法。
36. 【請求項３６】 前記各透過光検出器と反射光検出器に
    イメージスキャナを用いたことを特徴とする請求項１記
    載の基板検査装置。
37. 【請求項３７】 前記各透過光検出器と反射光検出器に
    神経回路網を用いたことを特徴とする請求項１記載の基
    板検査装置。
38. 【請求項３８】 上下両面を有する基板上の欠陥や有害
    な欠陥性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パターン
    図形を全て同時に探索発見する基板検査装置に於て、 光ビームを発生し、その光ビームをして一定の光路を通
    過せしめ前記基板の上部表面にほぼ実質的に直角入射す
    るようにした照明系と、 前記基板の下部表面にほぼ隣接して設置し、上述の決め
    られた光路に関してそれと同軸になるように調整して、
    光ビームの透過した一部を検出する事が出来るように配
    備し、前記光ビームの透過光に対応する電気信号が得ら
    れるようにする透過光検出器と、 同様に前記基板の上部表面にほぼ隣接して設置し、上述
    の決められた光路に関してそれと同軸になるようにし
    て、光ビームの内基板のある点を反射した一部を検出す
    る事が出来るように配備する事に依り、光ビームの反射
    光に対応する電気信号が得られるようにする反射光検出
    器と、 前記透過、反射各々の光から得た電気信号を入力するよ
    うにして基板上同一点に於て透過光と反射光を互いに比
    較して第１比較値を提供する為の第１比較器と、 前記第１比較値の期待値を記憶保存させる為のメモリ
    と、 一定の基板に於て透過光と反射光の期待される信号対を
    内蔵するデータベースと、 透過、反射各々の光から得た電気信号を入力するように
    して基板上同一点に於て透過光と反射光を前記データベ
    ースのそれ等と互いに比較して欠陥の有無の情報を提供
    する為の第２比較器と、 前記第１、第２比較器と第１メモリに結合して第１比較
    値が期待値から逸脱した時に欠陥の分類型を報告するプ
    ロセッサと、を具備することを特徴とする基板検査装
    置。
39. 【請求項３９】 基板検査装置は、更に可動ステージを
    具備し、 前記第１比較器は、前記透過、反射各々の光から得た電
    気信号を入力するようにして基板上で可動する多数の同
    一観察点に於て透過光と反射光を互いに比較して第１比
    較値を提供し、 前記データベースは、一定の基板に於て透過光と反射光
    の期待される信号対とその位置情報を内蔵し、 前記第２比較器は、透過、反射各々の光から得た電気信
    号を入力するようにして基板上で可動する多数の同一観
    察点に於て透過光と反射光を前記データベースのそれ等
    の期待値と互いに比較して欠陥の有無の情報を提供し、 前記プロセッサは、第１比較値が期待値から逸脱する点
    がある時はその内容を確認し一例でも逸脱があれば、そ
    の欠陥の分類型を報告することを特徴とする請求項３８
    記載の基板検査装置。
40. 【請求項４０】 上下両面を有する基板上の有害な欠陥
    性粒子及び設計者の意図に反する欠陥性パターン図形を
    同時に探索発見する方法に於て、 ａ）照明系からの光ビームを基板の上の表面にほぼ実質
    的に直角に入射させる様に光路を決定し、 ｂ）前記ステップａ）にて決められた光路に誘導される
    透過光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の下の
    表面にほぼ隣接して設置した検出器をもってそれを検出
    し、 ｃ）前記ステップｂ）にて検出された透過光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｄ）前記ステップａ）にて決められた光路に誘導される
    反射光ビームを同軸になるように調整し且つ基板の上の
    表面にほぼ隣接して設置した検出器をもってそれを検出
    し、 ｅ）前記ステップｄ）にて検出された反射光に対応して
    電気信号を発生させ、 ｆ）前記ステップｃ）及びｅ）にて発生させた信号を前
    記ステップａ）の基板上の観察点の座標と共に記憶保存
    し、 ｇ）最初の比較値の期待値を保存し、 ｈ）一定の基板に関して、代表的な透過光と反射光の期
    待値を対で保存し、 ｉ）前記ステップｃ）とｅ）に於て得られた比較値を前
    記ステップｈ）の期待値とを個別に比較し、 ｊ）もし前記ステップｆ）に於ける比較値が前記ステッ
    プｇ）に於ける期待値と一致せず且つ前記ステップｉ）
    に於ける期待値と一致しない時 は、その事を報告する
    ことを特徴とする基板の検査方法。
41. 【請求項４１】 前記基板の検査方法は、ｋ）前記ステ
    ップａ）の照明光ビームに対して相対運動を与えるステ
    ップを具備し、 前記ステップｈ）は、透過光と反射光信号の対の期待値
    を保存するようにするステップを含み、 更に前記基板の検査方法は、ｌ）前記ステップａ）から
    ｆ）そして続けて、ステップｉ）からｊ）を各観察点で
    繰り返すようにするステップを具備することを特徴とす
    る請求項４０記載の基板の検査方法。
42. 【請求項４２】 上面及び下面の両面を有する基板上の
    欠陥を検知する基板検査装置において、 光ビームを発生し、その光ビームを一定の光路を通過さ
    せ、前記基板上の表面に対し、実質的に垂直入射させる
    照射手段と、 前記基板の下面に隣接して設置され、前記照射手段にお
    ける光路と同軸になるように調整して前記基板を透過し
    た光ビームの一部を検出し、検出した光ビームの強度に
    対応する第１検出値を得る透過光検出器と、 前記基板の上面に隣接して設置され、前記照射手段にお
    ける光路と同軸になるように調整して前記基板を反射し
    た光ビームの一部を検出し、検出した光ビームの強度に
    対応する第２検出値を得る反射光検出器と、 前記基板上の検査点における前記第１及び第２検出値を
    入力し、これら第１及び第２検出値、及びこれら第１及
    び第２検出値それぞれに対して関数処理を施して得られ
    る値の内、少なくとも２つの値に基づいて前記検査点の
    欠陥有無を判定する判定手段とを具備することを特徴と
    する基板検査装置。