(57)【要約】【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。【選択図】    図１
2006085182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不必要な粒子および欠陥に関して基板を検査する検査装置であって、前記基板は上面および下面を有し、前記上面に不透明材料のパターンが設けられており、前記検査装置は、
前記基板の前記上面の一点に光路を通して前記パターンに実質的に垂直である光ビームを提供する照明系と、
前記基板の前記上面の照射された点から前記基板を通過した前記光ビームの透過部分を検出し、そして前記光ビームの前記検出された透過部分について表現する信号を提供するために、前記光路と同軸的に配置された透過光検出器と、
前記基板およびその上の前記パターンの前記照射された点から反射された前記光ビームの部分を検出し、そして前記光ビームの前記検出された反射された部分について表現する信号を提供するために、前記光ビームの前記光路に沿って同軸的に配置された反射光検出器と、
透過光検出器および反射光検出器からの信号を正規化し、そして透過光検出器または反射光検出器からの正規化された信号の二次微分値を決定するために透過光検出器および反射光検出器に接続されたプロセッサと、
１つまたはそれより多い比較値を提供するために１つまたはそれより多い前記正規化された信号および二次微分値を比較するために前記プロセッサに接続された比較器と、
前記比較器の期待値を記憶させるための第１メモリとを含み、
前記１つまたはそれより多い比較値が期待値であるかどうかを決定し、そして非期待値であると決定されたときは報告を作成するために、前記プロセッサは前記第１メモリと接続されており、
前記検査装置はさらに前記基板の前記上面と前記光ビームとの間で移動動作を提供する移動ステージを含み、
前記比較器は、前記基板の前記上面およびその上の前記パターンの各点に関する１つまたはそれより多い比較値を提供するために、さらに１つまたはそれより多い前記正規化された信号および二次微分値を比較し、
前記プロセッサは、前記１つまたはそれより多い比較値の１つまたはそれ以上が期待値を有するかどうかをさらに決定し、そして少なくとも１つが非期待値であると決定されたときは報告を生成し、
前記検査装置はさらに、前記透過光および反射光検出器からの前記正規化された信号のそれぞれおよび同じ設計の基板に関する各点における二次微分値に関する期待値の範囲を生成するために、同じ設計の複数の基版の上面への照射の結果による前記透過光および反射光検出器のそれぞれからの１つの正規化された信号を含む複数の信号対のファミリ、および透過光検出器または反射光検出器からの正規化された信号の二次微分値を記憶するための第2メモリを含み、そして
前記プロセッサは、検査される基板の各点に関する正規化された透過および反射光信号および二次微分値が、期待値の前記範囲内にあるかどうかを決定するために、前記第2メモリと接続されている
基板検査装置。
【請求項２】
不必要な粒子および欠陥に関して基板を検査する方法であって、前記基板は上面および下面を有し、前記上面に不透明材料のパターンが設けられており、前記方法は、
ａ）検査されるべき型式の基板を選択し、
ｂ）基板の上面およびその上の前記パターン上の点へ、光路を通して光ビームを誘導し、
ｃ）ステップｂ）の前記光ビームと同軸的な位置で前記基板を通過する前記光ビームの透過部分を検出し、
ｄ）ステップｃ）の前記光ビームの前記検出された透過部分について表現する信号を発生させ、
ｅ）前記基板の前記上面からの前記光ビームの反射された部分を、ステップｂ）の前記光路に沿って同軸的に検出し、
ｆ）ステップｅ）の前記光ビームの前記検出された反射された部分ついて表現する信号を発生させ、
ｇ）ステップｄ）で発生させた信号についての正規化された値、ステップｆ）で発生させた信号についての正規化された値、およびステップｄ）にて発生させた信号またはステップｆ）で発生させた信号の正規化された値の二次微分値を発生させ、
ｈ）ステップｇ）で発生させた１つまたはそれより多い正規化された値および二次微分値について、１つまたはそれより多い期待される比較値を発生させ、
ｉ）ステップｈ）の前記１つまたはそれより多い期待される比較値を記憶し、
ｊ）検査されるべき型式の異なる基板の選択された数に対して、ステップａ）からｉ）を繰返し、
ｋ）検査されるべき特定の基板を選択し、
ｌ）ステップｋ）の前記基板の上面の点へ、実質的に垂直な光路を通して光ビームを誘導し、
ｍ）ステップｌ）の前記光ビームと同軸的な位置でステップｋ）の前記基板を通過した前記光ビームの透過された部分を検出し、
ｎ）ステップｍ）の前記光ビームの前記検出された透過された部分を表現する信号を発生させ、
ｏ）ステップｌ）の前記光路に沿って同軸的に、ステップｋ）の前記基板の前記上面およびその上の前記パターンからの前記光ビームの反射された部分を検出し、
ｐ）ステップｏ）の前記光ビームの前記検出された反射された部分を表現する信号を発生させ、
ｑ）ステップｎ）で発生させた信号の正規化された値、ステップｐ）で発生させた信号の正規化された値、およびステップｎ）で発生させた信号またはステップｐ）で発生させた信号の正規化された値の二次微分値を発生させ、
ｒ）ステップｑ）で発生させた１つまたはそれより多い正規化された値および二次微分値について、１つまたはそれより多い比較値を発生させ、そして
ｓ）ステップｒ）の１つまたはそれより多い比較値が、ステップｉ）で記憶された期待される比較値と対応しない場合は報告を発生せる
ステップを含む方法。
【請求項３】
ステップｈ）もまた前記１つまたはそれより多い期待される比較値に関する許容値を生成する請求項２記載の方法。
【請求項４】
不必要な粒子および欠陥に関して基板を検査する方法であって、前記基板は上面および下面を有し、前記上面に不透明材料のパターンが設けられており、前記方法は、
ａ）検査すべき型式の基板を選択し、
ｂ）基板の上面およびその上の前記パターン上の点へ光路を通して光ビームを誘導し、
ｃ）ステップｂ）の前記光ビームと同軸的な位置において前記基板を通る前記光ビームの透過された部分を検出し、
ｄ）ステップｃ）の前記光ビームの前記検出された透過された部分について表現する信号を発生させ、
ｅ）前記基板の前記上面およびその上の前記パターンからの前記光ビームの反射された部分を、ステップｂ）の前記光路に沿って同軸的に検出し、
ｆ）ステップｅ）の前記光ビームの前記検出された反射された部分ついて表現する信号を発生させ、
ｇ）ステップｄ）において発生させた信号についての正規化された値、ステップｆ）で発生させた信号についての正規化された値、およびステップｄ）にて発生させた信号またはステップｆ）で発生させた信号についての正規化された値の二次微分値を発生させ、
ｈ）１つまたはそれより多い正規化された値およびステップｇ）で発生させた二次微分値についての、１つまたはそれより多い期待される比較値を発生させ、
ｉ）ステップｈ）の前記１つまたはそれより多い期待される比較値を記憶し、
ｊ）前記基板を次の位置に移動させ、
ｋ）ステップａ）の前記基板上の各観察点に関して、ステップａ）からｉ）を繰返し、
ｌ）検査されるべき型式における異なる基板に関する選択された数について、ステップａ）からｋ）を繰返し、
ｍ）検査すべき特定の基板を選択し、
ｎ）ステップｍ）の前記基板の上面およびその上の前記パターン上の点へ、実質的に垂直な光路を通って光ビームを誘導し、
ｏ）ステップｎ）の前記光ビームと同軸的な位置において、ステップｍ）の前記基板を通過する前記光ビームの透過された部分を検出し、
ｐ）ステップｏ）の前記光ビームの前記検出された透過された部分について表現する信号を発生させ、
ｑ）ステップｍ）の前記基板の前記上面およびその上の前記パターンからの前記光ビームの反射された部分を、ステップｎ）の前記光路に沿って同軸的に検出し、
ｒ）ステップｑ）の前記光ビームの前記検出された反射された部分ついて表現する信号を発生させ、
ｓ）ステップｐ）で発生させた信号についての正規化された値、ステップｒ）で発生させた信号についての正規化された値、およびステップｐ）で発生させた信号またはステップｒ）で発生させた信号の正規化された値の二次微分値を発生させ、
ｔ）１つまたはそれより多い正規化された値およびステップｓ）で発生させた二次微分値についての、１つまたはそれより多い比較値を発生させ、
ｕ）ステップｔ）の前記１つまたはそれより多い比較値を記憶し、
ｖ）前記基板を次の位置に移動させ、
ｗ）ステップｍ）の前記基板上の各観察点に関して、ステップｎ）からｕ）を繰返し、
ｘ）同じ型式の基板上の同じ点に関し、ステップｕ）により記憶されたステップｍ）の前記基板の特定の点に関する１つまたはそれより多い比較値のいずれかが、ステップｉ）で記憶された１つまたはそれより多い期待される比較値と対応しない場合は、報告を生成する、
ステップを含む方法。
【請求項５】
ステップｈ)もまた前記１つまたはそれより多い前記期待される比較値に関する許容値を発生させる請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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 Automated Mask Inspection System - AMIS”、「ＡＭＩＳ自動マスク検査装置」(IEEE Transactions on Electron Devices, 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 Apparatus ”「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 System ”「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Levy 他、１９８６年４月１日出願、“Photomask Inspection Apparatus and Method with Improved Defect Detection”「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. Wihl 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、１９８９年２月１４日米国特許第４，８０５，１２３号“Automatic Photomask Inspectionand Reticle Inspection Method and Apparatus Including Improved Defect 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 Other 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 Annual 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, Vol.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ＣＡＤ（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、 Masataka Shiba 等ＳＰＩＥ学会誌、Vol.470 Optical Microlithography III、「光学マイクロリソグラフィー」pages 233-240 (1984)、による題名“Automatic Inspection 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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【発明の効果】
【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、Bruning 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 Beam Recorder with Self-Focusing Acousto-Optic Scanner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１９９０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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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２０、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１４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４０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 Recorder 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６５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。
【数１】
2006085182.tif 000003
【００４１】
［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３４により検出され、測定される。
【００４２】
［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。
【００４３】
［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１１０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。
【００４４】
［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。
【００４５】
［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 Microsystems)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。
【００４６】
［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、６３３、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。
【００４７】
［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。
【００４８】
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１３０を引き付けていて、５個のＸ軸空気軸受けの内１３２、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。
【００４９】
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、１３３、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。
【００５０】
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１４２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(Duocell) 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。
【００５１】
［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）。
【００５２】
［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。
【数２】
2006085182.tif 000004
【００５３】
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。
【数３】
2006085182.tif 000005
【００５４】
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。
【００５５】
［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。
【００５６】
［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。
【００５７】
［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１６４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。
【００５８】
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３４（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１６８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。
【００５９】
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２００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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
［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。
【００６５】
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２１８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（ＰＬＬ）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。
【００６６】
［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。
【００６７】
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６０からの光を反射して、傾斜鏡２３２、対物レンズ２３４、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 splitter) 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。
【００６８】
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。
【００６９】
［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。
【００７０】
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２８２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】
2006085182.tif 000006
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
［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。
【００７４】
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。
【００７５】
［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 Corporation である。
【００７６】
［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。
【００７７】
［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。
【００７８】
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１４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。
【００７９】
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。
【００８０】
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３７４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３７５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。
【００８１】
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１４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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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４２１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４２１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。
【００８５】
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。
【００８６】
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４２１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。
【００８７】
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。
【００８８】
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、４７０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。
【００８９】
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４２０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。
【００９０】
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説明しよう。
【００９１】
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。
【００９２】
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、６０５、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。
【００９３】
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２２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。
【００９４】
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５２０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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、７００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。
【０１０３】
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７２６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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
［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。
【０１０６】
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ｔx,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。
【０１０７】
図２３（ａ）のｔx,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、
ｔx-1,y-1  ｔx-1,y    tx-1,y+1
ｔx,y-1    ｔx,y    ｔx,y+1
ｔx+1,y-1  ｔx+1,y   ｔx+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ｔx,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表わすことが出来る、
【数５】
2006085182.tif 000007
【０１０８】
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。
【数６】
2006085182.tif 000008
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【数７】
2006085182.tif 000009
【０１１１】
デジタル化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。
【０１１２】
［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、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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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(binary 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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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 Analysis 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 IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 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。
【０１１９】
［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。
【０１２０】
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(back propagation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.Freeman and D.M. Skapura、文献、“Neural Networks - Algorithms, Applications, and Programming Techniques”「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。
【０１２１】
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(linear 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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
なお、上記実施の形態に記載の発明は、
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いて、前記基板は上面に不透明材料のパターンを有する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とその上の前記パターン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、
同様に前記基板およびその上の前記パターン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調整して、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前記基板および前記パターン上の同一点に於いて透過光と反射光を互いに比較して前記反射光検出器からの正規化された信号と前記透過光検出器からの正規化された信号との間の関係を示す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を含む。
【０１２７】
また、上記実施の形態に記載の発明は、
上面並びに下面の両面を有し前記上面に不透明材料のパターン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いて、
ａ）光ビームを前記基板の上の表面の一点に入射させ、
ｂ）透過光検出器を設置し、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および前記パターン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前記反射光検出器からの正規化された信号と前記透過光検出器からの正規化された信号との間の関係を示す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を含む。
【０１２８】
また、上記実施の形態に記載の発明は、
上下両面を有し前記上面に不透明材料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いて、
ａ）照明系からの光ビームを基板の上の表面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前記基板および前記パターン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）迄の全ステップを前記基板および前記パターンの必要な各観察点に於いて繰返し、
ｉ）前記ステップｆ）に於いて保存された透過光と反射光の両信号の第１の選択された関数値に対応する信号を各観察点に於いて発生させ、
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各組み合わせに関する期待される比較値を発生させ、ここで前記比較値は前記反射光の正規化された信号と前記透過光の正規化された信号との間の関係を示すものであり、
ｌ）検査基板の各々必要な観察点に関し、前記ステップｆ）とｊ）からの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）の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を含む。
【０１２９】
また、上記実施の形態に記載の発明は、
上下両面を有し前記上面に不透明材料のパターン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いて、
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いて透過光と反射光を互いに比較して前記反射光検出器からの正規化された信号と前記透過光検出器からの正規化された信号との間の関係を示す第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、
特定のタイプの検査される基板に於いて検査される点における透過および反射検出器からの期待される信号対の値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い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を含む。
【０１３０】
また、上記実施の形態に記載の発明は、
上下両面を有し前記上面に不透明材料のパターン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いて、
ａ）照明系からの光ビームを基板の上の表面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前記基板および前記パターン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）期待される最初の比較値を保存し、ここで前記比較値は前記反射光からの正規化された信号と前記透過光からの正規化された信号との間の関係を示し、
ｈ）検査された基板の特定のタイプに関して、前記照射において前記検出された透過および反射された部分を表現する前記信号値の期待値を対で保存し、
ｉ）ステップｃ）とｅ）の前記信号値のそれぞれをステップｈ）の前記信号値それぞれ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。
【０１３１】
また、上記実施の形態に記載の発明は、
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を含む。
【０１３２】
そして、上記実施の形態に記載の発明は、
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いて、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いて透過光と反射光を互いに比較して反射光からの正規化された信号と透過光からの正規化された信号との間の関係を示す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を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【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】
【０１３４】
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、３１…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、１６０…位相シフトマスク基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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