(57)【要約】【課題】  透過像と反射像とに基づいて正確に異物検査を行うことができる検査装置及び検査方法ならびにパターン基板の製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明の一態様にかかる検査装置は、落射照明光源２１と、落射照明光源２１からの光を集光してフォトマスク３３に出射するレンズ３２と、レンズ３２から出射した光のうち、フォトマスク３３で反射した反射光をレンズ３２を介して検出する反射側センサ４４と、透過照明光源１１と、透過照明光源１１からの光を集光してフォトマスク３３に出射するレンズ１６と、レンズ１６からフォトマスク３３に出射した光のうち、フォトマスク３３を透過した透過光をレンズ３２を介して検出する透過側センサ４３とを備え、落射照明光源からの光と透過照明光源からの光とがレンズ３２の視野の一部の異なる位置を通過するものである。【選択図】  図１
2006072147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する透過パターンと光を遮光する遮光パターンとが設けられている試料の欠陥を検出して検査を行う検査装置であって、
透過照明光源と、
前記透過照明光源からの光を集光して前記試料に出射する透過照明光学系と、
透過像を撮像するため、前記透過照明光学系から前記試料に出射された光のうち前記試料を透過した透過光を検出する透過側検出器と、
落射照明光源と、
前記落射照明光源からの光を集光して前記試料に出射する落射照明光学系と、
反射像を撮像するため、前記落射照明光学系から前記試料に出射された光のうち前記試料で反射した反射光を検出する反射側検出器と、
欠陥のない箇所において、前記透過像と反射像との間の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
前記透過像又は前記反射像の一方の像において、前記試料に設けられたパターンの輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
前記輪郭を抽出した像の前記輪郭における輝度の傾斜方向を算出する傾斜方向算出部と、
前記位置ずれ量と前記輝度の傾斜方向とに基づいて前記輪郭をずらした位置を求め、前記輪郭をずらした位置における前記輪郭を抽出した像の他方の像の輝度に基づいて欠陥判定を行う欠陥判定部とを備える検査装置。
【請求項２】
欠陥のない箇所において、前記透過像又は前記反射像の一方の像におけるパターンエッジ近傍での輝度の傾斜量を算出する傾斜量算出部をさらに備え、
前記輪郭抽出部が前記傾斜量を算出した像の輪郭を抽出し、
前記欠陥判定部が前記輪郭をずらした位置を前記輝度の傾斜量に基づいて求める請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記欠陥判定部が、前記輪郭をずらした位置における画素の周辺画素の輝度で前記輪郭をずらした位置における輝度を補完して欠陥判定を行う請求項１又は２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記落射照明光学系が、前記落射照明光源からの光を集光して試料に出射する第１の対物レンズを備え、
前記第１の対物レンズを介して、前記落射照明光源からの光が前記反射側検出器に検出され、
前記透過照明光学系が前記透過照明光源からの光を集光して試料に出射する第２の対物レンズを備え、
前記第１の対物レンズを介して前記透過照明光源からの光が前記透過側検出器に検出され、
前記落射照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部である第１の領域に入射して前記反射側検出器で検出され、前記透過照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に入射して前記透過側検出器で検出される請求項１、２又は３に記載の検査装置。
【請求項５】
落射照明光源と、
前記落射照明光源からの光を集光して試料に出射する第１の対物レンズと、
前記第１の対物レンズから前記試料に出射した光のうち、前記試料で反射した反射光を前記第１の対物レンズを介して検出する反射側検出器と、
透過照明光源と、
前記透過照明光源からの光を集光して前記試料に出射する第２の対物レンズと、
前記第２の対物レンズから前記試料に出射した光のうち、前記試料を透過した透過光を前記第１の対物レンズを介して検出する透過側検出器とを備え、
前記落射照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部である第１の領域に入射して前記反射側検出器で検出され、前記透過照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に入射して前記透過側検出器で検出される検査装置。
【請求項６】
前記透過照明光源と前記落射照明光源とが同じ波長の光を出射する光源である請求項４又は５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記落射照明光源と前記第１の対物レンズとの間に配置され、前記落射照明光源からの光が前記第１の領域に入射するよう前記落射照明光源からの光を遮る第１の絞りと、
前記透過照明光源と前記第２の対物レンズとの間に配置され、前記透過照明光源からの光が前記第２の領域に入射するよう前記透過照明光源からの光を遮る第２の絞りとをさらに備える請求項４、５又は６に記載の検査装置。
【請求項８】
光を透過する透過パターンと光を遮光する遮光パターンとが設けられている試料の欠陥を検出して検査を行う欠陥検査方法であって、
前記試料を透過した透過光を検出して透過像を撮像する透過像撮像ステップと、
前記試料で反射した反射光を検出して反射像を撮像する反射像撮像ステップと、
欠陥のない箇所において、前記透過像と前記反射像との間の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出ステップと、
前記透過像又は前記反射像の一方の像において、前記試料に設けられたパターンの輪郭を抽出する輪郭抽出ステップと、
前記輪郭を抽出した像の前記輪郭における輝度の傾斜方向を算出する傾斜方向算出ステップと、
前記位置ずれ量と前記輝度の傾斜方向とに基づいて前記輪郭をずらした位置を算出するステップと、
前記輪郭をずらした位置における前記輪郭を抽出した像の他方の像の輝度に基づいて欠陥判定を行う欠陥判定ステップとを有する検査方法。
【請求項９】
欠陥のない箇所において、前記透過像又は前記反射像の一方の像においてパターンエッジ近傍での輝度の傾斜量を算出するステップをさらに備え、
前記輪郭抽出ステップでは、前記傾斜量を求めた像の輪郭を抽出し、
前記欠陥判定ステップでは、前記輪郭をずらした位置を前記輝度の傾斜量に基づいて求める請求項８記載の検査方法。
【請求項１０】
前記欠陥判定ステップでは、前記輪郭をずらした位置における画素の周辺画素の輝度で前記輪郭をずらした位置における輝度を補完して欠陥判定を行う請求項８又は９に記載の検査方法。
【請求項１１】
落射照明光源からの光を第１の対物レンズに入射させるステップと、
前記第１の対物レンズに入射した前記落射照明光源からの光を前記第１の対物レンズの視野の一部である第１の領域に集光して試料に入射させるステップと、
前記落射照明光源から前記試料に入射した光のうち、前記試料で反射した反射光を前記第１の対物レンズを介して検出するステップと、
透過照明光源からの光を第２の対物レンズに入射させるステップと、
前記第２の対物レンズに入射した前記落射照明光源からの光を前記第１の対物レンズの視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に集光して前記試料に入射させるステップと、
前記透過照明光源から前記試料に入射した光のうち、前記試料を透過した透過光を前記第１の対物レンズを介して検出するステップを有する検査方法。
【請求項１２】
前記透過光と前記反射光とが略同時に検出される請求項１１記載の検査方法。
【請求項１３】
請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の検査方法により、フォトマスクを検査する検査ステップと、
前記検査ステップによって検査されたフォトマスクの欠陥を修正する欠陥修正ステップと、
前記欠陥修正ステップで修正されたフォトマスクを介して基板を露光する露光ステップと、
前記露光された基板を現像する現像ステップを有するパターン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検査装置及び検査方法並びにパターン基板の製造方法に関し、特に詳しくは、透明な基板における欠陥を検出して検査する検査装置及び検査方法並びにそれを用いたパターン基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、パターンに欠陥があると、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となり、歩留まりが低下する。従って、半導体基板やその製造工程で使用するフォトマスクなどのパターン基板に異物が付着しているか否かを検査する検査装置が利用されている。
【０００３】
このフォトマスクの検査装置には、主にダイツーデータベース（Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄａｔａｂａｓｅ）方式とダイツーダイ（Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄｉｅ）方式の２種類がある。ダイツーデータベース方式では、実際に検出した画像と、コンピュータなどの処理装置に記憶されているＣＡＤデータとを比較して異物や欠陥の検出を行う。しかしながら、ダイツーデータベース方式では、検査するパターン毎にＣＡＤデータから参照画像を作成する必要があるため、低コスト化を図ることが困難であった。
【０００４】
一方、ダイツーダイ方式では、異なる位置に配置された同じパターンの画像を検出し、それらを比較することにより、異物や欠陥の検出を行う。この方式では、パターンに応じてＣＡＤデータから参照画像を作成する必要がないため、低コスト化を図ることができる。しかしながら、この方式では、基板上に同じパターンが存在しないマスクについては異物や欠陥を検出することができなかった。
【０００５】
この問題を解決するため、２つのカメラにより透過像と反射像を撮像し、これらを重ね合わせる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。この方法では、透過像と反射像とではパターンのトーンが反転することを利用し、透過像を撮像する検出器の出力信号と反射像を撮像する検出器の出力信号とに基づいて欠陥を検出するものである。
【０００６】
この欠陥検査装置の詳細について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はフォトマスクの構成を示す断面図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）で示したフォトマスクの反射光の輝度を示す図であり、図１１（ｃ）はフォトマスクの透過光の輝度を示す図である。図１１（ｄ）は反射像の輝度と透過像の輝度を加算した出力を示す図である。なお、ここではフォトマスクのパターン形成面から入射してフォトマスク表面で反射した光を反射光とし、パターン形成面と反対側の面から入射してフォトマスクを透過した光を透過光とする。
【０００７】
図１１（ａ）に示すようにフォトマスク１０１上には遮光パターン１０２が形成されている。さらに遮光パターン１０２の右側には異物１０３が付着しているものとする。透過像では遮光パターンに対応する部分の輝度が弱くなり、それ以外の透明な部分の輝度が強くなる。一方、反射像では、遮光パターンに対応する部分の輝度が強くなり、それ以外の透明な部分の輝度が弱くなる。異物１０３が付着した箇所以外では、透過光の輝度と反射光の輝度を足し合わせた出力は図１１（ｄ）に示すように略一定となる。
【０００８】
次に異物が付着した箇所について説明する。ここでは光を透過しない異物１０３が付着したものとして説明する。異物１０３が付着した箇所では、光が散乱して反射されるため、反射光の輝度は遮光パターンと比べて弱くなる。一方、光を透過しない異物１０３が付着しているため、透過光の輝度は遮光パターンの部分と同様に弱くなる。したがって、これらを加算した出力は異物の箇所のみ、出力が弱くなる。そして、加算した出力がしきい値以下である場合を異物が付着した箇所としている。これにより、異物が付着した欠陥部分のみを検出することができる。
【０００９】
また、異なる波長を利用して透過像及び反射像を撮像するマスク検査装置が開示されている（例えば、特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】特開昭５８−１６２０３８号公報
【特許文献２】特開平５−１１９４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような欠陥検査装置には以下のような問題点があった。反射像と透過像を撮像した場合、光学像の線幅が異なって見えることがある。具体的には反射像及び透過像はいずれも、明るい部分が狭く、暗い部分が広く観察される。この場合、図１１（ａ）に示す遮光パターンの部分での反射光の輝度は図１１（ｅ）に、透過光の輝度は図１１（ｆ）に示すようになる。これらを加算した出力は図１１（ｇ）に示すようになる。
【００１２】
この場合、パターンエッジの近傍では、透過光及び反射光の輝度を足し合わせた出力が弱くなってしまう。そして、パターンエッジ近傍の出力は図１１（ｄ）に示す異物が付着した箇所の出力と同様に弱くなってしまう。この場合、パターンのエッジ近傍において、欠陥を誤検出してしまうおそれがあった。よって、従来の欠陥検査装置では、正確に異物検査を行うことができないという問題点があった。
【００１３】
また、異なる波長を利用して透過像及び反射像を撮像するマスク検査装置では、光学系が複雑になり、また異なる波長での光学特性を一致させることが困難であった。すなわち、レンズなどの光学系を単一の波長に対する設計とすることができないため、光学像にずれが生じてしまうおそれがあった。よって、このマスク検査装置では、正確に異物検査を行うことができないという問題点があった。
【００１４】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、透過像と反射像とに基づいて正確に検査を行うことができる検査装置及び検査方法ならびにパターン基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様にかかる検査装置は、光を透過する透過パターン（例えば、本発明の実施の形態における透明パターン７２）と光を遮光する遮光パターン（例えば、本発明の実施の形態における遮光パターン７１）とが設けられている試料（例えば、本発明の実施の形態におけるフォトマスク３３）の欠陥を検出して検査を行う検査装置であって、透過照明光源（例えば、本発明の実施の形態における透過照明光源１１）と、前記透過照明光源からの光を集光して前記試料に出射する透過照明光学系（例えば、本発明の実施の形態におけるレンズ１２、視野絞り１３、レンズ１４、開口絞り１５及びレンズ１６）と、透過像を撮像するため、前記透過照明光学系から前記試料に出射された光のうち前記試料を透過した透過光を検出する透過側検出器（例えば、本発明の実施の形態における透過側センサ４３）と、落射照明光源（例えば、本発明の実施の形態における落射照明光源２１）と、前記落射照明光源からの光を集光して前記試料に出射する落射照明光学系（例えば、本発明の実施の形態における開口絞り２２、レンズ２３、視野絞り２４、レンズ２５、ビームスプリッタ３１及びレンズ３２）と、反射像を撮像するため、前記落射照明光学系から前記試料に出射された光のうち前記試料で反射した反射光を検出する反射側検出器（例えば、本発明の実施の形態における反射側センサ）と、欠陥のない箇所において、前記透過像と反射像との間の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部（例えば、本発明の実施の形態における位置ずれ量算出部６４）と、前記透過像又は前記反射像の一方の像において、前記試料に設けられたパターンの輪郭を抽出する輪郭抽出部（例えば、本発明の実施の形態における輪郭抽出部６５）と、前記輪郭を抽出した像の前記輪郭における輝度の傾斜方向を算出する傾斜方向算出部（例えば、本発明の実施の形態における傾斜方向算出部６６）と、前記位置ずれ量と前記輝度の傾斜方向とに基づいて前記輪郭をずらした位置を求め、前記輪郭をずらした位置における前記輪郭を抽出した像の他方の像の輝度に基づいて欠陥判定を行う欠陥判定部（例えば、本発明の実施の形態における欠陥判定部６８）とを備えるものである。これにより、パターンエッジ近傍における欠陥を正確に検査することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、欠陥のない箇所において、前記透過像又は前記反射像の一方の像におけるパターンエッジ近傍での輝度の傾斜量を算出する傾斜量算出部（例えば、本発明の実施の形態における傾斜量算出部６３）をさらに備え、前記輪郭抽出部が前記傾斜量を算出した像の輪郭を抽出し、前記欠陥判定部が前記輪郭をずらした位置を前記輝度の傾斜量に基づいて求めるものである。これにより、より正確に欠陥を検出することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記欠陥判定部が、前記輪郭をずらした位置における画素の周辺画素の輝度で前記輪郭をずらした位置における輝度を補完して欠陥判定を行うものである。これにより、より正確に欠陥を検出することができる。
【００１８】
本発明の第４の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記落射照明光学系が、前記落射照明光源からの光を集光して試料に出射する第１の対物レンズ（例えば、本発明の実施の形態におけるレンズ３２）を備え、前記第１の対物レンズを介して、前記落射照明光源からの光が前記反射側検出器に検出され、前記透過照明光学系が前記透過照明光源からの光を集光して試料に出射する第２の対物レンズ（例えば、本発明の実施の形態におけるレンズ１６）を備え、前記第１の対物レンズを介して、前記透過照明光源からの光が前記透過側検出器に検出され、前記落射照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部である第１の領域に入射して前記反射側検出器で検出され、前記透過照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に入射して前記透過側検出器で検出されるものである。これにより、簡易な光学系で正確に欠陥を検出することができる。
【００１９】
本発明の第５の態様にかかる検査装置は、落射照明光源と、前記落射照明光源からの光を集光して試料に出射する第１の対物レンズと、前記第１の対物レンズから前記試料に出射した光のうち、前記試料で反射した反射光を前記第１の対物レンズを介して検出する反射側検出器と、透過照明光源と、前記透過照明光源からの光を集光して前記試料に出射する第２の対物レンズと、前記第２の対物レンズから前記試料に出射した光のうち、前記試料を透過した透過光を前記第１の対物レンズを介して検出する透過側検出器とを備え、前記落射照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部である第１の領域に入射して前記反射側検出器で検出され、前記透過照明光源からの光が前記第１の対物レンズの視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に入射して前記透過側検出器で検出されるものである。これにより、簡易な光学系で正確に欠陥を検出することができる。
【００２０】
本発明の第６の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記透過照明光源と前記落射照明光源とが同じ波長の光を出射する光源であるものである。これにより、光学系を単一の波長に対応する設計とすることができるため、より正確に欠陥を検出することができる。
【００２１】
本発明の第７の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記落射照明光源と前記第１の対物レンズとの間に配置され、前記落射照明光源からの光が前記第１の領域を通過するよう前記落射照明光源からの光を遮る第１の絞りと、前記透過照明光源と前記第２の対物レンズとの間に配置され、前記透過照明光源からの光が前記第２の領域を通過するよう前記透過照明光源からの光を遮る第２の絞りとをさらに備えるものである。これにより、透過照明と反射照明とのＮＡを任意に変えることができるので、より正確に欠陥を検出することができる。
【００２２】
本発明の第８の態様にかかる検査装置は、光を透過する透過パターンと光を遮光する遮光パターンとが設けられている試料の欠陥を検出して検査を行う欠陥検査方法であって、前記試料を透過した透過光を検出して透過像を撮像する透過像撮像ステップと、前記試料で反射した反射光を検出して反射像を撮像する反射像撮像ステップと、欠陥のない箇所において、前記透過像と前記反射像との間の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出ステップと、前記透過像又は前記反射像の一方の像において、前記試料に設けられたパターンの輪郭を抽出する輪郭抽出ステップと、前記輪郭を抽出した像の前記輪郭における輝度の傾斜方向を算出する傾斜方向算出ステップと、前記位置ずれ量と前記輝度の傾斜方向とに基づいて前記輪郭をずらした位置を算出するステップと、前記輪郭をずらした位置における前記輪郭を抽出した像の他方の像の輝度に基づいて欠陥判定を行う欠陥判定ステップとを有するものである。これにより、パターンエッジ近傍においても正確に異物検査を行うことができる。
【００２３】
本発明の第９の態様にかかる検査装置は、上述の検査方法において、欠陥のない箇所において、前記透過像又は前記反射像の一方の像においてパターンエッジ近傍での輝度の傾斜量を算出するステップをさらに備え、前記輪郭抽出ステップでは、前記傾斜量を求めた像の輪郭を抽出し、前記欠陥判定ステップでは、前記輪郭をずらした位置を前記輝度の傾斜量に基づいて求めるするものである。これにより、パターンエッジ近傍において、より正確に異物検査を行うことができる。
【００２４】
本発明の第１０の態様にかかる検査装置は、上述の検査方法において、前記欠陥判定ステップでは、前記輪郭をずらした位置における画素の周辺画素の輝度で前記輪郭をずらした位置における輝度を補完して欠陥判定を行うものである。これにより、パターンエッジ近傍において、より正確に異物検査を行うことができる。
【００２５】
本発明の第１１の態様にかかる検査装置は、落射照明光源からの光を第１の対物レンズに入射させるステップと、前記第１の対物レンズに入射した前記落射照明光源からの光を前記第１の対物レンズの視野の一部である第１の領域に集光して試料に入射させるステップと、前記落射照明光源から前記試料に入射した光のうち、前記試料で反射した反射光を前記第１の対物レンズを介して検出するステップと、透過照明光源からの光を第２の対物レンズに入射させるステップと、前記第２の対物レンズに入射した前記落射照明光源からの光を前記第１の対物レンズの視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に集光して前記試料に入射させるステップと、前記透過照明光源から前記試料に入射した光のうち、前記試料を透過した透過光を前記第１の対物レンズを介して検出するステップを有するものである。これにより、簡易な光学系で正確に異物検査を行うことができる。
【００２６】
本発明の第１２の態様にかかる検査装置は、上述の検査方法において、前記透過光と前記反射光とが略同時に検出されるものである。これにより、検査時間を短くすることができる。
【００２７】
本発明の第１３の態様にかかるパターン基板の製造方法は、上述の検査方法により、フォトマスクを検査する検査ステップと、前記検査ステップによって検査されたフォトマスクの欠陥を修正する欠陥修正ステップと、前記欠陥修正ステップで修正されたフォトマスクを介して基板を露光する露光ステップと、前記露光された基板を現像する現像ステップを有するものである。これにより、パターン基板の生産性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、透過像と反射像とに基づいて正確に検査を行うことができる検査装置及び検査方法ならびにパターン基板の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
【００３０】
本発明にかかる検査装置について図１を用いて説明する。ここでは試料であるフォトマスク３３に付着した異物を検出する検査装置を例に挙げて説明する。１１は透過照明光源、１２はレンズ、１３は視野絞り、１４はレンズ、１５は開口絞り、１６はレンズであり、これらは、透過像を検出するためフォトマスク３３の背面側から光を照射するための透過照明光学系である。２１は落射照明光源、２２は開口絞り、２３はレンズ、２４は視野絞り、２５はレンズ、３１はビームスプリッタ、３２はレンズである。これらは、反射像を検出するためフォトマスクの表面側から光を照射するための落射照明光学系である。４１はレンズ、４２は反射部材、４３は透過側センサ、４４は反射側センサである。
【００３１】
まず、透過照明光源１１からの出射された光をフォトマスク３３に入射させるための透過照明用光学系について説明する。透過照明光源１１は、例えば、小さい光源である１本のマルチモード光ファイバを用いることができる。すなわち、光ファイバの一端を光軸上に配置し、他端の近傍には光源を配置する。これにより、光源から光ファイバの入射端に入射した光が光ファイバ内を伝播し、出射端から出射される。これにより、各光ファイバのＮＡ（開口数）で決定される出射角以下で出射された光をフォトマスク３３に照射することができる。なお、透過照明光源１１には１本の光ファイバの他、複数本の光ファイバを束ねたバンドルファイバを用いても良い。透過照明光源１１から出射した光がレンズ１２により屈折され、視野絞り１３に入射する。視野絞り１３には光軸から外れた位置に光を透過させるための開口部が設けられている。この開口部の外側に入射した光は視野絞り１３を通過することができないため、遮光される。なお、図１では光軸から右方向にずれた位置に開口部を設けている。この開口部は透過側センサ４３の受光面の形状に対応して、矩形状に設けられている。
【００３２】
視野絞り１３を通過した光はレンズ１４により屈折され、開口絞り１５に入射する。開口絞り１５には光軸を中心に所定の大きさの開口部が設けられている。この開口絞り１５を通過した光はレンズ１６に入射する。レンズ１６は対物レンズであり、フォトマスク３３のパターン形成面の表面で視野絞りの像が結像するよう光を集光する。このような光学系を利用し、透過照明光源１１からの光によりフォトマスク３３を照明する。この時、視野絞り１３が光軸に対してずれているため、光は光軸からずれるよう集光される。なお、ここでは光軸に対して左方向にずれた位置に光が集光されている。
【００３３】
次に、落射照明光源２１から出射された光をフォトマスク３３に入射させるための落射照明光学系について説明する。落射照明光源２１には透過照明光源１１と同様の光ファイバを用いることができる。落射照明光源２１から出射された光は光軸を中心に光ファイバの出射端に対応する大きさの開口部を有する開口絞り２２に入射する。開口絞り２２を通過した光はレンズ２３に入射する。レンズ２３に入射した光は、屈折され視野絞り２４に入射する。視野絞り２４は透過照明用光学系の視野絞り１３と同様に、光軸に対してずれた位置に開口部が設けられている。開口部の外側に入射した光は視野絞り２４を通過することができないため、遮光される。なお、図１では光軸から上方向にずれた位置に開口部を設けている。この開口部は反射側センサ４４の受光面の形状に対応して、矩形状に設けられている。
【００３４】
視野絞り２４を通過した光はレンズ２５によって屈折され、ビームスプリッタ３１に入射する。ビームスプリッタ３１は、入射した光のうち、一部の光をフォトマスク３３の方向に反射する。このビームスプリッタ３１で反射した光はレンズ３２に入射する。レンズ３２は対物レンズであり、フォトマスク３３の表面で結像するよう光を集光する。このようにして、落射照明光源２１からの光によりフォトマスク３３を照明する。この時、視野絞り２４が光軸に対してずれているため、光は光軸からずれるよう集光される。なお、ここではフォトマスク上で光軸に対して右方向にずれた位置に光が集光されている。
【００３５】
上述のように視野絞り１３及び視野絞り２４は、光軸に対して外れた位置に開口部が設けられているため、光軸上の光が遮蔽される。さらに、本実施の形態では、透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光がフォトマスク上でずれるようにその開口部を配置している。図１では光軸に対して、左側に透過照明光源１１からの光が、右側に落射照明光源２１からの光が集光されている。したがって、透過照明光源１１と落射照明光源２１とは、フォトマスク上の異なる位置を照明している。
【００３６】
このように図１に示す検査装置では、透過照明光学系の視野絞り１３と落射照明光学系の視野絞り２４とにより、透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光とがフォトマスク上で異なる位置に入射するようにしている。そして、フォトマスク３３を透過した透過光とフォトマスク３３で反射した反射光とは対物レンズ３２に入射して、同じ光学系（例えば、ビームスプリッタ３１及びレンズ４１）を伝播する。すなわち、落射照明光源２１からの光は対物レンズ３２に視野の一部である第１の領域に入射する。透過照明光源１１からの光は対物レンズ３２の視野の一部である第２の領域に入射する。ここで、第１の領域と第２の領域とは位置がずれているため、透過光と反射光とが同じ光学系において異なる位置を通過する。よって、簡易な光学系で透過光と反射光とを異なる検出器で別々に検出することができる。
【００３７】
フォトマスク３３は駆動機構に接続されたＸ−Ｙステージ（図示せず）に載置されており、図１中の矢印の方向に走査可能に設けられている。このＸ−Ｙステージを矢印の方向に走査させることにより、一定時間間隔ずれて、透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光が同じ位置を照明する。すなわち、透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光がフォトマスク上でずれているため、落射照明光源２１で照明された位置は一定時間経過後、透過照明光源１１で照明される。もちろん、走査方向は矢印の方向と反対でも良い。そして、フォトマスク３３をラスタ走査することにより、フォトマスク全面を照明する。これにより、フォトマスク３３の全面の検査を行うことができる。
【００３８】
このように透過照明光源１１及び落射照明光源２１からフォトマスク３３を照明した光は、フォトマスク３３に形成されているパターンに基づいて透過又は反射される。例えば、透過照明光源１１から出射した光はフォトマスク３３上の遮光パターン以外の透過パターンを通過してレンズ３２に入射する。一方、透過照明光源１１から出射した光は遮光パターンに入射すると、反射される。また、落射照明光源２１から出射した光は、遮光パターンに入射すると、レンズ３２に方向に反射される。一方、落射照明光源２１から出射した光は、遮光パターン以外の透過パターンに入射するとフォトマスク３３を透過する。さらに異物などが付着した欠陥箇所に入射した光は、その異物等の性質に応じて散乱等されるため、欠陥検査を行うことができる。
【００３９】
このように、透過照明光源１１からフォトマスク３３を透過した光及び落射照明光源２１からフォトマスク３３で反射した光はレンズ３２に入射する。この光はレンズ３２で屈折され、ビームスプリッタ３１に入射する。ビームスプリッタ３１に入射した光の一部はレンズ４１で屈折され、反射部材４２に入射する。反射部材４２は反射ミラーやプリズムなどの光学部品であり、入射した光を所定の方向に反射させる。さらに、反射部材４２は２つの反射面が異なる角度で配置されている。異なる反射面に入射した光はそれぞれ異なる方向に反射する。反射部材４２は透過光と反射光が異なる面に入射するように配設されている。したがって、透過光は透過側センサ４３の方向に反射され、反射光は反射側センサ４４の方向に反射される。透過側センサ４３は透過像を撮像するため透過照明光源１１からの光を検出し、反射側センサ４４は反射像を撮像するため落射照明光源２１からの光を検出する。
【００４０】
透過側センサ４３及び反射側センサ４４は例えば、ＣＣＤなどの光検出器であり、入射した光の輝度に基づく信号を処理装置５０に出力する。処理装置５０はパーソナルコンピュータ等を有する情報処理装置である。処理装置５０にはＡ／Ｄ変換器５１ａとＡ／Ｄ変換器５１ｂとが設けられており、透過側センサ４３及び反射側センサ４４からの出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。すなわち、透過側センサ４３からのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器５１ａによりデジタル信号に変換され、反射側センサ４４からのアナログ信号はＡ／Ｄ変換器５１ｂによりデジタル信号に変換される。このデジタル信号はメモリ５２に記憶される。すなわち、Ａ／Ｄ変換器５１ａにより変換されたデジタル信号はメモリ５２ａに記憶され、Ａ／Ｄ変換器５１ｂにより変換されたデジタル信号はメモリ５２ｂに記憶される。また、処理装置５０にはフォトマスク３３を駆動させる駆動機構からの出力信号が入力される。この駆動機構からの出力信号に基づいて、検出箇所のフォトマスク上の位置（座標）が特定される。
【００４１】
メモリ５２はそれぞれの画素における光の輝度に基づく輝度データを記憶する。さらにメモリ５２はフォトマスクのある一定の領域に対応する輝度データを記憶することができる。このようにして記憶された透過像と反射像との輝度データは演算処理部５３により、欠陥を検出するための演算処理が行われる。また、処理装置５０はＬＣＤやＣＲＴなどの表示装置を備え、透過像又と反射像とを個別に又は同時に表示できるようになっている。
【００４２】
ここで、透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光は視野絞り１３及び視野絞り２４によってフォトマスク上で異なる位置に集光されている。したがって、レンズ３２及びレンズ４１を通過する際、異なる方向に伝播する光束となる。すなわち、進行方向のずれた光束が同じ光学系を伝播する。これにより、透過光と反射光とで検出側の光学系を同じ光学系とした場合でも、反射部材４２により透過光と反射光とを容易に分離することができる。すなわち、透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光とがレンズ３２及びレンズ４１の異なる位置を通過する。よって、光路上に透過光と反射光とを異なる方向に反射する反射部材４２を設けることにより、透過側センサ４３と反射側センサ４４とを干渉しないように配置することが可能になる。これにより、、検出器側の光学系を同じ光学系とした場合でも、簡易な光学系で反射像と透過像を略同時に撮像することができる。これにより、撮像時間が短縮され、検査効率を向上することができる。もちろん、反射部材４２は透過照明光源１１からの光と落射照明光源２１からの光のいずれか一方のみを反射するようにしてもよい。
【００４３】
さらに、反射部材４２により透過光と反射光とを分離しているため、透過照明光源１１と落射照明光源２１とを同じ波長の光源にすることができる。これにより、簡易な光学系で光学特性を一致させることができる。さらに透過照明光学系と落射照明光学系で異なる光源を用い、また開口絞りを別々に設けているため、それぞれの照明条件を個別に調整することができる。
【００４４】
次に、反射像及び透過像の輝度データに基づいて異物などが付着した欠陥を検出する演算処理について図２を用いて説明する。図２は欠陥検出のため演算処理方法を概念的に示した図である。本発明では透過像と反射像との間で光学像の線幅が異なっている場合において、パターンエッジの近傍での検査を行うための演算処理を行っている。
【００４５】
まず、図２（ａ）に示すように島状の透明パターン７２を囲むように設けられた遮光パターン７１のエッジ上に異物７３が付着している場合について説明する。すなわち、図２（ａ）に示すよう、遮光パターン７１の内側には島状の透明パターン７２が設けられており、その透明パターン７２の端部に異物７３が付着している例が示されている。ここで異物７３は遮光パターン７１にエッジにまたがって付着している。すなわち、図２（ａ）に示すように異物７３の上半分は遮光パターン７１の領域に対応し、下半分は透明パターン７２の領域に対応するものとする。透明パターン７２は角が丸くなった矩形状に設けられている。
【００４６】
このような部分において撮像される光学像を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）において、左側が反射像を示しており、右側が透過像を示している。図２（ｂ）では明るい部分を白抜きしたパターンでしめし、暗い部分をハッチングしたパターンで示す。反射像では遮光パターン７１に対応する部分が明るくなり、透明パターン７２に対応する部分が暗くなる。すなわち、フォトマスク３３を通過した光は、反射側センサ４４に到達しないため、反射像では遮光パターン７１に対応する部分の方が透明パターン７２に対応する部分より検出光量が高くなる。そして、異物７３に入射した光は一部が散乱して反射されるため、異物７３に対応する部分では、遮光パターン７１よりも低い光量が検出される。
【００４７】
一方、透過像では、透明パターン７２に対応する部分が明るくなり、遮光パターン７１に対応する部分が暗くなる。すなわち、フォトマスク３３上で反射した光は、透過側センサ４３に到達しないため、透過像では遮光パターン７１に対応する部分の方が透明パターン７２に対応する部分より検出光量が低くなる。そして、異物７３に入射した光は散乱して反射されるため、異物７３に対応する部分では、遮光パターン７１と透明パターン７２の間の光量が検出される。ここで、遮光パターン７１では光が遮光されているため、遮光パターン７１上の異物７３には透過照明光源１１からの光が入射しない。したがって、透過像では透明パターン７２に対応する領域の異物７３のみが現れる。すなわち、透過像では異物７３の下半分のみが現れ、上半分は現れない。
【００４８】
このようにして撮像された透過像と反射像とは、異物の箇所を除いてトーンが反転した光学像となる。さらに、透過像と反射像とは、光学像の線幅が異なっている。具体的には、いずれの光学像も明るい部分が狭く、暗い部分が広くなる。そのため、反射像では透明パターン７２に対応する部分が広くなり、遮光パターン７１に対応する部分が狭くなる。一方、透過像では透明パターン７２に対応する部分が狭くなり、遮光パターン７１に対応する部分が広くなる。このように透過像と反射像では、光学像の線幅が異なって撮像される。したがって、従来はパターンエッジ近傍に小さな異物が付着した場合、これを検出することができなかった。しかし、本発明では以下に示す処理により、パターンエッジ近傍の異物を検出することができる。
【００４９】
まず、図２（ｃ）に示すように透過像及び反射像からパターンエッジを検出して、パターンの輪郭を抽出する。この輪郭は異物が付着した部分を除いて、遮光パターン７１と透明パターン７２との形状に基づいたものとなる。ただし、パターンの輪郭は、上述の理由により反射像の方が透過像よりも大きくなる。すなわち、光学像の暗い部分が広がっているため、反射像の輪郭７５は透過像の輪郭７６よりも大きくなる。
【００５０】
ここで、パターンエッジ近傍の異物を検出するため、透過像の輪郭７６を一定距離ずらして反射像の輪郭７５に重ね合わせる。このとき、正常な箇所では透過像の輪郭７６と反射像の輪郭７５が一致し、異物が付着した箇所では透過像の輪郭７６と反射像の輪郭７５が一致しない。具体的には、まず、透明パターン７２に上辺のエッジを調べるため、透過像の輪郭７６を上にずらして反射像の輪郭７５に重ね合わせる（図２（ｄ）参照）。そして、透過像の輪郭７６と反射像の輪郭７５とが一致する画素は正常な画素と判別し、輪郭が一致しない箇所は欠陥箇所と判別する。ここでは、図２（ｄ）に示す太線で示される一致点７７において輪郭が一致し、異物の箇所では一致しない。次に透明パターン７２の右上の角部のパターンエッジを調べるため、透過像の輪郭７６を右上にずらして反射像の輪郭７５に重ね合わせる（図２（ｅ）参照）。そして、透過像の輪郭７６と反射像の輪郭７５とが一致するか否かによって正常箇所か欠陥箇所かを判別する。ここでは、右上の角全体が一致点７７となる。
【００５１】
さらに、透明パターン７２の右辺のパターンエッジを調べるため、透過像の輪郭７６を右にずらして反射像の輪郭７５に重ね合わせる（図２（ｆ）参照）。そして、透過像の輪郭７６と反射像の輪郭７５とが一致するか否かによって正常箇所か欠陥箇所かを判別する。ここでは、右辺全体が一致点７７となる。この処理を右下、下、左下、左、左上と順番に行って、輪郭全体に対して正常箇所か欠陥箇所かの判別を行う。そして、正常箇所についてデータを消していくと、最後には欠陥箇所のデータのみ消去されずに残る（図２（ｇ）参照）この消去されずに残った画素が欠陥箇所となる。これにより、パターンエッジ近傍において異物が付着した欠陥箇所を検出することができる。
【００５２】
なお、上述の説明では説明の簡略化のため、透過像と反射像とで輪郭が一致するか否かで欠陥判定を行ったが、正確には透過像又は反射像の一方の像で輪郭を求め、この輪郭をずらした位置における他の像の輝度がある一定範囲内か否かで欠陥判定を行っている。
【００５３】
この欠陥判定の演算処理について図３〜図７を用いて詳細に説明する。図３は欠陥のない正常なパターンエッジの透過像及び反射像を示す図である。図４は図３で示した透過像におけるパターンエッジでの輝度の傾斜量を示す図である。図５は光学像の位置ずれ量を示す図である。図６はパターンの角部での透過像及び反射像を示すである。図７は傾斜方向を求めるために用いられるソーベルオペレータを示す図である。
【００５４】
なお、図３（ａ）及び図６（ａ）はそれぞれ透過像を示し、図３（ｂ）及び図６（ｂ）は反射像を示す。また、図３及び図６ではそれぞれ１マスが検出器における１つの画素を示している。すなわち、図３では縦７×横８の画素を示し、図６では縦９×横９の画素を示している。図３及び図６では、説明の明確化のため、明るい画素ほど薄い（白に近い）パターンで、暗い画素ほど濃い（黒に近い）パターンで輝度を示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）はフォトマスク上の同じ箇所における透過像及び反射像をそれぞれ示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）もフォトマスク上の同じ箇所における透過像及び反射像をそれぞれ示している。また、図６は欠陥のない正常な箇所の光学像を示している。
【００５５】
まず、欠陥判定を行うために必要な基準となる数値を求めるための処理について説明する。ここでは、基準となる数値である中間値部分の輝度の傾斜量と中間値部分の横方向の位置ずれ量を求めるための演算処理について説明する。
【００５６】
図３に示す画像は縦方向（Ｙ方向）にパターンエッジが配置された状態の画像を示している。ここでは左から４列目と５列目の画素の間にパターンエッジが配置されている。すなわち、左から４列目までの画素が遮光パターンに対応し、右から４列目までの画素が透明パターンに対応する。縦方向（Ｙ方向）にパターンエッジが配置されているため、フォトマスク３３における透明パターンと遮光パターンの境界は境界線９７に示す位置となる。したがって、図３（ａ）に示すように透過像では左から４列目までの画素は均一に暗くなっている。左から５列目の画素から右に行くにしたがって、徐々に明るくなっていく。すなわち、左から８列目（最も右側）の画素が最も明るい画素となる。
【００５７】
一方、反射像では右から４列目までの画素が均一に暗くなる。光学像は暗い部分が広くなるため、右から５列目の画素から左に行くにしたがって、徐々に明るくなっていく。すなわち、右から８列目（最も左側）の画素が最も明るい画素となる。また、パターンエッジはＹ方向と平行に配置されているため、Ｙ方向の輝度分布は一様である。すなわち、縦方向の列において、どの画素でも輝度は均一である。また、輝度のＸ方向の分布は図４に示すようになる。
【００５８】
次に、透過像及び反射像における最大の輝度レベル９２及び最小の輝度レベル９３を求める。図３に示す透過像では、例えば、左から４列目までの画素が最小の輝度レベル９３となり、左から８列目の画素が最大の輝度レベル９２となる。そして、この最大の輝度レベル９２と最小の輝度レベル９３の平均から輝度の中間値９４を求める。さらに、それぞれの画素の輝度データから中間値部分の輝度の傾斜量（傾き）を予め求めておく。ここでは、透過像の中間値部分の輝度の傾斜量を求めておく例について説明する。
【００５９】
例えば、それぞれの画素の輝度データを画素の中心位置における輝度とする。そして、図４に示すようパターンエッジ近傍の画素の輝度データに基づいてフィッティングし、中間値部分の傾斜量（ｄＩ／ｄｘ）を求める。具体的には図３に示す透過像では、右の画素ほど輝度が高いため、Ｘ方向の輝度分布は図４の曲線に示すようになっている。したがって、フィッティングにより求めた中間値における傾斜量は図４における斜めの直線９１で示される。
【００６０】
次に透過像と反射像の中間値部分の横方向（Ｘ方向）の位置ずれ量を求める。ここで、図３における画素の透過像及び反射像のＸ方向の輝度分布を図５に示す。最大の輝度レベル９２及び最小の輝度レベル９３に基づいて求められた中間値９４における位置ずれ量は図５に示す位置ずれ量９５に示すようになる。すなわち、透過像での中間値の位置（ｘ１）と反射像での中間値の位置（ｘ２）との差（ｘ２−ｘ１）に基づいて位置ずれ量９５が算出される。例えば、図４に示すよう輝度データをフィッティングする。このフィッティングにより求められた関数が中間値９４を取るときの座標が透過像での中間値９４の位置（ｘ１）なる。反射像での中間値の位置（ｘ２）も同様に算出することができる。なお、位置ずれ量９５は通常、画素の整数倍にならない。この横方向の位置ずれ量９５は、フォトマスク上での１検出画素の大きさに基づいて、フォトマスク３３における長さで求めてもよい。この中間値部分の横方向の位置ずれ量９５が透過像と反射像との間の光学像の線幅の差として規定される。すなわち、透過像と反射像は位置ずれ量９５だけずれているように観察される。
【００６１】
このようにして求めた中間値部分の輝度の傾斜量と中間値部分の横方向の位置ずれ量９５が基準値として処理装置に記憶される。この傾斜量と位置ずれ量とに基づいて、フォトマスク上の任意の位置における欠陥判定が行われる。すなわち、この傾斜量と位置ずれ量とをフォトマスク上の正常な１箇所で求め、この値に基づいてフォトマスク全面の欠陥判定を行う。上述のように求めた基準となる傾斜量及び位置ずれ量が使用され、パターンエッジ近傍における欠陥検出が行われる。
【００６２】
次にフォトマスク上の任意の位置において欠陥の有無を判定するための処理について説明する。ここでは図６に示すパターンにおける欠陥判定について説明する。ここで、図６は図２に示した透明パターンの左上の角部を撮像した画像を示している。すなわち、右下の角周辺の画素が透明パターンに対応し、その以外の画素が遮光パターンに対応する。
【００６３】
まず、透過像のパターンの輪郭を抽出する。ここでは、例えば、輝度データが中間値に近い画素を輪郭の画素とする。すなわち、中間値を含む一定の範囲内に含まれる輝度データを持つ画素が輪郭画素となる。なお、ここでは輝度の傾斜量を透過像に対して求めたため、透過像の輪郭を抽出している。反射像に対して傾斜量を求めた場合は、反射像の輪郭を抽出する。もちろん、両方の画像に対して、それぞれ傾斜量の算出及び輪郭の抽出を行ってもよい。なお、図６では輪郭となる画素は輪郭画素９６で示されている。この輪郭画素９６よりも内側（右下側）が透明パターンに対応し、外側（左上側）が遮光パターンに対応する。
【００６４】
次に、輪郭画素９６における輝度の傾斜方向を求める。ここでは、輪郭画素９６を中心とする縦３×横３の画素からソーベルオペレーション（Ｓｏｂｅｌ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）により輝度の傾斜方向を求める。具体的には図７に示すソーベルオペレータ（Ｓｏｂｅｌ  Ｏｐｅｒａｔｏｒ）をそれぞれの画素の輝度データに乗算し、Ｘ方向及びＹ方向の傾斜を求める。ここで、図７（ａ）はＸ方向のソーベルオペレータを示しており、図７（ｂ）はＹ方向のソーベルオペレータを示している。すなわち、図７（ａ）に示すソーベルオペレータによりＸ方向の傾斜を求め、図７（ｂ）に示すソーベルオペレータによりＹ方向の傾斜を求める。そして、Ｘ方向の傾斜及びＹ方向の傾斜により、輝度の傾斜方向を求める。この輝度の傾斜方向は、輪郭画素の中心点において輝度の傾きが最も大きい方向となる。すなわち、輝度の傾斜方向は輝度の最大勾配方向となる。したがって、輝度の傾斜方向は、その輪郭画素９６の中心点における輪郭の接線と垂直方向となる。この輝度の傾斜方向はパターンエッジの方向と垂直な方向になる。
【００６５】
次に、輝度の傾斜方向と中間値部分の横方向の位置ずれ量とに基づいて輪郭線に対する法線ベクトルを求める。輝度の傾斜方向が法線ベクトルの方向となり、法線ベクトルの大きさは位置ずれ量に基づいたものとなる。したがって、この法線ベクトルの方向はパターンの輪郭線に対して垂直な方向を示している。
【００６６】
さらに、ここでは法線ベクトルの長さをより正確に求めるため、中間値部分の輝度の傾斜量を用い、選択した画素の輝度の中間値からのずれから画素の輪郭に対する位置のずれを求める。すなわち、輝度データが一定範囲に含まれる画素を輪郭画素９６として抽出している。そのため、実際のパターンの輪郭は輪郭画素９６の中心からずれた位置となる。この輪郭画素９６の中心からのずれを求めるため、予め求めておいた中間値部分の輝度の傾斜量を用いる。すなわち、選択した輪郭画素９６の輝度データの中間値からのずれ（ΔＩ）と傾斜量（ｄＩ／ｄｘ）とに基づいて、位置のずれ（Δｘ）を算出する。この位置のずれ（Δｘ）を上述の法線ベクトルの長さに加える。すなわち、法線ベクトルの長さは、横方向の位置ずれ量に、画素の輪郭に対する位置のずれ（Δｘ）を加えたものとなる。
【００６７】
図６にはこのようにして求めた法線ベクトル９８を、輪郭画素９６の中心を始点として重ね合わせて示している。そして、図６（ａ）に示すようにそれぞれの輪郭画素９６に対して、法線ベクトル９８が求められている。ここでは図２に示す島状の透明パターン７２において左上の角部の光学像が示されている。したがって、図６に示された輪郭画素９６のうち、左下側の輪郭画素９６ａではパターンエッジがＹ方向に沿って配置されている。また、図６に示された輪郭画素９６のうち、右上側の画素９６ｂではパターンエッジがＸ方向に沿って配置されている。ここで、パターンエッジがＹ方向に沿って配置されている輪郭画素９６ａにおける法線ベクトル９８ａはＸ方向に沿ったものとなる。一方、パターンエッジがＸ方向に沿って配置されている輪郭画素９６ｂにおける法線ベクトル９８ｂはＹ方向に沿ったものとなる。輪郭画素９６ａと輪郭画素９６ｂとの間の輪郭画素９６における法線ベクトル９８はＸ方向からＹ方向に順番に傾斜方向が変化していく。
【００６８】
また、画素の輪郭に対する位置のずれを法線ベクトルの長さに加えているため、それぞれの輪郭画素９６における法線ベクトル９８の長さは、その画素の輝度データの中間値からのずれに応じて異なっている。すなわち、位置ずれ量９５と法線ベクトル９８の長さとの違いは中間値からのずれが大きい輪郭画素で大きくなり、中間値からのずれが小さい輪郭画素で短くなる。そして、中間値と同じ輝度の輪郭画素があった場合、その画素の法線ベクトルは予め求めておいた中間値部分の横方向の位置ずれ量と同じになる。
【００６９】
次に法線ベクトル９８を反射像に重ね合わせ、反射像における法線ベクトル９８の終点の輝度を求める。このとき、法線ベクトル９８の始点は輪郭画素９６に対応した画素の中心となっている。ここで、反射像における法線ベクトルの終点の画素の輝度を周辺画素の輝度で補完して求める。すなわち、輪郭画素９６の中心を始点とする法線ベクトルは、その長さが画素の整数倍になるとは限らない。そのため、法線ベクトル９８の終点が画素の中心からずれてしまう。すなわち、画素内における終点の位置は画素の中心からずれたものとなる。この場合、法線ベクトル９８の終点の輝度は、終点の画素の輝度からずれたものとなる。本発明では輝度を周辺画素で補完することによって、反射像における法線ベクトル９８の終点の輝度を正確に求めることができる。具体的には、例えば、画素内における終点の位置に基づいて、終点の画素を含む縦２×横２の画素で輝度の補完を行う。
【００７０】
次に、この終点の輝度に基づいて欠陥判定を行う。具体的には、終点の輝度がある範囲の中にあれば正常なパターンエッジとして判断し、ある範囲の外にあれば異常なパターンエッジとして判断する。例えば、中間値を中心としてある一定の輝度の幅に終点の輝度が含まれないときは異常な箇所として判断する。すなわち、異物等が付着した欠陥箇所では、透過像と反射像とで輝度の違いが大きいため所定の範囲よりも輝度が高くあるいは低くなる。一方、正常な箇所はその輝度が所定の範囲に含まれる。このように終点における反射像の輝度がある範囲内にあるか否かを判断して、パターンエッジが正常か異常かを判別する。
【００７１】
そして、異常なパターンエッジとして判断された画素のＸＹ座標を記憶する。これにより、フォトマスク３３のパターンエッジ近傍の欠陥を検出することができる。パターンエッジ近傍についてのみ、上述の処理を行うようにする。そして、ＸＹステージによりフォトマスク３３を走査してフォトマスク３３の全面を検査する。なお、パターンエッジ近傍以外については従来と同様の方法により欠陥の検出を行うようにする。これにより、パターンエッジの近傍であるか否かにかかわらず、フォトマスク全面の検査を行うことができる。
【００７２】
さらに、上述の検査方法では、透過像及び反射像の両方の像に基づいて欠陥を判定している。このため、本発明にかかる検査装置は、透過像又は反射像のいずれか一方のみの像にしか、輝度の変化が現れない欠陥についても検出することができる。この場合の欠陥検出について以下に説明する。
【００７３】
本発明では、透過像及び反射像の両方の像に基づいて欠陥を判定しているため、反射像に輝度の変化が現れない欠陥についても検出することができる。ここでは、異物箇所において、透過光の輝度が弱くなる場合について図８を用いて説明する。図８は上述の異物が付着した箇所近傍の画像を示す図であり、輪郭における法線ベクトルを重ね合わせて示している。図８では縦９×横９の画素を示している。図８（ａ）は透過像、図８（ｂ）は反射像を示している。さらに、図８（ａ）及び図８（ｂ）は同じ箇所における透過像及び反射像をそれぞれ示している。ここでは、縦方向（Ｙ方向）にパターンエッジが配置されているため、フォトマスク３３における透明パターンと遮光パターンの境界は境界線９７に示す位置となる。図示された画素のうち、境界線９７の右側が透明パターン、境界線９７の左側が遮光パターンとなっている。また、上から５列目において異物が付着しているものとする。
【００７４】
上述の演算処理により、透過像におけるパターンの輪郭を抽出する。そして、輝度の傾斜方向及び予め求めておいた位置ずれ量及び輝度の傾斜量に基づいて法線ベクトルを求める。ここでは、上述の処理と同様に処理により法線ベクトルを算出する。このようにして求めた輪郭画素９６及び法線ベクトル９８を図８（ａ）に示す。輪郭画素９６の中心が法線ベクトル９８の始点となっている。
【００７５】
縦方向（Ｙ方向）にパターンエッジが配置されているため、異物の近傍以外では法線ベクトル９８は横方向（Ｘ方向）に配置される。また、異物の近傍以外では輪郭画素９６は縦方向に沿って配置される。したがって、異物の近傍以外では法線ベクトル９８の終点の位置は縦方向に配置される。一方、異物箇所では透過光の輝度が弱くなるため、輪郭画素９６ｅは他の輪郭画素から右側に１画素ずれる。この輪郭画素９６ｅの隣りの輪郭画素９６ｃ、９６ｄでは、輝度の弱い画素に引きずられて法線ベクトル９８がＸ方向に対して斜めになる。すなわち、輪郭画素９６ｃにおける法線ベクトル９８ｃの方向は左斜め下方向になり、輪郭画素９６ｄにおける法線ベクトル９８ｄの方向は左斜め上方向になる。
【００７６】
このようにして求めた法線ベクトル９８を反射像に重ね合わせると図８（ｂ）に示すようになる。ここで異物が付着した箇所の法線ベクトル９８ｅの終点は他の法線ベクトルの終点から１画素右側にずれている。したがって、輪郭画素９６ｅに対応する位置には欠陥があると判別される。このようにして、反射像には輝度の変化がほとんど現れない欠陥についても検出することができる
【００７７】
次に、透過像には輝度の変化がほとんど現れない欠陥について検出する例について説明する。本発明では、反射像と透過像との両方の像に基づいて欠陥を検出しているため、上述のような欠陥でも検出することができる。ここでは、異物箇所において、反射光の輝度が弱くなる場合について図９を用いて説明する。図９は異物が付着した箇所の画像を示す図であり、輪郭における法線ベクトルを重ね合わせて示している。図９は上述の異物が付着した箇所近傍の画像を示す図であり、輪郭における法線ベクトルを重ね合わせて示している。図９では縦９×横９の画素を示している。図９（ａ）は透過像、図９（ｂ）は反射像を示している。さらに、図９（ａ）及び図９（ｂ）は同じ箇所における透過像及び反射像をそれぞれ示している。ここでは、縦方向（Ｙ方向）にパターンエッジが配置されているため、フォトマスク３３における透明パターンと遮光パターンの境界は境界線９７に示す位置となる。図示された画素のうち、境界線９７の右側が透明パターン、境界線９７の左側が遮光パターンとなっている。また、上から５列目において異物が付着しているものとする。
【００７８】
上述の演算処理により、透過像におけるパターンの輪郭を抽出する。そして、輝度の傾斜方向及び予め求めておいた位置ずれ量及び輝度の傾斜量に基づいて法線ベクトルを求める。ここでは、上述の処理と同様に処理により法線ベクトルを算出する。このようにして求めた輪郭画素９６及び法線ベクトル９８を図９（ａ）に示す。輪郭画素９６の中心が法線ベクトル９８の始点となっている。
【００７９】
透過像は輝度の変化が現れないため、輪郭画素９６は縦方向に配置される。すなわち、パターンエッジにそって輪郭画素９６が配置される。また、それぞれの法線ベクトル９８の方向及び長さは略同じものとなる。この法線ベクトル９８を反射像に重ね合わせると図９（ｂ）に示すようになる。ここで、反射像において異物が付着した箇所では、輝度に変化が現れる。よって上から５列目では、高輝度の画素が他の列の画素に比べて左方向にずれている。したがって、法線ベクトル９８ｆの終点における輝度が他の法線ベクトル９８の終点における輝度と異なるものになる。よって、法線ベクトル９８ｆに対応する輪郭画素９６ｆに位置に欠陥があると判断される。このようにして、透過像には輝度の変化がほとんど現れない欠陥についても検出することができる。
【００８０】
上述の演算処理を行うことにより、パターンエッジ近傍の様々な欠陥を正確に検出することができるようになる。上述の演算処理を行う演算処理部５３の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は演算処理部の構成を示すブロック図である。
【００８１】
演算処理部５３はフレア除去部６１、シェーディング補正部６２、傾斜量算出部６３、位置ずれ量算出部６４、輪郭抽出部６５、傾斜方向算出部６６、法線ベクトル算出部６７及び欠陥判定部６８とを備えている。
【００８２】
フレア除去部６１及びシェーディング補正部６２は上述の処理を行うための前処理を行う。すなわち、フレア除去部６１は透過側センサ４３又は反射側センサ４４に入射する光量に応じてフレアを除去するための処理を行う。またシェーディング補正部６２は、照明系の輝度分布や透過側センサ４３又は反射側センサ４４における感度分布に応じて輝度のデータをシェーディング補正する。
【００８３】
傾斜量算出部６３は上述の通り、輝度の最大レベルと輝度の最大レベルとに基づいて中間値を求め、その中間値における傾斜量を算出する。この傾斜量は透過像又は反射像の少なくともいずれか一方のみ求めればよい。
【００８４】
位置ずれ量算出部６４は、上述の通り、透過像における中間値と反射像における中間値
とに基づいて算出される。この傾斜量と位置ずれ量とは正常な１箇所における像に基づいて算出される。これらがフォトマスク上の欠陥判定を行うために用いられる。すなわち、正常な一箇所により算出された傾斜量と位置ずれ量とが、任意のパターンエッジ近傍の位置における欠陥判定に利用される。正常な箇所は処理装置５０の表示装置に表示された透過画像及び反射画像により確認することができる。正常な１箇所を確認できたら、その位置での輝度データにより、傾斜量及び位置ずれ量を算出する。また、誤って異常個所で傾斜量及び位置ずれ量を算出してしまった場合、ほとんどの位置で欠陥が検出される。このため、即座に演算をやり直すことができる。
【００８５】
輪郭抽出部６５は、上述の通り、パターンエッジ近傍の位置における像から輪郭画素を抽出する。これによりフォトマスク上の輪郭画素が抽出される。このとき、輪郭抽出部６５は傾斜量を算出した像について輪郭を抽出する。傾斜方向算出部６６は、上述の通り、輪郭画素における傾斜方向を算出する。法線ベクトル算出部６７は傾斜方向及び位置ずれ量に基づいて法線ベクトルを算出する。法線ベクトル算出部６７は傾斜量に基づいて、輪郭画素とパターンの輪郭に対する位置ずれを法線ベクトルに加えることが好ましい。欠陥判定部６８はこの法線ベクトルに基づいて欠陥の有無を判定する。具体的には輪郭を抽出していない方の像に法線ベクトルを重ね合わせ、終点の位置を求める。これにより、透過像で抽出した輪郭を反射像と透過像との間の位置ずれ量だけずらした位置を求めることができる。そして、法線ベクトルの終点の位置の輝度により、欠陥判定を行う。欠陥判定部６８は、法線ベクトルの終点の輝度を周辺画素で補完して算出することが好ましい。このような構成を有する演算処理部５３によりパターンエッジ近傍においても正確に欠陥を検出することができる。
【００８６】
なお、上述の説明において、輪郭画素を抽出するための処理、傾斜方向を算出するための処理、法線ベクトルを算出するための処理及び欠陥判定の処理は、典型的な一例であり、これ以外の処理を用いてもよい。例えば、上述の説明では、ソーベルオペレーションにより輝度の傾斜方向を算出したがこれに限るものではない。例えば、プレヴィットオペレーション（Ｐｒｅｗｉｔｔ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）やその他の方法を用いても傾斜方向を算出してもよい。
【００８７】
なお、処理装置５０は、物理的に単一な装置にかぎるものではない。例えば、Ａ／Ｄ変換器５１、メモリ５２及び演算処理部５３はそれぞれ異なる装置に組み込まれていても良い。さらに、複数のＣＰＵを備えた演算処理部５３を用いて、並列処理を行うようにしてもよい。また、透過側センサ４３及び反射側センサ４４は１次元のラインセンサ又は２次元のエリアセンサであればよい。例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、フォトダイオードアレイなどを用いることができる。さらには、遅延積算（Time-Delay Integration：ＴＤＩ）方式の撮像装置であってもよい。この場合、ステージの走査方向と信号電荷の垂直転送方向とを一致させるとともに、走査速度と転送速度とを同期させる。これにより、検出感度を向上することができる。また、上述の検査装置はフォトマスクの検査に限らず、透明パターンと遮光パターンを有する基板であれば利用することができる。例えば、検査の対象となる試料としては、フォトマスクの他、カラーフィルタ基板などを挙げることができる。
【００８８】
なお、透過照明光源１１と落射照明光源２１には光ファイバに限らず、この他の光源を用いることができる。例えば、レーザ光源やランプ光源、バンドルファイバを用いることができる。同じ光源からの光を分岐して透過照明光源１１と落射照明光源２１とすることも可能である。この場合、１つの光源で透過照明光源１１と落射照明光源２１を構成することができるため、部品点数削減することができる。ただし、透過照明と落射照明の照明条件をべつべつに調整する場合は、２つの光源を用いることが好ましい。
【００８９】
上述のように本発明にかかる検査装置は、欠陥のない箇所において、前記透過像と反射像との間の位置ずれ量を算出し、前記透過像又は前記反射像の一方の像において、前記試料に設けられたパターンの輪郭を抽出し、前記輪郭を抽出した像の前記輪郭における輝度の傾斜方向を算出し、前記位置ずれ量と前記輝度の傾斜方向とに基づいて前記輪郭をずらした位置を算出し、前記輪郭をずらした位置における前記輪郭を抽出した像の他方の像の輝度に基づいて欠陥判定を行うことを第１の特徴とする。このような処理を行うことにより、パターンエッジ近傍においても欠陥を正確に検出することができる。
【００９０】
この場合、図１に示した光学系に限らず、反射像と透過像とを撮像することができる光学系であればよい。反射像と透過像と別々の光学系で撮像してもよい。透過像と反射像とを撮像することができる光学系であればよい。
【００９１】
また、本発明にかかる検査装置は、落射照明光源２１からの光を第１の対物レンズ３２に入射させ、第１の対物レンズ３２に入射した落射照明光源２１からの光を第１の対物レンズ３２の視野の一部である第１の領域に集光して試料に入射させ、落射照明光源２１から試料に入射した光のうち、試料で反射した反射光を前記第１の対物レンズを介して検出するとともに、透過照明光源１１からの光を第２の対物レンズ１６に入射させるステップと、第２の対物レンズ１６に入射した透過照明光源１１からの光を第１の対物レンズ１６の視野の一部であり前記第１の領域からずれた第２の領域に集光して試料に入射させ、透過照明光源１１から試料に入射した光のうち、試料を透過した透過光を前記第１の対物レンズを介して検出する光学系を有することを第２の特徴としている。これにより、透過光と反射光とを同じ光学系で伝播させることができるため、簡易な光学系で光学特性を一致させることができる。また、透過照明光源１１と落射照明光源２１とを同一の波長の光源とすることができるため、より正確に異物検査を行うことができる。すなわち、光学系（例えば、レンズ４１、レンズ３２及びビームスプリッタ３１などの光学部品）を単一の波長に対する設計とすることができるため、透過像と反射像との光学系のディストーションによるずれを小さくすることが可能になる。
【００９２】
この場合、上述の処理に限らず、様々な処理を行い検査を行うことが可能である。すなわち、上述の光学系では簡易な構成で透過光と反射光とを検出することができる。これを利用して、様々な処理を行い欠陥を検査することが可能である。
【００９３】
また、落射照明光源２１から対物レンズ３２の間に第１の絞り２２を配置し、透過照明光源１１から対物レンズ１６との間に第２の絞り１３を配置しているため、透過照明と反射照明のＮＡを任意に変えることができる。これにより、光学像のパターンエッジ近傍での暴れを最小にする照明条件を容易に設定することができる。したがって、輪郭の抽出を正確に行うことができ、検査をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明にかかる検査装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明にかかる検査装置においてパターンエッジ近傍の欠陥を判定する処理を概念的に示す図である。
【図３】本発明にかかる検査装置において撮像された正常箇所の光学像を示す図である。
【図４】本発明にかかる検査装置において中間値部分の輝度の傾斜量を示す図である。
【図５】本発明にかかる検査装置において中間値部分の横方向の位置ずれ量を示す図である。
【図６】本発明にかかる検査装置において、透明パターンの角部の光学像を示す図である。
【図７】本発明にかかる検査装置において用いられるソーベルオペレータを示す図である。
【図８】本発明にかかる検査装置において撮像された欠陥箇所の光学像を示す図である。
【図９】本発明にかかる検査装置において撮像された欠陥箇所の光学像を示す図である。
【図１０】本発明にかかる検査装置に用いられる処理装置の演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の検査装置における欠陥検査の信号処理を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１１  透過照明光源、１２  レンズ、１３  視野絞り、１４  レンズ、１５  開口絞り、
１６  レンズ、２１  落射照明光源、２２  開口絞り、２３  レンズ、２４  視野絞り、
２５  レンズ、３１  ビームスプリッタ、３２  レンズ、３３  フォトマスク、
４１  レンズ、４２  反射部材、４３  透過側センサ、４４  反射側センサ
５０  処理装置、５１  Ａ／Ｄ変換器、５２  メモリ、５３  演算処理部、
６１  フレア除去部、６２  シェーディング補正部、６３  傾斜量算出部、
６４  位置ずれ量算出部、６５  輪郭抽出部、６６  傾斜方向算出部、
６７  法線ベクトル算出部、６８  欠陥判定部、７１  遮光パターン、
７２  透明パターン、７３  異物、７５  反射像の輪郭、７６  透過像の輪郭、
９１  直線、９２  輝度の最大レベル、９３  輝度の最小レベル、９４  中間値
９５  位置ずれ量、９６  輪郭画素、９７  境界線、９８  法線ベクトル
【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】
2006072147.tif 000010
【図９】
2006072147.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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