(57)【要約】【課題】可視光の照明でもＨＴマスクのよう識別が困難パターンを、コントラスト良く観察することができる観察装置と、それを用いたマスク検査装置を提供すること。【解決手段】観察体１の斜め上方から観察体１を撮像する撮像手段４と、この撮像手段４により撮像された画像信号が入力される画像処理手段６と、この画像処理手段６からの出力である歪みのない観察体１の画像情報に基づいてアライメントマークを設定するアライメントマーク設定手段８とを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一に面照明する照明手段と、この照明手段により均一に照明されているパターンが形成された観察体に対し、該観察体の斜め上方から該観察体を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像された画像信号が入力される画像処理手段と、この画像処理手段からの出力である歪みのない前記観察体の画像情報に基づいてアライメントマークを設定するアライメントマーク設定手段とを有することを特徴とするパターン観察装置。
【請求項２】
前記照明手段は、前記観察体に対して斜め上方から照射する面光源であることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項３】
前記照明手段および撮像手段は、少なくともいずれか一方が前記観察体に対する配置角度を調整可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載の観察装置。
【請求項４】
前記照明手段は、反射板が用いられていることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項５】
前記画像処理装置には、前記撮像手段により斜め上方から撮像した前記観察体の歪み像のゆがみを補正する手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項６】
前記観察体からの反射光の光路には補正光学系が配置され、この補正光学系を経由した光路上に前記撮像手段が配置されていることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項７】
観察体であるマスクのアライメントを観察装置で観察してアライメントマークを設定するマスク検査装置において、
前記観察装置は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の観察装置を用いていることを特徴とするマスク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用のマスク等のパターンを観察するパターン観察装置とそれを用いたマスク検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路は、露光技術やプロセス技術の向上に伴ってますます高集積化、微細化が進められている。これに伴い、原板となるフォトマスク、レティクルに対して、より一層の位置精度、寸法精度の向上並びに微小欠陥や異物の低減などが要求されている。例えば、ウエハ上で０．１３μｍ幅の回路パターンに対し、４倍体マスクでは０．１２５μｍの大きさの欠陥まで検出する必要があると言われている。
【０００３】
フォトマスク等（以下、単にマスクという）のパターン欠陥検査装置では、ダイツーデータべース（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ）比較と呼ばれる検査方法がある。この方法では、被検査回路パターンをラインセンサで撮像して得られたセンサデータとパターンの設計に用いたＣＡＤデータより作られた参照データとを比較し、両者の不一致点を欠陥として検出する。
【０００４】
検査の際には、位置ずれ等のパターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の誤差による疑似欠陥の発生が問題になる。従来、パターン条件の補正量は、基準マスクで測定したパターン条件から参照データを補正してパターン検査を行なっていた。また、近年のマスクパターン検査では、検査前にマスク上の代表点で測定したパターン条件から参照データを補正して検査を行なっていた。
【０００５】
このように、パターン欠陥検査装置では、センサデータと参照データとの不一致点を欠陥として検出するので、特に両者の位置合わせが重要となる。
【０００６】
マスク検査装置では、マスクの位置合わせのため、オペレータは最初にマスク全面のパターンを観察して、位置合わせ（アライメント）に適したマークやパターンをマスク上から探して設定する。通常、マスク上のパターンはマクロ的に見るといくつかの矩形領域に区切られているので、オペレータはその矩形領域のコーナを使ってアライメントマークに登録する。
【０００７】
図１１に模式図を示すように、マスク検査装置の照明方法は、大別すると、光源４１、４２の配置する位置により、透光性のテーブル４５の上に載置されているマスク４３の表面から照射する反射照明とマスク４３の裏面から照射する透過照明とに分類することができる。反射照明の場合は、光源４１からの光をハーフミラー４４を介してマスク４３の表面を照射し、マスク４３からの反射光をハーフミラー４４の透過光として観察用カメラ４６で受光している。一方、透過照明の場合は、マスク４３の裏面側に設けられた光源４２から出射し、マスク４３を透過した光を観察用カメラ４６で受光している。
【０００８】
マスクを照射する光源４１、４２には、一般的には水銀ランプが使用されている。水銀ランプが用いられている理由は、可視光領域から紫外領域（３６５ｎｍ近辺）までの波長を有する光を用いて、フォトマスク４３を照明することができるためである。
【０００９】
なお、フォトマスクへの照明光と検査光を同一にすることにより、照明の際に影響がでる有害欠陥だけを検出するという技術において、紫外光を光源から照射する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図１２（ａ）に構成図を示すように、通常のマスク４３は、石英ガラス基板４７にパターンの膜４８が形成されている。膜４８の材質はクロム（Ｃｒ）である場合が多いので、可視光で照明しても反射率や透過率の差が大きいためコントラストの高いマスク４３の全面のパターンが得られていた。
【００１１】
しかし、図１２（ｂ）に構成図を示すように、最近の位相シフトマスク４３ａは、石英ガラス４７にＭｏＳｉの半透明なＨＴパターンの膜４９が形成されている半透明なＨＴ（ハーフトーン）マスクが主流になり、可視光では膜４９とガラス基板４７の反射率も透過率も差が小さいために、コントラストが低く観察用カメラ４６で受光したパターンの識別が困難になっている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−９４３３８号公報  （［段落番号］０００２〜０００４  図５）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、マスクの膜の材質がクロム（Ｃｒ）である場合は、マスクに対して可視光で照明しても反射率や透過率の差が大きいためコントラストの高いマスク全面の画像が得られるので、それにより、パターンを高精度で識別することが出来た。
【００１４】
しかしながら、最近の位相シフトマスクの主流になっている半透明なＨＴマスクの場合は、可視光（波長の長い光）の反射照明を用いた場合は、マスクを形成している膜とガラスの反射率の差が小さくコントラストが低い画像になり、パターンを高精度で識別することは困難である。
【００１５】
また、可視光の透過照明では、マスクを形成している膜の透過率が高くなり、ガラス部と同様に向こう側が透けて見えるため均一な背景が必要になり、設置スペースや膜毎のコントラストの調整が必要になる。
【００１６】
つまり、通常の可視光による透過や反射照明では、マスクの観察が困難になってきている。
【００１７】
なお、ＨＴマスクは波長２４８ｎｍおよび１９３ｎｍの近紫外光で数％の透過率になるように設計されているため、等倍（マスク全面と等しい）の観察光学系を深紫外光で製作し観察する方法も考えられるが、その場合も、光学系やセンサの開発が高価になる恐れがある。
【００１８】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、可視光の照明でもＨＴマスクのよう識別が困難パターンを、コントラスト良く観察することができる観察装置と、それを用いたマスク検査装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段によれば、均一に面照明する照明手段と、この照明手段により均一に照明されているパターンが形成された観察体に対し、該観察体の斜め上方から該観察体を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像された画像信号が入力される画像処理手段と、この画像処理手段からの出力である歪みのない前記観察体の画像情報に基づいてアライメントマークを設定するアライメントマーク設定手段とを有することを特徴とするパターン観察装置である。
【００２０】
また本発明の手段によれば、前記照明手段は、前記観察体に対して斜め上方から照射する面光源であることを特徴とする観察装置である。
【００２１】
また本発明の手段によれば、前記照明手段および撮像手段は、少なくともいずれか一方が前記観察体に対する配置角度を調整可能に設けられていることを特徴とする観察装置である。
【００２２】
また本発明の手段によれば、前記照明手段は、反射板が用いられていることを特徴とする観察装置である。
【００２３】
また本発明の手段によれば、前記画像処理装置には、前記撮像手段により斜め上方から撮像した前記観察体の歪み像のゆがみを補正する手段が設けられていることを特徴とする観察装置である。
【００２４】
また本発明の手段によれば、前記観察体からの反射光の光路には補正光学系が配置され、この補正光学系を経由した光路上に前記撮像手段が配置されていることを特徴とする観察装置である。
【００２５】
また本発明の手段によれば、観察体であるマスクのアライメントを観察装置で観察してアライメントマークを設定するマスク検査装置において、
前記観察装置は、上記の観察装置を用いていることを特徴とするマスク検査装置である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態の一例を示すパターン観察装置の模式図である。
【００２８】
観察体であるマスク１が、ガラス基板１ａにパターンが形成されている膜１ｂを下面としてテーブル１５の上に載置されている。このマスク１の斜め上方の所定の位置には、一方に、均一な面発光源である光源２（照明手段）が配置され、この光源２からの出射してマスク１で反射した反射光を受光する位置にレンズ３を介してＣＣＤカメラである観察用カメラ４（撮像手段）が配置されている。また、光源２と観察用カメラ４は、少なくともいずれか一方は、角度調整手段５により保持されている。
【００２９】
観察用カメラ４の出力側は画像処理装置６に接続され、この画像処理装置６の出力側は表示装置７に接続され、さらに、液晶ディスプレイ等の表示装置７の出力側はアライメントマーク設定手段８に接続されている。
【００３０】
均一な面発光の光源２は、例えば、ＬＥＤ光源を面積１５０ｍｍ×１５０ｍｍに配置し、その上に拡散板（不図示）などを用いて面発光の光源２とすることができる。
【００３１】
画像処理装置６は、観察用カメラ４がマスク１の像を斜めから受光しているので、観察用カメラ４から出力されるマスク１のパターン画像が歪むので、それを補正する補正手段（不図示）を有している。
【００３２】
補正手段は、一例を挙げれば、図２および図３に説明図を示すように、以下の原理に基づいている。
【００３３】
図２に示すように、画像データを表すには、行列表現とコンピュータの配列表現を用いることができる。つまり、Ｍ×Ｎ画素の画像データは、各画素の濃淡値を要素としたＮ行Ｍ列の行列［Ｆ］で表すことができる。図３に示すように、この行列の各要素をＭ×Ｎの２次元配列の配列要素に対応させれば、２次元配列による表現が可能となる。
【００３４】
画像データの平行移動、拡大、縮小、回転は、線形の座標変換により行うことができる。この変換はアフィン変換と呼ばれ、
【数１】
2004240523.tif 000003
で表すことができる。
【００３５】
ここで、（ｘ、ｙ）は元の座標、（ｘ，ｙ，）は変換後の座標、α、βはｘ、ｙに関する変換倍率、θは回転角度、ｍｘ、ｍｙは平行移動成分を表す。
【００３６】
角度調整手段５は、光源２又は観察用カメラ４に固定されている回転軸９、１０にセクターギア９ａ、１０ａが設けられ、このセクターギア９ａ、１０ａが噛合する駆動ギア１１、１２により、所定角度回動して角度を調整する。なお、駆動ギア１１、１２はモータ（不図示）により駆動される。
【００３７】
次に、図４に示したフロー図を参照して、上述の構成による観察装置によるマスク１のパターンの観察方法について説明する。なお、装置の各部の構成は図１に示した符号を援用している。
【００３８】
はじめに、マスク１に対して斜め上に設けられた光源２から、面発光の照明をマスク１に照射する。このとき面発光の照明は観察用カメラ４からの光軸に対して直交するように配置し、照明ムラが発生しないようにする。（Ｓ１）
次に、照明されたフォトマスク１のガラス基板１ａの面とマスク１のＨＴ膜１ｂの面との境界で照明光が反射するのを観察用カメラ４で撮像する。この場合の画像は光源２の面発光照明を背景にし、石英ガラス基板１ａの下のパターンの膜１ｂの上面（パターンの膜１ｂと石英ガラス基板１ａとの境界を含む面）に焦点を合わせて観察用カメラ４で撮像する。その際の照明系と観察用カメラ４の取り付け角度は、基本的には同じ角度でガラス基板１ａの面と膜１ｂのとの境界面で反射した光を観察する。（Ｓ２）
次に、斜めから観察用カメラ４で撮像したマスク１の画像を、図５に示すように、上下に歪んだ画像Ｏ１になった状態のまま画像処理装置６に取込む。（Ｓ３）
画像処理装置６で、上下に歪んだ画像Ｏ１の歪みを補正して、図６に示すような、歪みの無いパターン像Ｏ２を形成する。（Ｓ４）
次に、歪み補正されたフォトマスク１の観察画像（パターン像Ｏ２）をオペレータに表示する。その表示されたフォトマスク１の画像Ｏ２から、図７に示すように、アライメントに適したマークＭやパターンをオペレータが選択して位置の設定・登録をする。（Ｓ５）
なお、光源２からの面発光照明と観察用カメラ４の角度は、観察対象のマスク１や膜１ｂの材質によって最適値が異なるので、それらの角度はマスク１の種類に対応して調整する。
【００３９】
それらの調整は、少なくとも光源２か観察用カメラ４のいずれか一方を調整すればよく、もちろん双方を調整してもよい。
【００４０】
次に、上述の実施の形態の変形例について説明する。上述の実施の形態では観察用カメラ４が撮像するパターン像は、上下に歪んだ画像であり、その歪んだ画像を画像処理装置６で補正したが、補正光学系１３を用いて光学的に歪を補正して、補正した後の画像を画像処理装置６に取り込むようにしている。この場合は図８に模式図を示すように、マスク１からの反射光の光軸上に上下の歪みと同じ割合で、補正する補正光学系１３を用いている。この補正光学系１３からの光軸上に観察用カメラ４を配置することにより、観察用カメラ４は歪みが補正された画像を撮像することができる。なお、図８において、図１と同一機能個所には同一符号を付してその個々の説明を省略する。
【００４１】
すなわち、この場合の観察装置によるマスク１のパターンの観察方法について、
図９に示すフロー図を用いて以下に説明する。
【００４２】
はじめに、マスク１に対して斜め上に設けられた光源２から、面発光の照明をマスク１に照射する。このとき面発光の照明は観察用カメラ４からの光軸に対して直交するように配置し、照明ムラが発生しないようにする。（Ｓ１１）
次に、照明されたフォトマスク１のガラス面とＨＴ膜１ｂ面の境界で照明光が反射した画像Ｏ１を補正光学系１３で補正する。（Ｓ１２）
補正ミラーで補正されたマスク１の画像Ｏ２を観察用カメラ４で撮像し、画像処理装置６に取込む。（Ｓ１３）
次に、フォトマスク１の観察画像Ｏ２をオペレータに表示する。その表示されたフォトマスク１の画像Ｏ２から、図７に示したように、アライメントに適したマークＭやパターンをオペレータが選択して位置の設定・登録をする。（Ｓ１４）
なお、光源２からの面発光照明と観察用カメラ４の角度は、観察対象のマスク１や膜１ｂの材質によって最適値が異なるので、それらの角度はマスク１の種類に対応して調整する。
【００４３】
それらの調整は、少なくとも光源２か観察用カメラ４のいずれか一方を調整すればよく、もちろん双方を調整してもよい。
【００４４】
上述の各実施の形態によれば、可視光による安価な反射光学系で、半透明なハーフトーンマスク等の観察像をコントラスト良い画質で得ることができる。
【００４５】
なお、上述の各実施の形態によれば、均一な面発光照明として光源２を、観察するマスク１の斜め上方に配置したが、図１０に示すように、天井光や自然光が存在する場合には、光源２を配置しなくても白色の反射板１４を設けることにより均一な面発光照明を得ることもできる。
【００４６】
また、上述の実施の形態においては、透明体であるフォトマスクについて説明しているが、ウエハなどの観察（照明）にも適用することも可能である。
【００４７】
上述の観察装置を用いたマスク検査装置では、観察装置によりアライメントが行われた後に、例えば、公知のダイツーデータべース（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ）比較と呼ばれる検査方法がもちいられる。この方法では、被検査回路パターンをラインセンサで撮像して得られたセンサデータとパターンの設計に用いたＣＡＤデータより作られた参照データとを比較し、両者の不一致点を欠陥として検出する。
【００４８】
また、上述の観察装置は、マスク検査装置以外にも顕微鏡装置等の種々のアライメント手段として用いることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、可視光による安価な反射光学系で、半透明なハーフトーンマスク等の観察像をコントラスト良い画質で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン観察装置の模式図。
【図２】補正手段の説明図。
【図３】補正手段の説明図。
【図４】本発明のパターン観察装置のフロー図。
【図５】斜めから観察用カメラで撮像した画像。
【図６】歪みの無いパターン像。
【図７】アライメント位置の設定の説明図。
【図８】本発明のパターン観察装置の模式図。
【図９】本発明のパターン観察装置のフロー図。
【図１０】本発明のパターン観察装置の変形例の模式図。
【図１１】従来のパターン観察装置の模式図。
【図１２】（ａ）マスクの構成図、（ｂ）ハーフトーンマスクの構成図。
【符号の説明】
１…マスク、１ａ…ガラス基板、１ｂ…膜、２…光源、３…レンズ、４…観察用カメラ、５…角度調整手段、６…画像処理装置、７…表示装置、８…アライメントマーク設定手段、１３…補正光学系、１４…反射板
【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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