(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的なパターンを有する検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明する照明手段と、前記フォトマスクを観察するための対物レンズと、前記対物レンズによる前記フォトマスクの像を読み取る撮像手段と、該手段によって読み取った像の画像解析を行う画像解析手段とを備え、
前記照明手段と前記対物レンズと前記撮像手段とによって構成される光学系において、前記照明手段による照明の波長と前記対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値は、前記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しない値であり、
前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った像の光強度分布を解析して、その像中における、周辺より明るいか又は暗い光量変動の発生箇所を検出することにより、前記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する手段であることを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項２】
請求項１記載のフォトマスク検査装置において、
前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った像の検査対象以外の部分に対してマスク処理を行い、検査対象部分のみを取り出すマスク処理手段を有し、前記検査対象部分のみについてローカルＣＤ欠陥の検査を行う手段であることを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のフォトマスク検査装置において、前記画像解析手段が、前記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、該欠陥部の光強度とその周囲の光強度を比較することにより前記欠陥の寸法を算出する手段を備えていることを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項４】
同一のパターンを複数形成したフォトマスクの検査を行うフォトマスク検査装置であって、
検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明する照明手段と、前記フォトマスクを観察するための対物レンズと、前記対物レンズによる前記フォトマスクの像を読み取る撮像手段と、前記フォトマスクを少なくとも前記対物レンズによる観察方向と垂直な平面上で移動させるための移動手段と、前記撮像手段によって読み取った像の画像解析を行う画像解析手段とを備え、
前記照明手段と前記対物レンズと前記撮像手段とによって構成される光学系において、前記照明手段による照明の波長と前記対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値は、前記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しない値であって、
前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った前記フォトマスク上の２つのパターンの対応する部分の像における光強度分布の差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、前記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する手段であることを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項５】
検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明する照明手段と、前記フォトマスクを観察するための対物レンズと、前記対物レンズによる前記フォトマスクの像を読み取る撮像手段と、該手段によって読み取った像の画像解析を行う画像解析手段と、
前記フォトマスク上に形成されるパターンの設計値と、前記照明手段と前記対物レンズと前記撮像手段とによって構成される光学系の特性値とから前記撮像手段によって読み取られる像の光強度分布を算出する光強度分布算出手段とを備え、
前記光学系において、前記照明手段による照明の波長と前記対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値は、前記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しない値であり、
前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った像の光強度分布と前記光強度分布算出手段によって算出した光強度分布との差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、前記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する手段であることを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載のフォトマスク検査装置において、前記画像解析手段が、前記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、該欠陥部における光強度差とその周囲における光強度差を比較することにより前記欠陥の寸法を算出する手段を備えていることを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフォトマスク検査装置において、前記画像解析手段が前記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に該欠陥の位置情報を外部機器に出力する手段を設けたことを特徴とするフォトマスク検査装置。
【請求項８】
周期的なパターンを有する検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、
前記フォトマスクの像を、前記照明の波長と対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値が前記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しないような値となる光学系によって撮像し、
その像の光強度分布を解析して、その像中における、周辺より明るいか又は暗い光量変動の発生箇所を検出することにより、前記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査することを特徴とするフォトマスク検査方法。
【請求項９】
請求項８記載のフォトマスク検査方法において、
前記光学系によって撮像した像の検査対象以外の部分に対してマスク処理を行って検査対象部分のみを取り出し、前記検査対象部分のみについてローカルＣＤ欠陥の検査を行うことを特徴とするフォトマスク検査方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載のフォトマスク検査方法において、
前記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、該欠陥部の光強度とその周囲の光強度を比較することにより前記欠陥の寸法を算出することを特徴とするフォトマスク検査方法。
【請求項１１】
検査対象の、同一パターンを複数形成したフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、
前記フォトマスクの像を、前記照明の波長と対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値が前記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しないような値となる光学系によって前記同一パターンのうち２つのパターンについて対応する位置で撮像し、
その２つの像の光強度分布の差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、前記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査することを特徴とするフォトマスク検査方法。
【請求項１２】
検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、
前記フォトマスクの像を、前記照明の波長と対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値が前記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しないような値となる光学系によって撮像し、
その像の光強度分布と、前記フォトマスク上に形成されるパターンの設計値と前記光学系の特性値とから算出される像の光強度分布との差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、前記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査することを特徴とするフォトマスク検査方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載のフォトマスク検査方法において、
前記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、該欠陥部における光強度の差とその周囲における光強度の差とを比較することにより前記欠陥の寸法を算出することを特徴とするフォトマスク検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路（ＩＣ）等の半導体装置を製造する際に、フォトリソグラフィー処理の露光工程で多く用いられるフォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検出するフォトマスク検査装置及びフォトマスク検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路はフォトリソグラフィー技術を用いて製造されているが、その性能の高度化や容量の大規模化に伴い、解決すべき問題が頻出している。フォトリソグラフィーは、まずフォトマスクと呼ばれる原版を写真術によって作成し、それを更に写真術を用いて大量に転写コピーする技術である。従って、フォトマスクに瑕疵があると欠陥品が生産されることになるので、フォトマスクに瑕疵があってはならない。
この瑕疵にはいろいろなものが存在し得る。例えばフォトマスクに、転写され得るような傷やゴミが在ってはならないことは勿論である。
【０００３】
そして、最も重要な瑕疵のひとつがパターン寸法（ＣＤ：Critical Dimension）の変動である。最近では、転写された回路パターンの寸法は０．２μｍ（マイクロメートル：１／１０００ｍｍ）以下とすることが必要であり、将来はもっと細くなっていくと予定されている。一般にフォトマスクは、回路寸法よりも４倍の大きさで作成されているので、回路寸法が０．２μｍであれば、対応するフォトマスクには０．８μｍの大きさの回路パターンが描かれる。これをステッパなどの転写露光装置でウエハ上の感光剤に縮小露光し、現像して半導体の回路パターンを形成している。
【０００４】
現在、半導体回路パターンの許容寸法変動は回路パターン自体の寸法の１割程度までであり、回路寸法（線幅）が０．２μｍであれば０．０２μｍが変動許容範囲である。従って、この場合のフォトマスクの許容寸法変動はその４倍の０．０８μｍ、即ち８０ｎｍ（ナノメートル：１／１,０００,０００ｍｍ）である。従って、フォトマスクの製造工程では許容寸法変動を超えないように管理する必要がある。
【０００５】
ところで、フォトマスクの製造工程での製造誤差がこの許容寸法変動を超えないように管理されたとしても、この許容寸法以下の極微細な変動はフォトマスクの随所に存在する。それはフォトマスク製造装置の「機械誤差」や「現像工程」での僅かなゆらぎに起因するものであり、管理限界を超えるものである。このような微細で局所的な寸法の変動は、通常は転写されない。何故ならこのような微細な寸法は通常、転写装置の光学的な解像限界を超えているからである。
【０００６】
しかし、ある特別な条件の下では、このような微細変動がウエハ上にさまざまな形状のスポットとして転写されることがある。例えば、前述したように半導体の回路寸法が０．２μｍであれば０．０２μｍが変動許容範囲である。従って、この場合のフォトマスクの許容寸法変動はその４倍の０．０８μｍ、即ち８０ｎｍであるが、これよりも小さな局所的な変動、例えば３０ｎｍの変動が転写されてしまうことがある。無論これは半導体の性能に重大な影響を及ぼすことになる。
フォトマスクのこのような欠陥は「ローカルＣＤ欠陥」と呼ばれている。ローカルＣＤ欠陥は、フォトマスクの製造工程での管理限界以下であり、製造工程中での発見は非常に困難であるため、最終検査工程で検査される。
【０００７】
従来のフォトマスク検査装置では、フォトマスクにおけるこれらの瑕疵の有無は、フォトマスク上のパターン寸法を計測して設計値と比較する所謂「寸法計測」によって検査していた。しかし、ローカルＣＤ欠陥は局所的でかつ極微細な寸法変動であるため、従来の装置では分解能が不足していて検査できない場合が多かった。
【０００８】
すなわち、極微細な数十ｎｍ以下の寸法を光学的に、即ち顕微鏡を用いて計測するためには、その光学系の解像力がレーリーの解像限界以上であることが必要である。無収差で円形状開口の光学系では、レーリーの解像限界Ｒは、光学系の開口数ＮＡと照明波長λを用いて
Ｒ＝０．６１λ／ＮＡ
という関係式で表わされる。ここで、ＮＡはNumerical Apertureの略で、光学系の口径を示し、空気中では点状のレンズのＮＡはゼロ、無限大口径レンズのＮＡは１である。つまり、現実のレンズは０より大きく１より小さいＮＡを持つ。
レーリーの解像限界Ｒは、その光学系で解像できる最小のパターン寸法を示すものと理解してよい。これに対して、解像力あるいは分解能はＲの逆数、すなわち１／Ｒで表されるものであり、通常は１ｍｍ中に何本までの線を分解できるかを示すものである。従って、レーリーの解像限界の小さな光学系は、解像力あるいは分解能が高い光学系である。
【０００９】
例えば、水銀ランプの発する最短波長の紫外線（λ＝３６５ｎｍ）を用い、理論的限界の、即ち無限大口径のレンズ（ＮＡ＝１）を用いたとしても、そのレーリー解像限界は２２３ｎｍであり、これより微細なパターンを解像することは出来ない。このことは、約２００ｎｍ以下のローカルＣＤ欠陥を検知することは難しいことを意味する。あるいは、この光学系の解像力（分解能）は、５０００本／ｍｍであり、これ以上細かく分解することはできないと言ってもよい。
また、極短紫外線を用いた光学顕微鏡や電子顕微鏡のような、分解能が十分である寸法検査装置を用いるとしても、膨大な検査時間を必要とし、実用できない。
【００１０】
例えば１００ｍｍ□（１００ｍｍ×１００ｍｍ角）のフォトマスク全体を検査するとし、３０ｎｍのローカルＣＤ欠陥を見つけるものとすると、検査分解能は通常、検査エリアの千分の一程度であるから、一回の検査エリアが３０μｍ□（３０μｍ×３０μｍ角）程度になるように倍率を設定しなければならない（３０ｎｍの１０００倍＝３０μｍ）。そうすると、検査回数は千百万回強必要となる（一辺１００ｍｍ／３０μｍ）＝３３３３なので、検査回数は３３３３２回）。一回の検査に要する時間が仮に０．１秒とすると、検査時間は百十万秒即ち約１３日弱となる。一方、フォトマスクの検査は、数十分から数時間以内で完了しなければ実用的ではない。つまり、従来の方法や装置でローカルＣＤ欠陥を検査することは困難であった。
さらに、分解能の高い寸法検査装置を作成するためには高価な機材を用いなければならないため、検査装置のコストアップにつながるという問題もあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
今後半導体の回路パターンが更に微細化してゆくと、ローカルＣＤ欠陥自体の寸法も小さくなり、その発見はさらに困難になる。そして前述したように、従来の「寸法計測」という方法では、この問題を解決することは困難である。
この発明は、このような問題を解決し、ローカルＣＤ欠陥のようなごく微細な欠陥も短時間で発見可能なフォトマスクの検査装置及び検査方法を提供し、かつ装置の大幅なコストダウンを図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明によるフォトマスク検査装置は、上記の目的を達成するため、周期的なパターンを有する検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明する照明手段と、上記フォトマスクを観察するための対物レンズと、上記対物レンズによるフォトマスクの像を読み取る撮像手段と、それによって読み取った像の画像解析を行う画像解析手段とを備え、上記照明手段と上記対物レンズと上記撮像手段とによって構成される光学系において、上記照明手段による照明の波長と上記対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値は、上記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しない値であり、上記画像解析手段は、上記撮像手段によって読み取った像の光強度分布を解析して、その像中における、周辺より明るいか又は暗い光量変動の発生箇所を検出することにより、上記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する手段であることを特徴とする。
【００１３】
このようなフォトマスク検査装置において、上記画像解析手段が、上記撮像手段によって読み取った像の検査対象以外の部分に対してマスク処理を行い、検査対象部分のみを取り出すマスク処理手段を有し、上記検査対象部分のみについてローカルＣＤ欠陥の検査を行う手段であるとよい。
また、上記画像解析手段が、上記フォトマスク上に欠陥を発見した場合に、その欠陥部の光強度とその周囲の光強度を比較することにより上記ローカルＣＤ欠陥の寸法を算出する手段を備えているとよい。
【００１４】
あるいは、同一のパターンを複数形成したフォトマスクの検査を行うフォトマスク検査装置の場合にはさらに、上記フォトマスクを少なくとも上記対物レンズによる観察方向と垂直な平面上で移動させるための移動手段を設け、上記画像解析手段は、上記撮像手段によって読み取った上記フォトマスク上の２つのパターンの対応する部分の像における光強度分布の差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、上記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する手段にするとよい。
【００１５】
さらにまた、上記フォトマスク上に形成されるパターンの設計値と、上記照明手段と上記と上記対物レンズと上記撮像手段とによって構成される光学系の特性値とから上記撮像手段によって読み取られる光強度分布を算出する光強度分布算出手段とを設け、上記画像解析手段を、上記撮像手段によって読み取った像の光強度分布と上記光強度分布算出手段によって算出した光強度分布との差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、上記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する手段にしてもよい。
【００１６】
これらのフォトマスク検査装置において、上記画像解析手段が、上記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、その欠陥部における光強度差とその周囲における光強度差を比較することにより上記欠陥の寸法を算出する手段を備えるようにするとよい。
さらに、上記画像解析手段が上記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合にその欠陥の位置情報を外部機器に出力する手段を設けるとよい。
【００１７】
また、この発明によるフォトマスク検査方法は、前述の目的を達成するため、周期的なパターンを有する検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、そのフォトマスクの像を、上記照明の波長と対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値が上記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しないような値となる光学系によって撮像し、その像の光強度分布を解析して、その像中における、周辺より明るいか又は暗い光量変動の発生箇所を検出することにより、上記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査することを特徴とする。
このようなフォトマスク検査方法において、上記光学系によって撮像した像の検査対象以外の部分に対してマスク処理を行って検査対象部分のみを取り出し、上記検査対象部分のみについてローカルＣＤ欠陥の検査を行うようにするとよい。
さらに、上記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、その欠陥部の光強度とその周囲の光強度を比較することにより上記欠陥の寸法を算出するようにするとよい。
【００１８】
この発明によるフォトマスク検査方法はまた、検査対象が同一パターンを複数形成したフォトマスクである場合、その検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、そのフォトマスクの像を、上記照明の波長と対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値が上記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しないような値となる光学系によって上記同一パターンのうち２つのパターンについて対応する位置で撮像し、その２つの像の光強度分布の差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、上記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査する。
【００１９】
あるいは、検査対象のフォトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、そのフォトマスクの像を、上記照明の波長と対物レンズの開口数とによって定まるレーリーの解像限界の値が上記フォトマスク上の検査対象のパターンを解像しないような値となる光学系によって撮像し、その像の光強度分布と、上記フォトマスク上に形成されるパターンの設計値と上記光学系の特性値とから算出される像の光強度分布との差を解析して、その２つの光強度分布に所定誤差以上の差がある箇所を検出することにより、上記フォトマスクのローカルＣＤ欠陥を検査するようにしてもよい。
これらのフォトマスク検査方法において、上記フォトマスク上にローカルＣＤ欠陥を発見した場合に、その欠陥部における光強度の差とその周囲における光強度の差とを比較することにより上記欠陥の寸法を算出するとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
〔検査原理：図１０乃至図１４〕
この発明によるフォトマスク検査装置及び検査方法は、従来のようにフォトマスク上のパターン寸法を計測するのではなく、そのフォトマスクが作り出す光分布を、低開口数で且つ低倍率の結像系を照明光の波長との関係がレーリーの解像限界に対応する解像力よりも小さくなるように設定し、且つ均一に照明することのできる照明光学系と組み合わせて、フォトマスク透過後の光量分布を計測演算することにより、フォトマスク上のローカルＣＤ欠陥の検査を行うものである。
【００２１】
そこでまず、この検査原理について図１０乃至図１４を用いて説明する。
図１０は、この発明のフォトマスク検査装置及び検査方法によって発見しようとするローカルＣＤ欠陥の例を示す図、図１１は無欠陥のラインアンドスペースパターン（以下「Ｌ＆Ｓパターン」と略称する）を観察した場合の光強度分布を示すグラフ、図１２はローカルＣＤ欠陥のあるＬ＆Ｓパターンを観察した場合の光強度分布を示すグラフ、図１３はその光強度分布を示す等高線図、図１４はホールパターンを観察した場合の光強度分布を示す図である。なお、図１１乃至図１４は計算値によって描いた図である。
【００２２】
半導体メモリ作成用フォトマスクのローカルＣＤ欠陥の典型的な例として、図１０に示すようなものが挙げられる。この例は、フォトマスク上のパターンの一部が製造工程上の不具合や誤差または「ゆらぎ」によって変動しているものである。欠陥部のフォトマスク上の寸法は、Ｄｎｍ×Ｗμｍである。パターン自体の線幅は透過部がＬμｍ、不透過部がＳμｍである。図１０には３本のパターンしか示していないが、実際には多数のパターンが並べられている。
ウエハ上にスポットを転写するローカルＣＤ欠陥の実例としては、例えば、Ｌ，Ｓ＝１μｍ，Ｄ＝３０ｎｍ，Ｗ＝２０μｍのものがある。このように微細な寸法の欠陥は、通常の光学顕微鏡では解像力が不足するため見ることが出来ない。また、この寸法の欠陥は、上述のように従来のフォトマスク検査装置で発見するのは至難である。
【００２３】
この発明によるフォトマスク検査装置及び検査方法は、フォトマスク上のローカルＣＤ欠陥が転写され得るものであれば、その光分布に変動が内包されているのであるから、その光分布を詳細に分析することにより、転写され得るローカルＣＤ欠陥を発見しようとするものである。
そのために、低開口数でかつ低倍率の結像光学系を用い、その光学系の照明波長を、Ｌ＆Ｓパターンがレーリーの解像限界以下となるように設定する。このとき、レーリーの解像限界をあまり大きくしすぎても望ましくないため、Ｌ＆Ｓパターンが解像できない限界値付近に設定するとよい。
【００２４】
光学系に十分な解像度がある（レーリーの解像限界が小さい）場合には、欠陥のないＬ＆Ｓパターンの対物レンズによる像は、図１１の折れ線１０１に示すように、スペースの部分は透過率が高くラインの部分は透過率が低い像となる。ここで、図１１のグラフは、パターンと直交する線（図１０のＡ−Ａ線に相当）上の光強度分布を示したグラフである。また、透過光量１００％というのは、パターンのない透明なフォトマスクを置いた場合の像面光量である。
【００２５】
一方、上述したような解像度の低い（レーリーの解像限界が大きい）光学系を用いると、パターンを解像できないため、対物レンズによる像は直線１０２に示すように一定の均一な光強度分布となる。ラインとスペースの幅が等しい場合、この一定値の透過光量は２５％となる。
パターンに図１０に示したような欠陥がある場合には、解像度の高い光学系による像は、図１２の折れ線１０３のようになる。図１２においては、パターンに欠陥がある場合の光強度分布を、図１１よりも縦軸方向に拡大して示している。このグラフに示すように、パターンを解像できてしまう光学系では、パターンは解像できるものの、ラインの幅の違いははっきり現れず、検出することは困難である。
【００２６】
しかし、解像度の低い光学系による像は、やはりパターン自体は解像できないものの、パターンの欠陥部において光強度分布が一定値から変化したものとなる。この変化は、図１２の曲線１０４のようになる。曲線１０４は、Ｌ＝Ｓ＝１μｍ，欠陥サイズＤ＝６０ｎｍ，Ｗ＝４０μｍ，ＮＡ＝０．１３，λ＝５７８ｎｍ、対物レンズの倍率は５倍であるとして、ローカルＣＤ欠陥のあるパターンの像の光強度分布を計算したものである。
この図１２からわかるように、低開口数の対物レンズを用いると欠陥部分を拡大することができる。この場合、フォトマスク上で６０ｎｍの欠陥が、像面上では２０μｍに拡大されている。また、光強度分布の変動が正であることは、透過部分が広くなっていることを示している。もし光量変動が負であれば、不透過部分が広がっていることになる。
【００２７】
理論的には、照明された物体の光学系による結像は、以下のようなプロセスで行われるものとして取り扱うことができる。すなわち、物体を無数の点に分割し、その一点一点について光学系によって作られる像である点像分布を求め、全ての点の点像分布を足し合わせるのである。開口数の小さなレンズによる光学系は、レーリーの関係式
Ｒ＝０．６１λ／ＮＡ
から、大きなレーリー解像限界すなわち小さな解像力を持つ。このことは、その点像分布はぼやけて広がっていることを意味する。大きな開口数のレンズを用いた場合は、解像力が大きくなるため、その点像分布はシャープな点状である。
【００２８】
もしパターンを解像できるような高開口数の倍率５倍の光学系を用いて図１０に示したようなＤ＝６０ｎｍのＬ＆Ｓパターンを結像したとすれば、欠陥部分の像は６０ｎｍ×５＝３００ｎｍ＝０．３μｍの大きさでしかない。センサとして用いるＣＣＤカメラは、約１０μｍ□程度の大きさの画素サイズであるから、０．３μｍの変動は平均化されて覆い隠されてしまう。つまり、欠陥部分の光量変動のサイズは、画素サイズより大きいことが必要である。従って、パターンを解像できないような低開口数の対物レンズを用いることが必須条件である。
もちろん、点像分布の広がりは、レーリーの関係式からも明らかなように照明波長にも依存しているため、照明波長と開口数の組み合わせがレーリー解像限界の解像力より小さくなるようにしなければならない。
【００２９】
図１２に示した低開口数の光学系によるローカルＣＤ欠陥部の像の光強度分布を等高線図で示したものが図１３である。この等高線図からわかるように、変動領域が欠陥部の大きさよりはるかに拡大されている。更に、分布は楕円状のスポットを形成している。この例では、４０μｍ×６０ｎｍのローカルＣＤ欠陥が、像面上では長軸約６０μｍ、短軸約２８μｍのスポットに拡大されている。
ホール状のパターンの場合も同様で、この場合は円状あるいは円弧状の光量変動のスポットが形成される。図１４に示すのは、１μｍ□のホールが多数個配列されており、そのうちの数個に寸法が僅かに変動しているローカルＣＤ欠陥がある場合の光強度分布であり、ホール自体やその寸法変動に比べて拡大された円弧状のスポットを形成している。
【００３０】
このように、開口数の小さなレンズを用い、照明波長を適切に選択して、フォトマスクに形成するパターンを解像しないようなレーリーの解像限界の大きい光学系によってフォトマスクを観察することにより、パターン中のわずかな欠陥を拡大して光強度分布変動のスポットとして捕らえることができ、ローカルＣＤ欠陥のような、寸法計測で発見することが極めて困難な微細な寸法変動も容易に発見することができる。
通常、フォトマスク上のローカルＣＤ欠陥自体は高倍率の顕微鏡を用いても見ることは難しい。しかし、低倍率のルーペを用いた肉眼での観測でローカルＣＤ欠陥が発見される場合がある。これは目を含む光学系が低倍率、低開口数の条件を満たして、網膜上にスポットが形成される場合である。フォトマスクの製造に携わる熟練者が、低倍率のルーペや実体顕微鏡で、ローカルＣＤ欠陥を発見しようとするのはこのためである。
【００３１】
さらに、この発明のフォトマスク検査装置及び検査方法によれば、スポットが拡大されているため、低倍率のレンズによって検査を行うことが可能であり、一回の検査エリアを大きくすることが出来る。例えば５倍の対物レンズと２／３インチＣＣＤカメラを用いた場合には、一回の検査エリアは１．２ｍｍ□である。そうすると、１００ｍｍ□のフォトマスク全体の検査に必要な検査回数は約７千回となる（一辺１００ｍｍ／１．２ｍｍ＝８３であるから、検査回数は８３２回）。従って、一回の検査に要する時間が仮に０．１秒とすると、検査時間は約１２分弱となる。このように、この発明によれば、高分解能の検査装置の場合には数日を要する検査を、数十分以内という短時間で完了できるような高速の装置を構成することができる。
【００３２】
この発明によれば、光強度分布の解析により、ローカルＣＤ欠陥のサイズを計測することもできる。次に、この点について説明する。
図１２に示したローカルＣＤ欠陥による光強度分布の最大値または最小値は、図１０に示した欠陥のサイズＤのみに依存し、Ｗには無関係である。ただしＷはＤに比べて十分に大きいとする。従って、光強度分布の最大値または最小値を計測し、周囲の光強度分布と比較すれば、ローカルＣＤ欠陥のサイズＤを求めることができる。この場合、Ｌ＆Ｓの寸法はあらかじめわかっているものとする。
【００３３】
欠陥のサイズＤと光強度分布の最大値（最小値）との関係を詳述する。Ｌ＆Ｓパターンのフォトマスクがあるとし、そのうちの一本の線幅が図１０に示したように変動しているとする。また、ラインとスペースの間隔は同じであるとする。線幅変動がゼロであると、マスクを透過する光の振幅は半分であり、透過光強度は振幅の二乗であるから１／４となる。入射光強度を「１」に規格化しておけば、変動ゼロの場合の透過光強度は１／４＝０．２５である。
【００３４】
線幅変動が僅かであれば、透過光強度はリニアに変化するので、線幅変動をｘ、透過光強度をｙとすれば
ｙ＝ｋｘ＋０．２５  ・・・（１）
である。ｋはＬ＆Ｓの線幅、照明波長、光学系の開口数および収差によって決まる定数である。ｘ＝０の時、即ち線幅変動がゼロの時、透過光強度はｙ＝０．２５である。線幅変動ｘの時の透過光強度をｙ、ｘ＝０の時の透過光強度をｙ０（＝０．２５）とすると、透過光強度の差Ｔ（これを透過率差Ｔ−Ｄｉｆｆと呼び％で表わす）は
Ｔ＝１００（ｙ−ｙ０）／（ｙ＋ｙ０）％  ・・・（２）
＝１００ｋｘ／（ｋｘ＋０．５）％      ・・・（３）
となる。
【００３５】
これをｘについて解くと
ｘ＝０．５Ｔ／｛１００ｋ（１−Ｔ／１００）｝  ・・・（４）
である。今、線幅１μｍ、ＮＡ＝０．１３、照明波長０．５４６μｍ、無収差光学系の場合のｋをＫとすれば、Ｌ＆Ｓ線幅Ｌに対して
ｘ＝０．５ＬＴ／｛１００Ｋ（１−Ｔ／１００）｝μｍ  ・・・（５）
である。Ｈ．Ｈ．Ｈｏｐｋｉｎｓの部分コヒーレント結像理論によって、線幅変動ｘが０．２，０．４の場合の透過光強度ｙを計算すると、それぞれ０．３１９，０．４０８となる。また、上述のようにｘ＝０の場合はｙ＝０．２５であるので、（１）式によりこの条件でのＫを求めると、
Ｋ＝（０．３１９−０．２５）／０．２＝０．３４５
である。
【００３６】
これを（５）式に代入して線幅変動をｎｍで表わすと
ｘ＝１０００ＬＴ／{６９（１−Ｔ／１００）}ｎｍ  ・・・（６）
である。Ｌはμｍで表わしたＬ＆Ｓの線幅、Ｔは％で表わした透過強度差（Ｔ−Ｄｉｆｆ）である。光学系の収差を考慮すれば、ｃ＝０．３〜１．５として線幅変動（ＣＤ変動）ｘは
ｘ＝１０００ＬＴ／{６９ｃ（１−Ｔ／１００）}ｎｍ  ・・・（７）
である。実験によればＬ＝Ｓの時はｃ＝１．１６として６９ｃ＝８０が適当である。
【００３７】
Ｌ＝Ｓではない場合には、ＣＤ変動の無いフォトマスクの透過強度Ｖは
Ｖ＝｛ａ／（ａ＋ｂ）｝２  ・・・（８）
である。ここで、ａはラインの寸法、ｂはスペースの寸法である。ａ＝ｂであれば、Ｖ＝０．２５である。
式（１），（２）のｙ０（＝０．２５）にＶを代入して、
ｙ＝ｋｘ＋Ｖ  ・・・（９）
Ｔ＝１００（ｙ−Ｖ）／（ｙ＋Ｖ）％・・・（１０）
を得る。上と同様の展開から
ｘ＝２０００ＶＬＴ／｛１００ｃＫ１（１−Ｔ／１００）｝ｎｍ  ・・（１１）
が得られる。
ここで、Ｋ１はＬ＆Ｓのうち大きい方が１μｍである時の式（９）の係数ｋであり、ＬはＬ＆Ｓのうち大きい方の寸法、Ｔは（強度）透過率差（％）、Ｖは式（８）で与えられる定数、ｃは定数である。
【００３８】
ａ＝ｂの時は、Ｖ＝０．２５、Ｋ１＝Ｋ＝０．３４５であるから、当然ではあるが式（７）が得られる。実験とシミュレーションの結果、Ｋ１としては０．５、ｃとして０．４を採用すれば結果は満足できるものとなる。これを式（１１）に代入すると、
ｘ＝１０００ＶＬＴ／｛２０（１−Ｔ／１００）｝ｎｍ  ・・・（１２）
が得られる。ここで、Ｖは式（８）で与えられる定数、ＬはＬ＆Ｓのうち大きいほうの寸法、Ｔは（強度）透過率差（％）である。
【００３９】
これは、Ｌ＝Ｓの場合を含んでいる。何故ならば、Ｌ＝ＳであればＶ＝０．２５であり、結果として、
ｘ＝１０００ＬＴ／｛８０（１−Ｔ／１００）｝  ・・・（１３）
となり、式（７）でｃ＝１．１６としたものと同じになるからである。
表１に示す数値例は、線幅１μｍのＬ＆Ｓに対して、透過光量の差から、Ｌ＆Ｓの一本の線幅が変動したものとして、その変動量、即ちローカルＣＤ欠陥のサイズを式（１２）によって計算した例である。
【００４０】
【表１】
0004236825.tif 000002
【００４１】
上述したように、一定なパターンの像においては、欠陥部以外のエリアの光強度分布の変動はゼロである。そこで、いろいろな欠陥のサイズＤに対する光強度分布変動のピーク値をあらかじめＨ．Ｈ．Ｈｏｐｋｉｎｓの部分コヒーレント結像計算により求めておくことにより、実測のピーク値からＤを求めることができる。
このようにして、本発明によればローカルＣＤ欠陥を高速に検知すると共に、その光強度分布から欠陥のサイズを計算することが可能である。
【００４２】
〔実施形態：図１乃至図９〕
次に、この発明のフォトマスク検査装置の実施形態について、図１乃至図９を用いて説明する。図１はこの発明のフォトマスク検査装置の概略構成を示す正面図、図２はその光学系の構成を示す図、図３はフォトマスクの検査領域について説明するための図、図４及び図５はこの実施形態のフォトマスク検査装置におけるデータ処理について説明するための図、図６はそのフォトマスク検査装置におけるフォトマスク検査の処理を示すフローチャート、図７はそのフォトマスク検査装置における検査結果の表示例を示す図、図８はそのフォトマスク検査装置における別の検査モードのデータ処理について説明するための図、図９はその検査モードにおける検査の処理を示すフローチャートである。
【００４３】
図１に示すように、この実施形態のフォトマスク検査装置は、検査機本体１，ローダ２，画像処理装置３からなる。
検査機本体１はＣＣＤカメラ４，ＸＹＺテーブル５，マスクホルダ６，結像光学系８，架台１３，照明系２０によって構成される。
ＣＣＤカメラ４は、撮像手段であり、結像光学系８によって形成される像を画像データに変換する装置である。このＣＣＤカメラ４は画像処理装置３に接続されていて、取得した画像データは画像処理装置３に転送されて解析される。
【００４４】
ＸＹＺテーブル５は、移動手段であり、検査対象であるフォトマスク７を固定するマスクホルダ６を保持し、結像光学系８の対物レンズとの位置を調整するためのテーブルである。このＸＹＺテーブル５は、水平方向の位置を調整して検査領域に合わせるための電動ＸＹテーブルと、対物レンズとフォトマスク７との間隔を調節してフォーカスを合わせるための電動Ｚテーブルで構成されている。
【００４５】
マスクホルダ６は、検査対象であるフォトマスク７を固定するためのホルダであり、ＸＹＺテーブル５を構成する電動ＸＹテーブルに固定されている。フォトマスク７のマスクホルダ６へのセットは、人の手によって行っても、ローダと呼ばれる自動装着装置によって行ってもよい。マスクホルダ６からの取り外しも、人の手によって行っても、アンローダと呼ばれる自動脱却装置によって行ってもよい。この実施形態においては、上述のローダとアンローダの機能を併せ持つローダ２によって行うこととしている。
【００４６】
結像光学系８は、透過照明されたフォトマスク７の像をＣＣＤカメラ４の受光面上に結像させるための光学系であり、照明系２０はその透過照明を行うための光学系である照明手段であるが、これらについては後に詳述する。
架台１３は、検査機本体１の全体を強固に保持するためのもので、ゆれや振動を防止する構造を持つものである。
【００４７】
ローダ２は架台１４上に載置され、マスクホルダ６にフォトマスク７の着脱を行うための装置であるが、この発明に必須の構成ではない。
画像処理装置３は、架台１５上に載置された画像解析手段であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等によって構成されるコンピュータ本体１０と、表示装置（モニタ）１１によって構成され、通常のパーソナルコンピュータ等を用いることができる。ＣＣＤカメラ４が取得した画像データは、この画像処理装置３に転送してマスク処理やフィルタ処理等の後述する解析処理を行い、フォトマスク７におけるローカルＣＤ欠陥の有無を判定する。またこの画像処理装置３は、このフォトマスク検査装置全体を統括制御する制御手段でもある。
【００４８】
このようなフォトマスク検査装置によってローカルＣＤ欠陥の検査を行う場合、フォトマスク７に欠陥があるときは、ＣＣＤカメラ４の画像に、図１２に示したような、周辺よりも明るいかまたは暗い光量変動が発生するので、画像処理装置３が、解析処理によってその光量変動を発見した場合には、その位置にローカルＣＤ欠陥があったものとしてその位置を記憶する。欠陥の詳細を出力する場合には、記録した欠陥の部分の画像データを前述した方法で処理し、寸法誤差等の必要なデータを計算して表示する。
【００４９】
既に述べたように、この発明のフォトマスク検査装置は、ローカルＣＤ欠陥が作り出す光強度分布変動を検知することによりその存在とサイズを検出・測定する。そして、表１に示した数値例から明らかなように、数十ｎｍのローカルＣＤ欠陥を検出するためには数％の光量差を検出しなければならない。従って、照明系２０と結像光学系８による像面照度の変動は、ローカルＣＤ欠陥が作り出す光強度分布変動に比べて十分に小さくしなければならない。そうしなければローカルＣＤ欠陥が作り出す光強度分布変動は光学系による変動に覆い隠されてしまうからである。
【００５０】
この実施形態のフォトマスク検査装置においては、光学系における光強度分布変動を低減し、均一な照明を行うために、図２に示す光学系を採用している。次に、この光学系について説明する。
この光学系においては、ランプ２１から放射された光はカイルプリズム２２で放射状に拡散される。これは、ランプ２１の中心光量が周辺に比較して強いので、中心部の光量を周辺部に分散させて光の強さを平均化させるためである。
カイルプリズム２２を通過した光は第１のカレイドスコープ２３に入射する。カレイドスコープは万華鏡セルであり、ランプの虚像を多数個作り、光を多重化することで照明光量の均一化を行うための光学素子である。
【００５１】
第１のカレイドスコープ２３を通過した光は、ランプハウスと光学系を遠くに離して熱による変動を防ぐ為に光ファイバー２４を通し、さらに第２のカレイドスコープ２５を通過させる。
その後、照明光を単波長化して対物レンズをレーリー解像力以下にするための干渉フィルター２６及び、平行光線で照明する、ケーラー照明を行うためのコンデンサ２７を通してフォトマスク７を照明する。ここで、図２ではＸＹＺテーブル５とマスクホルダ６は図示を省略しており、図１に示した照明系２０は光ファイバ２４からコンデンサ２７までの構成である。
【００５２】
フォトマスク７を透過した光は、対物レンズ２８によって集光され、リレーレンズ２９を介してＣＣＤカメラ４の受光面に結像される。リレーレンズ２９は、倍率を僅かに変更することでモアレの発生を抑止するための光学素子である。フォトマスクの像パターンとＣＣＤカメラの画素ピッチが整数比の関係にあると、モアレパターンが像面上に発生することがあるため、これを防ぐために、例えば０．８倍乃至１．２倍程度のリレーレンズ２９を用いて、像の倍率を変更してモアレの発生を防止するのである。
【００５３】
〔動作例１〕
次に、この実施形態のフォトマスク検査装置の動作例として、実際の検査方法について説明する。ここではまずメモリ回路作成用のフォトマスク（以下「メモリマスク」と略称する）を検査する場合の例について説明する。
前述したように、対物光学系としては低倍率低開口数のものを採用する。この実施形態では、５倍の対物レンズを用い、ＣＣＤカメラとして２／３インチのものを用いている。この場合には、一回に取りこまれる検査領域の画像のサイズは約１．２ｍｍ□である。
【００５４】
取り込まれたフォトマスク（メモリマスク）の画像には、その特性から、図３に示すように、配線パターン等を形成する部分に対応する粗パターン領域１１１と、メモリパターン等を形成する部分に対応する微細パターン領域１１２とがある。このうち、粗パターン領域１１１にはローカルＣＤ欠陥は発生しないので、検査対象となるのは、ローカルＣＤ欠陥が発生する可能性のある微細パターン領域１１２である。
そこで、画像の濃度分布（透過光強度分布）を検査し、微細パターンに対応する適切な濃度部分を切り出す処理を行う。換言すれば、粗パターン領域１１１を遮蔽するマスクを作成し、全画像に対してマスク処理を行う。微細パターン部分の標準的な濃度は、前述したように透過部と不透過部の幅から求められるので、この濃度から大幅にずれた部分が長く連続した領域をマスクするようにすればよい。またこのマスクは、検査対象のフォトマスクの設計パターンを基に作成することもできる。なお、ここで「濃度」とは画像の白レベルのことである。従って、「濃度が高い」場合には画像が白く、マスクの透過率が大きいことになる。
【００５５】
この実施形態のフォトマスク検査装置は、前述のように、低開口数の対物レンズを用いることにより、フォトマスク上の微細なパターンの大きさがレーリー解像限界以下となるようにしているため、微細パターン領域１１２は解像されず、図１１を用いて説明したようにその濃度は一定になる。
もしローカルＣＤ欠陥があれば、その部分の拡大されたエリアは図１２を用いて説明したように異なった濃度値を取る。この実施形態のフォトマスク検査装置は、この濃度値の異なる部分を検出することによってローカルＣＤ欠陥を検出するが、そのためにある種の絶対値微分フィルタを用いて画像処理を行い、濃度値変化を増幅する。ただし、ここで用いるフィルタはソーベルフィルタのように平均レベルが０になるものではなく、平均レベルは変化させないものが望ましい。
【００５６】
このフィルタ処理を行うことで、変化部分を強調すると同時に、欠陥部分の濃度が最大値を持つようにすることができる。すなわち、パターンによる不透過領域が広がっているか狭くなっているかによって濃度値自体の変化方向は逆になるが、この処理を行うことにより、変分を全て正の値として検出できる。さらに、像面上に照明系の照度不均一性等に起因する誤差があった場合でも、一般にその誤差による変化よりも急峻な、欠陥部分の濃度変化を強調することができる。
従って、ローカルＣＤ欠陥がある場合、その場所を特定するには、フィルタ後の濃度値が最大となる場所を求めれば良い。欠陥が無い場合は、理論上は濃度は一定値を取るが、実際に計測された濃度は、照明系の照度不均一性やＣＣＤカメラの暗電流ノイズの影響である幅を持つので、この幅をΔとする。
【００５７】
濃度の最大値からΔだけ下のレベルで検査画像を２値化すると、欠陥が無い場合は図４の曲線１０５に示すように、検査エリアのほとんど全ての部分が「１」となる。ここで「１」は閾値より濃度の高い白レベルを表わす。一方ローカルＣＤ欠陥がある場合は、図５の曲線１０６に示すように、最大値からΔだけ下のレベルで２値化しても欠陥部分だけが安定して「１」である。ここで、曲線１０５及び１０６は、図１１の直線１０２及び図１２の曲線１０４の示す画像データに上述の画像処理を施したものであり、パターンの幅を示すために図４及び図５には折れ線１０１及び１０３もそれぞれ示している。
このような処理を行い、２値化により「０」レベルの中に安定した「１」レベルの場所ができるならば、その場所にローカルＣＤ欠陥が存在し、全体的に「１」レベルになるならば無欠陥であると判断する。
【００５８】
次に、この実施形態のフォトマスク検査装置を用いた実際の検査手順について説明する。
ユーザは、まず図１に示したフォトマスク検査装置のマスクホルダ６に、検査対象であるフォトマスク７を手動又はローダ２を用いて自動でセットし、画像処理装置３の図示を省略したキーボードやマウスを用いて、検査する全エリア、照明光量、フォーカスなどを適切に設定する。そして、検査の開始を指示すると、この装置は図６のフローチャートに示す処理を開始する。
【００５９】
まず、ステップＳ１でＸＹＺテーブル６によって検査対象のフォトマスク７を検査開始点に移動し、ステップＳ２でその検査エリアにおける像をＣＣＤカメラ４によって画像データとして取り込み、画像処理装置３に転送する。
そしてステップＳ３で、その画像データに前述したマスク処理を行い、検査対象となる微細パターン領域のデータのみを取り出す。
その後、ステップＳ４で検査対象エリアに対して変化点を強調するフィルタ処理を施す。このフィルタ処理には、一種の絶対値微分フィルタを用いる。従って、濃度（明るさ）の変化点が強調される。ローカルＣＤ欠陥は、それが明るいスポットであろうと暗いスポットであろうと、周辺に比較して明るくなるように変換される。欠陥がなければ、このフィルタ処理により検査エリアはほぼ同一の濃度になる。
【００６０】
そしてステップＳ５でフィルタ処理後の画像データについて、濃度の最大値を求め、その最大値よりΔだけ小さい濃度を閾値としてその画像データを２値化した２値化データを作成する。ここでΔとは、濃度は照明系の照度不均一性やＣＣＤカメラの暗電流ノイズの影響である幅を持つので、フィルタ処理後に残るこれらのノイズの大きさをΔとし、最大濃度からΔだけ下のレベルを閾値として二値化処理を行うものである。
【００６１】
前述したように、この時ほとんど全画面が「１」であればローカルＣＤ欠陥は存在せず、ローカルＣＤ欠陥があれば、その点だけが「１」で、残りのエリアは「０」となるので、ステップＳ６では２値化後のデータがほとんど「１」かどうか判断し、ＮｏであればステップＳ７に進んで欠陥ありと判断する。ここで、「１」は最大の明るさ、「０」は最小の明るさ（濃度）のことである。また「ほとんど」の基準は、データが「１」であるドットの数として、検査エリアにそれだけの数の欠陥があるとはとても考えられないような数、例えば「５０」などを適宜設定するとよい。
【００６２】
そして、ステップＳ７からステップＳ８に進んで、そのデータが「１」であった位置を欠陥の位置として記録する。データが「１」の領域がある程度広い場合には、その中心の位置を記録するとよい。さらにステップＳ９で、フィルタ処理前の画像の濃度変化の大きさから前述の方法で欠陥のサイズを算出して位置と共に記録してステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、Δをわずかに増加させて、再度フィルタ処理後の画像データについてその最大値よりΔだけ小さい濃度を閾値としてその画像データを２値化した２値化データを作成する。そして、ステップＳ６に戻って処理を繰り返す。
【００６３】
１度目のステップＳ６の判断では、ローカルＣＤ欠陥が複数あった場合でもそのうち画像での濃度変化が最大になるものしか検出できないが、ローカルＣＤ欠陥が発見された場合にこのように閾値を下げて再度判定を行うことにより、画像での濃度変化がより小さいローカルＣＤ欠陥も検出できるようになる。なお、ある検査位置においてステップＳ８及びステップＳ９を２度以上実行する場合には、新たに発見されたローカルＣＤ欠陥のみのデータを記録するようにしてもよい。
ここで、ローカルＣＤ欠陥が検出された場合にステップＳ１０でΔを増加させていくと、次第に検出されるローカルＣＤ欠陥の数（すなわちデータが「１」のドットの数）が増してくるが、その数が実際には検査エリアに存在し得ないと考えられる数になった場合には、新たにローカルＣＤ欠陥として検出されるものはノイズであると考えられる。
【００６４】
従って、ステップＳ６で判断基準の例として示した「５０」は、数としては「ほとんど」全画面とは言えないような僅かなドット数であるが、このようなノイズが検出された場合にそれ以上ローカルＣＤ欠陥はないと判断するためには好適な基準である。なお、ローカルＣＤ欠陥がない場合又はΔを増加させた結果閾値がローカルＣＤ欠陥のない領域の濃度よりも下がった場合には直ちにぼぼ全域に亘ってデータが「１」になるが、この場合にはデータが「１」のドット数はもちろん５０以上であり、データはほとんど「１」であると判断される。
【００６５】
ステップＳ６でＹｅｓであれば、ステップＳ１１でステップＳ６の判断が現在の検査位置において初回かどうか判断する。
初回であればステップＳ１２に進んで現在の検査位置にはローカルＣＤ欠陥はないと判断し、ステップＳ１４に進む。初回でなければ、ステップＳ１３に進んで現在の検査位置にはこれまでに検出した以上のローカルＣＤ欠陥はないと判断し、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、現在位置が検査の最終位置であるかどうか判断し、最終位置であれば終了する。最終位置でなければ、ステップＳ１５に進んでＸＹＺテーブルによってフォトマスクを次の検査エリアを検査する位置に移動し、ステップＳ２に進んで処理を繰り返す。
【００６６】
このような処理によって、フォトマスク上の欠陥の位置とサイズを検出することができる。この処理において、ステップＳ３からＳ１３の画像処理と、それ以外のデータ取り込み処理を順に行う例を示しているが、画像データを記憶する記憶手段の容量に余裕がある場合には、画像データの取り込みと画像処理を並列に行ってもよく、画像データを先に蓄積してしまうようにしてもよい。
このような処理によって検出した欠陥部分（あるいは欠陥がないという検査結果）の表示例を図７に示す。この表示は、図１に示した画像処理装置３の表示装置１１の表示画面に表示される。
【００６７】
この実施形態のフォトマスク検査装置では、５倍の対物レンズと２／３インチＣＣＤカメラを用いているので、１回に検査できる検査エリアは１．２ｍｍ□である。図７の左側の画像表示領域１２１はその１．２ｍｍ□の検査エリアの画像を表示しており、四角で囲んだ部分に一ケのローカルＣＤ欠陥が検出されたことを表示している。ただし、欠陥部分は強調して表示されている。また、クロスハッチングで示した部分は検査対象外の領域である。またこの実施形態では、１．２ｍｍ□の検査エリアは左下の端を原点としＸ，Ｙ方向ともに５１２の格子点に分割されている。
【００６８】
右側のlocal CD Error Information枠には、このローカルＣＤ欠陥の詳細を表示している。この例では、欠陥の位置は座標系でＸ＝１１６，Ｙ＝４１８であり、欠陥とその周辺との透過率差は−３．８７％、この数値から計算したこの欠陥の寸法変動は−４６．６ｎｍであることを表示している。
Inspection Condition枠はローカルＣＤ欠陥検査の条件を表示している。Mask Typeはフォトマスクの種類を、Sensitivityは検査感度の設定を表示している。Critical DimensionのLineとSpaceは、それぞれＬ＆Ｓパターンの不透過部と透過部の寸法を示している。
その他の表示については詳細にわたるので個々の説明は割愛するが、ユーザはInspection Condition枠に表示された設定を適宜変更することにより、より適切な検査を行うことができる。
【００６９】
なお、この実施形態においては対物レンズとして倍率が５倍のものを用いたが、対物レンズの倍率はこれに限られるものではないことは言うまでもない。しかし、倍率が低すぎるとローカルＣＤ欠陥による光量変動をＣＣＤカメラで解析するに十分な程拡大できず、倍率が高すぎると１回に検査できる検査エリアが小さくなってしまうので、ローカルＣＤ欠陥による光量変動スポットをＣＣＤカメラの２画素分程度の大きさに拡大できるような倍率とするとよい。
また、発見した欠陥の位置情報を、電子顕微鏡等の、検査範囲は狭くともより詳細な解析を行うことができる外部の装置に転送する手段を設けてもよい。このようにすれば、高解像度の検査装置を有効に活用して欠陥の詳細を知ることができる。
【００７０】
〔動作例２〕
次に、一般的な論理回路を形成するためのフォトマスク（以下「ロジックマスク」とも呼ぶ）を検査する場合の動作例について説明する。
メモリマスクの場合は一定なパターンが繰り返すため、ローカルＣＤ欠陥部の光量変動を周辺の光量と比較したが、ロジックマスクでは同一パターンの繰り返しはほとんど無く、周辺の光量もそれに従っていろいろな値を取っている。従ってこの場合、メモリマスクと同様な検出を行うことはできない。
【００７１】
ところで、通常フォトマスクでは同じ回路パターンが別の場所に複数個作られる。また、ローカルＣＤ欠陥はフォトマスク製作工程のゆらぎによって発生するため、別の場所に作られた同一パターンの同じ場所に欠陥が発生する確率は極端に小さく、ゼロであるとみなして良い。
そこで、ロジックマスクの場合には、フォトマスク上の２つのパターンにおける光分布を比較することにより、ローカルＣＤ欠陥の検出を行うことができる。両方とも正常なパターンであれば、光分布の差は０となり、一方に欠陥がある場合には、光分布の差が検出される。
【００７２】
この検出例を図８に示す。正常なパターンとローカルＣＤ欠陥のあるパターンの光強度分布をそれぞれ測定して差を求めると、図８に示すような光分布の変動が得られる。縦軸は２つのパターンにおける光強度の差を示し、横軸は位置を示す。この例の場合は中央付近に欠陥があるため、光強度の差が大きくなっているが、欠陥のない周辺部では差は０である。また、ローカルＣＤ欠陥が無い場合は、光強度の差は全体的に０となる。
ただし、このような解析を行うためには、２つの光強度分布の位置を正確に合わせて差を求めなければならない。位置合わせの精度が不足する場合には、欠陥によらないパターンの光強度分布自体に依存する差が見えてしまう。従って、その差がローカルＣＤ欠陥による光量の変動よりも十分に小さくなるように位置合わせをしなければならない。
【００７３】
次に、この実施形態のフォトマスク検査装置におけるロジックマスクの検査手順について図９を用いて説明する。この検査手順は、動作例１において説明したメモリマスクの検査手順と同様な点が多いため、図９のフローチャートにおいて図６のフローチャートの処理と対応する部分には同一のステップ番号を付し、その説明は省略するか簡単にする。また、この例では１つのロジックマスク上に２つの同じパターンが形成されているものとする。
【００７４】
ユーザは、まず図１に示したフォトマスク検査装置のマスクホルダ６に、検査対象であるフォトマスク７を手動又はローダ２を用いて自動でセットし、画像処理装置３の図示を省略したキーボードやマウスを用いて、検査する全エリア、照明光量、フォーカスなどを適切に設定する。そして、検査の開始を指示すると、この装置は図９のフローチャートに示す処理を開始する。
まず、ステップＳ１で検査対象のフォトマスク７を検査開始点に移動し、ステップＳ２１で１番目のパターンの検査エリアにおける像をＣＣＤカメラ４によって画像データとして取り込み、画像処理装置３に転送する。
【００７５】
そして、ステップＳ２２でフォトマスクを２番目のパターンにおける対応する検査位置に移動し、２番目のパターンの検査エリアにおける像を同様にＣＣＤカメラ４によって画像データとして取り込み、画像処理装置３に転送する。
そしてステップＳ２３で、取り込んだ２つの画像データの差の絶対値を求めて検査対象の画像データとする。
そして、この画像データに対してステップＳ４以降の処理を図６を用いて説明したメモリマスクの検査の場合とほぼ同様に行う。ただし、画像データの濃度が欠陥がない場合にはほぼ０である点が、メモリマスクの検査の場合と異なる。
【００７６】
このような処理によって、フォトマスク上の欠陥の位置とサイズを検出することができる。ただし、２つのパターンの画像データの差の絶対値に対して処理を行っているため、２つのパターンのどちらに実際に欠陥があるかを決定することはできない。また、その欠陥が不透過部の拡大によるものなのか縮小によるものなのかも決定できない。
なお、図９のフローチャートにおいては、検査位置１エリア毎に２つのパターンの画像データを取りこむ例を示しているが、画像データを記憶する記憶手段の容量に余裕がある場合には、まず１番目のパターンについて１ライン或いは全ての画像データを取り込んでから２番目のパターンについて対応する領域の画像データを取り込み、画像処理を行うようにしてもよい。
【００７７】
このようにすれば、フォトマスクを移動させる距離が減少し、検査時間を短縮することができる。また、画像データの取り込みと画像処理を並列して行うようにしてもよいのは、メモリマスクの検査の場合と同様である。
１つのフォトマスク上に３つ以上の同一のパターンが形成されている場合には、２つずつのパターンを選択して上述の検査手順を繰り返すか、１番目のパターンについて画像データを全て記憶しておき、他のパターンを順次そのパターンと比較するようにするとよい。
【００７８】
また、複数同一の回路パターンを形成しないフォトマスクを検査する場合には、その設計パターンが検査用の対物レンズを通して作り出すであろう光分布と、フォトマスクを実際に結像させた光分布の差を分析するようにしてもよい。
フォトマスク上の位置を指定すれば、その位置の設計上のパターン形状と寸法を求めることができる。光学系の開口数、収差、照明波長およびコヒーレンスレシオは既知であるので、Ｈ．Ｈ．Ｈｏｐｋｉｎｓの部分コヒーレント結像理論を用いて、そのパターンによる像の光強度分布が計算できる。この計算を行う光強度分布算出手段としては、画像処理装置３を用いることもできるし、外部のコンピュータ等を用いて計算したデータを画像処理装置３に入力するようにしてもよい。この計算による値と実際にＣＣＤカメラで測定した光量分布の差を求めても、上述の場合と同様にローカルＣＤ欠陥を検出することができる。
【００７９】
このようなフォトマスク検査装置によれば、任意のフォトマスクについてフォトマスク上のローカルＣＤ欠陥を高速に検知すると共に、その光量分布を計測演算して欠陥のサイズを計算することが可能となる。もちろん、検査対象は半導体回路形成用のフォトマスクに限られるものではない。
また、上述の実施形態及び動作例においては、ローカルＣＤ欠陥の検査に用いる例ついて説明したが、ごみや傷等による欠陥の場合でも光量分布の変動は当然起こるため、これらの検出に用いることもできることは言うまでもない。
さらに、フォトマスクのみならず、透過照明が可能なものであれば、水晶ガラスウエハや大容量記録装置のメディア等の欠陥検査、及び組織における異常細胞の検出にも用いることができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明のフォトマスク検査装置及び検査方法によれば、従来の検査装置では発見が極めて困難であったサイズの欠陥であるローカルＣＤ欠陥を高速、高精度で発見することができ、フォトマスクの検査効率を飛躍的に改善することができるため、半導体業界に多大な貢献をするものである。
さらに、ローカルＣＤ欠陥による光量変動から、部分コヒーレント結像理論計算により、欠陥における線幅の変動を求めて表示するようにすれば、従来の寸法計測の精度不足を補い、数十乃至数ｎｍの微細寸法変動をインラインで検査、表示することもできる。
また、欠陥のある場所やサイズのデータを電子顕微鏡その他の検査装置に転送するようにすれば、ローカルＣＤ欠陥について効率的に観察を行うことができ、ローカルＣＤ欠陥発生のプロセス解明や、欠陥修正を行う可能性を与えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるフォトマスク検査装置の一実施形態の概略構成を示す外観図である。
【図２】そのフォトマスク検査装置における照明光学系の構成を示す図である。
【図３】そのフォトマスク検査装置によるフォトマスクの検査領域について説明するための図である。
【図４】そのフォトマスク検査装置におけるデータ処理について説明するための図である。
【図５】同じくそのフォトマスク検査装置におけるデータ処理について説明するための図である。
【図６】そのフォトマスク検査装置によるフォトマスク検査の処理を示すフローチャートである。
【図７】そのフォトマスク検査装置における検査結果の表示例を示す図である。
【図８】そのフォトマスク検査装置における別の検査モードのデータ処理について説明するための図である。
【図９】その検査モードにおける検査の処理を示すフローチャートである。
【図１０】この発明のフォトマスク検査装置及び検査方法によって発見しようとするローカルＣＤ欠陥の例を示す図である。
【図１１】無欠陥のラインアンドスペースパターンを観察した場合の光量分布を示すグラフである。
【図１２】ローカルＣＤ欠陥のあるＬ＆Ｓパターンを観察した場合の光強度分布を示すグラフである。
【図１３】その光強度分布を示す等高線図である。
【図１４】ホールパターンを観察した場合の光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１：検査機本体          ２：ローダ
３：画像処理装置        ４：ＣＣＤカメラ
５：ＸＹＺテーブル      ６：マスクホルダ
７：フォトマスク        ８：結像光学系
９：表示装置        １０：コンピュータ本体
１１：表示装置      １３，１４，１５；架台
２０：照明系            ２１：ランプ
２２：カイルプリズム    ２３：第１のカレイドスコープ
２４：光ファイバー      ２５：第２のカレイドスコープ
２６：干渉フィルター    ２７：コンデンサ
２８：対物レンズ        ２９：リレーレンズ
【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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