レチクル欠陥検査装置およびレチクル欠陥検査方法
【課題】製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの調整が可能なレチクル欠陥検査方法及びレチクル欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】ＴＤＩセンサ１１の各画素の出力がセンサアンプ１５により増幅される。増幅された各画素の光量信号のボトム値が、オフセット／ゲイン調整手段１６のボトム値記憶手段１６ａにより記憶され、ピーク値がピーク値記憶手段１６ｂにより記憶される。各画素のボトム値に基づいて、オフセット算出手段１６ｃにより各画素のオフセットが算出される。各画素のオフセットと、各画素のピーク値とに基づいて、ゲイン算出手段１６ｄにより各画素のゲインが算出される。算出された各画素のオフセット及びゲインがレジスタ１５３に記憶されることで、センサアンプ１５のオフセット及びゲインが調整される。
【解決手段】ＴＤＩセンサ１１の各画素の出力がセンサアンプ１５により増幅される。増幅された各画素の光量信号のボトム値が、オフセット／ゲイン調整手段１６のボトム値記憶手段１６ａにより記憶され、ピーク値がピーク値記憶手段１６ｂにより記憶される。各画素のボトム値に基づいて、オフセット算出手段１６ｃにより各画素のオフセットが算出される。各画素のオフセットと、各画素のピーク値とに基づいて、ゲイン算出手段１６ｄにより各画素のゲインが算出される。算出された各画素のオフセット及びゲインがレジスタ１５３に記憶されることで、センサアンプ１５のオフセット及びゲインが調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レチクル欠陥検査装置およびレチクル欠陥検査方法に関する。本発明は、特に、ＴＤＩセンサ出力を正規化するセンサアンプ手段のオフセット及びゲインの調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造過程において、基板（ウェハともいう）上にパターンを形成するために、回路パターンが形成された原画パターン（レチクル或いはマスクともいう、以下レチクルと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写している。レチクルは、通常、光を透過するガラス基板に遮光材料でパターンが形成されている。遮光材料は、クロム（Ｃｒ）が広く用いられている。また、超解像技術の一つである位相シフトマスクとして、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）などからなる半透明膜を遮光膜とするハーフトーン型の位相シフトマスクや、ガラス基板の厚さを変えて位相シフト効果を持たせたレベンソン型の位相シフトマスクが用いられようとしている。このようなマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置が用いられる。レチクルにパターン欠陥が存在すると、ウェハ上に欠陥が転写されてしまう。このため、レチクルの欠陥検査を行う必要がある。
【０００３】
レチクルの欠陥検査方法として、ダイ・トゥ・ダイ（Die-to-Die）検査方法と、ダイ・トゥ・データベース（Die-to-Database）検査方法とが知られている。ダイ・トゥ・ダイ検査方法は、異なる位置にある同一パターンの光学画像同士を比較する方法である。一方、ダイ・トゥ・データベース検査方法は、レチクル作成時に使用した描画データ（ＣＡＤデータ）から生成される参照画像と、実際のレチクルのパターンの光学画像とを比較する方法である。
【０００４】
光学画像を生成するために電荷蓄積型のＴＤＩ（Time Delay Integration）センサと、このＴＤＩセンサの出力を増幅するセンサアンプとが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。透過光で検査する場合、ハーフトーン型位相シフトマスクは遮光膜とガラス基板のコントラストがある程度得られるため、クロムマスクと同様に検出光学系で受光したセンサ画像の光強度信号でマスクパターンを認識して欠陥判定を行う手法を採用できる。欠陥の形状によっては、マスク面の反射光を利用する方がコントラストを得やすい場合があり、異物検査機能などの用途で反射検査光学系を装備した検査装置もある。
【０００５】
また、上述した参照画像と光学画像の比較に先立ち、センサアンプのオフセット及びゲインの正規化調整（キャリブレーション）を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照。）。透過光で検査する場合、特許文献２によれば、透過光を撮像するＴＤＩセンサの撮像面積に比して充分に広い面積を有する黒領域（遮光膜領域もしくはハーフトーン膜領域）を撮像してオフセットが調整された後、ＴＤＩセンサの撮像面積に比して充分に広い面積を有する白領域（ガラス基板）を撮像してゲインが調整される。反射光で検査する場合は、クロムあるいはハーフトーン膜が存在する部分が反射して白領域となり、ガラス基板の部分は反射光が無いため黒領域となる。
【０００６】
しかしながら、近年では、製品レチクルに描かれるパターンの微細化が進み、製品パターン自体に充分に広い面積の黒領域又は白領域が存在しない場合がある。また、キャリブレーション用に製品パターンとは別の、充分に広い面積の黒領域又は白領域を準備することも一部で行われているが、製品パターンが占める面積が拡大してきており、このキャリブレーション用パターンは必ずしも準備されない事態となっている。この場合、製品レチクルと同じ膜種で黒領域と白領域が形成されたオフセット／ゲイン調整用レチクル（以下「調整用レチクル」という。）が用いられる。調整用レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインが調整された後、製品レチクルに載せ換えて欠陥検査が実行される。このようなレチクルの載せ換えは、スループットの低下を招くことや、調整用レチクルと製品レチクルとの遮光膜の仕上がり精度の誤差により、センサ信号の振幅やオフセットに誤差を含んでしまう恐れがある。
【０００７】
また、ガラス基板の厚みが異なると、光の透過率が異なってしまう。このため、調整用レチクルを用いて最適に調整されたセンサアンプのオフセット及びゲインが、製品レチクルでは最適にはならない可能性がある。
【０００８】
以上の理由により、調整用レチクルを用いるのではなく、被検査レチクルである製品レチクル自体を用いてセンサアンプのオフセット及びゲインを調整することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２７１４４４号公報
【特許文献２】特許第３４１０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの調整が可能なレチクル欠陥検査方法及びレチクル欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、画像センサをレチクルに対して相対的に移動させ、前記画像センサの各画素の出力をセンサアンプにより増幅して得られる光学画像と、光学画像に対する基準画像となる参照画像とを比較することでレチクルの欠陥検査を行う方法であって、センサアンプは画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能であり、欠陥検査の前に、レチクルのパターンの一部を画像センサにより撮像し、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶するステップと、記憶された各画素のボトム値に基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するステップと、各画素の信号振幅のオフセットと、記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
この第１の態様において、画像センサとして複数段のラインを有するＴＤＩセンサを用いることができる。
【００１３】
この第１の態様において、各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、レチクルの相対移動速度を、画像センサの画像寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くしてもよい。
【００１４】
この第１の態様において、各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、画像センサの相対移動方向に概略平行なパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するステップと、取得されたエッジ位置からレチクルの回転誤差量を算出するステップと、算出された回転誤差量に基づいて、レチクルの回転アライメントを実行するステップとを更に含むようにしてもよい。エッジ位置を複数箇所で取得するステップは、エッジ位置の近傍を撮像した複数の画素の光量及び座標を取得し、取得した複数の画素の光量及び座標に基づいて所定の光量となるエッジ位置を算出するようにしてもよい。
【００１５】
この第１の態様において、レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を画像センサにより撮像し、ボトム値及びピーク値を記憶するようにしてもよい。
【００１６】
この第１の態様において、ステージを一方向（例えば、Ｘ方向）に移動させながらレチクルのパターンの一部を画像センサにより撮像する際、画像センサの任意の画素がレチクルの遮光部と透光部の双方に差し掛からない場合、上記一方向と直交する他方向（例えば、Ｙ方向）に移動させながら画像センサにより撮像してもよい。ここで、画像センサとしてＴＤＩセンサを用いる場合、ステージを他方向に移動させる際にステージ移動速度をＴＤＩセンサのＴＤＩ動作速度よりも遅くすることが好ましい。例えば、ステージ移動速度をＴＤＩ速度の１０分の１程度にするのがよい。
また、ステージを一方向と他方向の両方に同時に移動させながら画像センサによりレチクルのパターンを撮像してもよい。
【００１７】
本発明の第２の態様は、パターンが形成されたレチクルに光を照射する光照射機構と、レチクルを保持するステージを駆動する駆動手段と、レチクルの透過光もしくは反射光の光量信号を複数の画素で検出する画像センサと、画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、光学画像を生成すると共に、画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能なセンサアンプと、光学画像に対する基準画像となる参照画像を生成する参照画像生成手段と、光学画像と参照画像とを比較することにより、レチクルのパターンの欠陥を検査する検査手段とを備えたレチクル欠陥検査装置であって、検査手段による検査の前に、駆動手段によりステージを駆動してパターンの一部を画像センサにより撮像し、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶された各画素のボトム値に基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するオフセット設定手段と、各画素の信号振幅のオフセットと記憶手段により記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するゲイン設定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この第２の態様において、画像センサとして光量信号を複数段のラインで蓄積するＴＤＩセンサを用いることができる。
【００１９】
この第２の態様において、記憶手段により前記ボトム値及びピーク値を記憶する際のステージの駆動速度を、画像センサの画素寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くしてもよい。
【００２０】
この第２の態様において、画像センサの相対移動方向に概略平行なレチクルのパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するエッジ位置取得手段と、エッジ位置取得手段により取得されたエッジ位置からレチクルの回転誤差量を算出する回転誤差量算出手段と、回転誤差量算出手段により算出された回転誤差量に基づいて、レチクルの回転アライメントを実行するアライメント手段とを更に備えるようにしてもよい。このエッジ位置取得手段は、エッジ位置の近傍を撮像した複数の画素の座標及び光量に基づいてエッジ位置を算出するように構成することができる。
【００２１】
この第２の態様において、レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を画像センサにより撮像し、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶手段により記憶することが好ましい。
【００２２】
ここで、画像センサにより撮像されるパターンの一部に一方向（例えば、Ｘ方向）に延びるパターンが含まれている場合、ステージを一方向に移動させながらレチクルのパターンの一部を画像センサにより撮像すると、画像センサの任意の画素がレチクルの遮光部と透光部の双方に差し掛からないことがある。このような場合、上記一方向と直交する他方向（例えば、Ｙ方向）に移動させながら画像センサによりパターンを撮像してもよい。この画像センサとしてＴＤＩセンサを用いる場合、ステージを他方向に移動させる際にステージ移動速度をＴＤＩセンサのＴＤＩ動作速度よりも遅くすることが好ましい。例えば、ステージ移動速度をＴＤＩ動作速度の１０分の１程度にするのがよい。
また、ステージを一方向と他方向の両方に同時に移動させながら画像センサによりレチクルのパターンを撮像してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１の態様では、欠陥検査に先立ちパターンの一部がＴＤＩセンサにより撮像され、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値が記憶され、記憶された各画素のボトム値に基づきセンサアンプの各画素の信号振幅のオフセットが設定される。さらに、前記各画素の信号振幅のオフセットと記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインが設定される。従って、本発明の第１の態様によれば、製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの設定が可能である。
【００２４】
本発明の第２の態様では、検査手段による検査の前にパターンの一部がＴＤＩセンサにより撮像され、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値が記憶され、記憶された各画素のボトム値に基づきセンサアンプの各画素の信号振幅のオフセットが設定される。そして、各画素の信号振幅のオフセットと記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインが設定される。従って、本発明の第２の態様によれば、製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの設定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレチクル欠陥検査装置１００の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示されたＴＤＩセンサ１１及びセンサアンプ１５の構成を示す概略図である。
【図３】図１に示されたオフセット／ゲイン調整手段１６の構成を示す概略図である。
【図４】従来の製品レチクルに形成された黒領域Ｒｂ及び白領域Ｒｗを示す概念図である。
【図５】第１の実施の形態において、制御計算機２０及びオフセット／ゲイン調整手段１６が主に実行するオフセット／ゲイン調整制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図５に示すルーチンで検索されるパターンを示す図である。
【図７】ＴＤＩセンサ１１を示す図である。
【図８】ステージ移動速度とＴＤＩ動作速度を同期させた場合に撮像される画像の例を示す図である。
【図９】図８の直線２３０に沿って切り出したＴＤＩセンサ出力を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態において、ステージ移動速度をＴＤＩ動作速度よりも遅くした場合に撮像される画像の例を示す図である。
【図１１】図１０の直線２５０に沿って切り出したＴＤＩセンサ出力を示す図である。
【図１２】ＴＤＩセンサにより撮像するパターンを示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態において、ステージ２をＹ方向に移動させる場合を説明するための図である。
【図１４】図１２に示す直線部分を撮像したときに得られるＴＤＩセンサ出力を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態において、ステージ２をＸ方向とＹ方向の両方に同時に移動させる場合を説明するための図である。
【図１６】図１５に示すようにステージ２を移動させた場合に撮像される画像を示す図である。
【図１７】ステージ移動方向（Ｘ，Ｙ方向）に対してレチクル１の直交度が不十分な場合を示す図である。
【図１８】レチクル１の直交度が不十分である場合にＴＤＩセンサ１１により撮像される画像の例を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態によるステージアライメント方法を行う際に探索されるパターンの例を示す図である。
【図２０Ａ】図１９に示す領域Ｒａのパターンエッジ（Ｘａ、Ｙａ）を示す図である。
【図２０Ｂ】図１９に示す領域Ｒｂのパターンエッジ（Ｘｂ、Ｙｂ）を示す図である。
【図２１】２つのパターンエッジからパターンの傾きθを算出する方法を説明するための図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態において、制御計算機２０が実行するステージアライメント制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】本発明の変形例によるレチクル欠陥検査装置１０１の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるレチクル欠陥検査装置１００の構成を示す概略図である。図２は、図１に示されたＴＤＩセンサ１１及びセンサアンプ１５の構成を示す概略図である。図３は、図１に示されたオフセット／ゲイン調整手段１６の構成を示す概略図である。
【００２８】
図１に示すレチクル欠陥検査装置１００は、検査対象であるレチクル１を保持するステージ２を有している。レチクル１は、オートローダ３からステージ２上に搬送される。オートローダ３は、オートローダ制御回路１３により制御される。
【００２９】
ステージ２は、Ｘ方向モータ４Ａと、Ｙ方向モータ４Ｂと、θ方向（水平回転方向）モータ４Ｃとによって、Ｘ方向、Ｙ方向及びθ方向に駆動される。これらのモータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの駆動制御は、ステージ制御回路１４によって実行される。ステージ２のＸ方向及びＹ方向の位置は、例えば、レーザ干渉計等のレーザ測長手段５と、このレーザ測長手段５に接続された位置回路１２とによって検出される。検査対象レチクルは例えばＸ方向に一定速度で連続移動しながらセンサの撮像が行われ、終端（ストライプエンド）でＹ方向に移動した後、Ｘ方向に逆向きに一定速度で連続移動しながらセンサの撮像を行うといった工程を繰り返して検査対象レチクルの検査領域全面を撮像する。
【００３０】
また、レチクル欠陥検査装置１００は、レーザ光を発する光源６と、光源６から発せられたレーザ光をレチクル１に照射する透過照明光学系７とを備えている。透過照明光学系７は、ミラー７１及び対物レンズ７２を有している。
【００３１】
また、レチクル欠陥検査装置１００は、レチクル１を透過した透過光を集光してＴＤＩ（Time Delay Integration）センサ１１上に結像させる結像レンズ１０を有している。
【００３２】
画像センサたるＴＤＩセンサ１１は、図２に示すように、２次元のＣＣＤセンサであり、例えば、２０４８画素×５１２画素（１画素が７０ｎｍ×７０ｎｍの場合、１４４μｍ×３６μｍ）の長方形の撮像領域Ｒｓを有する。すなわち、ＴＤＩセンサ１１は、ＴＤＩ方向に複数段（例えば、５１２段）のラインＬ１，Ｌ２，…，Ｌ５１２によって構成され、各ラインＬは複数の画素（例えば、２０４８画素）によって構成されている。ＴＤＩセンサ１１のＴＤＩ方向（５１２段方向）とステージ２のＸ方向が一致するように設置し、ステージ２が移動することによりＴＤＩセンサ１１がレチクル１に対して相対的に移動することで、ＴＤＩセンサ１１によりレチクル１のパターンが撮像される。図２中の右方向にＴＤＩセンサ１１が相対移動するとき、図２中の左方向（ＦＷＤ）がＴＤＩセンサ１１の電荷蓄積方向（ＴＤＩ方向）となる。この場合、１段目のラインＬ１からＦＷＤ方向のラインＬ２，Ｌ３，…に電荷を順次転送しながら蓄積し、最終段のラインＬ５１２から１ライン分（２０４８画素分）の画像信号が出力される。
【００３３】
また、ステージ２の移動方向を反転させると、つまり、図２中の左方向にＴＤＩセンサ１１が相対移動すると、ＴＤＩセンサ１１の電荷蓄積方向が図２中の右方向（ＢＷＤ）に切り換えられる。ＴＤＩセンサ１１は、その電荷蓄積方向の両端に出力部１１０を有している。すなわち、ＴＤＩセンサ１１は、双方向から電荷を読み出し可能に構成されている。
【００３４】
ＴＤＩセンサ１１は、センサアンプ１５と接続されている。センサアンプ１５は、ＴＤＩセンサ１１から入力された各画素の光量信号を正規化（キャリブレーション）し、比較回路１９に出力するものである。センサアンプ１５は、図２に示すように、各画素の信号を固定倍率で増幅するアナログアンプ１５１と、レジスタ１５３に記憶されたオフセット及びゲインで各画素の信号を増幅するデジタルアンプ１５２とを備えている。レジスタ１５３に記憶された各画素のオフセット及びゲインは、後述するオフセット／ゲイン調整手段１６（図３参照）によって調整される。
【００３５】
尚、本実施の形態では、画像センサとしてＴＤＩセンサ１１を用いているが、ＴＤＩセンサ１１に代えてラインセンサやエリアセンサのような他の画像センサを用いることができる。
【００３６】
また、レチクル欠陥検査装置１００は、光学画像に対する比較基準となる参照画像を生成するための展開回路１７及び参照回路１８を備えている。展開回路１７は、記憶装置２１に記憶されたＣＡＤデータ（作図データ）等を展開し、展開データを参照回路１８に出力するものである。参照回路１８は、展開回路１７から入力される展開データにリサイズ処理、コーナ丸め処理及び点広がり分布関数（ＰＳＦ：point spread functions）フィルタ処理を一括して施すことにより参照画像を生成し、参照画像を比較回路１９に出力するものである。記憶装置２１は、例えば、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤもしくは半導体メモリ等である。
【００３７】
比較回路１９は、センサアンプ１５から入力される光学画像と、参照回路１８から入力される参照画像とを比較し、両者のパターン形状が相違する場合にパターン形状欠陥として検出するものである。比較回路１９の検査結果は、記憶装置２１に格納される。よって、オペレータは、検査結果を記憶装置２１から読み出してディスプレイ等の表示装置２２に表示させることで確認することができる。
【００３８】
レチクル欠陥検査装置１００は、通常のパターン欠陥検査のほか、センサアンプ１５のオフセット／ゲインの調整、ステージ２のアライメント等の全体的な制御を実行する制御計算機２０を備えている。この制御計算機２０には、上述した位置回路１２、オートローダ制御回路１３、ステージ制御回路１４、センサアンプ１５、オフセット／ゲイン調整手段１６、展開回路１７、参照回路１８、比較回路１９、記憶装置２１及び表示装置２２等が接続されている。
【００３９】
上述した通り、ＴＤＩセンサ１１の各画素の出力がセンサアンプ１５により画素毎に増幅されて光学画像が生成される。比較回路１９における欠陥検査を精度良く行うためには、光学画像を精度良く生成する必要がある。すなわち、センサアンプ１５のダイナミックレンジを効率良く活用する必要がある。
【００４０】
従来より、欠陥検査前にセンサアンプ１５のオフセット及びゲインの調整が行われている。従来は製品パターン自体にも比較的大きな白ベタ領域や黒ベタ領域があり、ＴＤＩセンサの撮像領域より充分に広い箇所を選んで、上記キャリブレーションを行うことができた。また、製品パターン自体に大きな白ベタ領域や黒ベタ領域が無くても製品レチクルの非検査領域には転写装置用のアライメントパターンや、一部では図４に示すように、ＴＤＩセンサ撮像領域Ｒｓに比して充分に広い面積を有する黒領域Ｒｂ及び白領域Ｒｗが検査装置のキャリブレーションのために形成されていた。図４は、従来の製品レチクルに形成された黒領域Ｒｂ及び白領域Ｒｗを示す概念図である。従来は、ＴＤＩセンサを黒領域Ｒｂのような広い領域に静止させて撮像結果に基づきセンサアンプの信号振幅のオフセットを設定し、白領域Ｒｗのような広い領域に静止させて撮像結果に基づきセンサアンプの信号振幅のゲインが設定されていた。
【００４１】
しかしながら、近年においては、レチクルに描かれるパターンの微細化が進み、製品レチクルに上記充分に広い面積を有する黒領域及び白領域が形成されないことが多い。また、上述のＲｂ，Ｒｗのようにキャリブレーション用に製品パターンとは別の、充分に広い面積の黒領域又は白領域を準備することも一部では行われているが、製品レチクルに収録すべきパターンが広がってきており、このキャリブレーション用パターンは必ずしも準備されない事態となっている。このため、オフセット及びゲイン調整用のレチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインを調整した後、この調整用レチクルを製品レチクルに載せ換えていた。かかるレチクルの載せ換えはスループットの低下を招いてしまう。さらに、レチクルのガラス基板の厚みにより透過率が変わってしまうため、調整用レチクルを用いて調整されたセンサアンプのオフセット及びゲインが、製品レチクルに対しては最適ではない可能性がある。そうすると、欠陥検査の精度を低下させる要因となってしまう。従って、製品レチクルに充分に広い面積を有する黒領域及び白領域が形成されていない場合であっても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインを調整することが望まれている。
【００４２】
そこで、本実施の形態１では、図３に示すように、センサアンプ１５のオフセット及びゲインを調整するオフセット／ゲイン調整手段１６を設けた。このオフセット／ゲイン調整手段１６は、図３に示すように、ボトム値記憶手段１６ａと、ピーク値記憶手段１６ｂと、オフセット算出手段１６ｃと、ゲイン算出手段１６ｄとを備えている。
【００４３】
これらのボトム値記憶手段１６ａ、ピーク値記憶手段１６ｂ、オフセット算出手段１６ｃおよびゲイン算出手段１６ｄは、ＴＤＩセンサ１１の１ラインを構成する複数の画素毎に設けられている。すなわち、ＴＤＩセンサ１１の１ライン分の２０４８画素で構成されている場合には、上記の手段１６ａ〜１６ｄは２０４８個ずつ設けられている。
【００４４】
ボトム値記憶手段１６ａは、センサアンプ１５により増幅された各画素の光量信号のボトム値を記憶（ホールド）するものであり、ピーク値記憶手段１６ｂは、各画素の光量信号のピーク値を記憶（ホールド）するものである。オフセット算出手段１６ｃは、ボトム値記憶手段１６ａに記憶された各画素のボトム値に基づいて、センサアンプ１５の各画素のオフセットを算出するものである。ゲイン算出手段１６ｄは、オフセット算出手段１６ｃにより算出された各画素のオフセットとピーク値記憶手段１６ｂにより記憶された各画素のピーク値に基づいて、センサアンプ１５の各画素のゲインを算出するものである。
【００４５】
以下、図５を参照して具体的な制御について説明する。図５は、第１の実施の形態において、制御計算機２０及びオフセット／ゲイン調整手段１６が主に実行するオフセット／ゲイン調整制御ルーチンを示すフローチャートである。図５に示すルーチンは、パターン欠陥検査を行う前に起動されるものである。
【００４６】
図５に示すルーチンによれば、先ず、ＴＤＩセンサ１１により撮像されるパターンの検索を実行する（ステップＳ１００）。このステップＳ１００では、ＴＤＩセンサ１１の各画素が全白パターン及び全黒パターンに少なくとも１回は差しかかるようなパターン、例えば、図６に示すようなパターン２００が検索される。このパターン２００のうちのハッチングを付した部分は、遮光膜（クロム膜）からなる黒パターンを示しており、パターン２００のうちの白い部分は、ガラス基板からなる白パターンを示している。このパターン２００は、矢印Ａ１で示す方向に相対移動するＴＤＩセンサ１１により撮像される。
【００４７】
上記ステップＳ１００におけるパターン探索の方法は、データベース検査のデータベースとして被検査レチクルの設計データあるいは描画データを検査装置に入力もしくは記憶装置２１に記憶している場合には、そのデータを制御計算機２０において探索して、適切なパターン領域（プリスキャン領域）を選出することができる。あるいは、上記のデータを探索しなくても、被検査領域の中央近傍の位置や、検査範囲の端から１０％程度内側に寄った位置などの決め方で、プリスキャンする領域を決めることができ、その領域の撮像を行って各画素のオフセット及びゲインが適切か否かを判別することが実用上可能である。
【００４８】
次に、モータ４Ａ，４Ｂを用いてステージ２を駆動して、上記ステップＳ１００で検索されたパターンをＴＤＩセンサ１１により走査すると、ＴＤＩセンサ１１の各画素の出力がセンサアンプ１５により増幅される。このとき、レジスタ１５３に記憶された各画素のオフセット及びゲインが信号増幅に用いられる。そして、センサアンプ１５から出力される各画素のボトム値及びピーク値をオフセット／ゲイン調整手段１６により記憶する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２では、各画素のボトム値記憶手段１６ａによって各画素のボトム値が記憶され、各画素のピーク値記憶手段１６ｂによって各画素のピーク値が記憶される。
【００４９】
上記ステップＳ１００で検索されたパターン（例えば、１ストライプ分のパターン）がＴＤＩセンサ１１により走査された後、全画素分（２０４８画素分）のボトム値及びピーク値が記憶されたか否かを判別する（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０２で記憶された全画素のボトム値とピーク値がそれぞれ基準範囲内（例えば、１０％以内）に収まっているか否かが判別される。このステップＳ１０４で全画素分のボトム値及びピーク値が記憶されていないと判別された場合には、上記ステップＳ１００で検索されたパターンとは別のパターン（例えば、別の１ストライプ分のパターン）を検索する（ステップＳ１０６）。その後、上記ステップＳ１０６で検索されたパターンをＴＤＩセンサ１１により走査して、上記ステップＳ１０２の処理を再度実行する。
【００５０】
上記ステップＳ１０４で全画素分のボトム値及びピーク値が記憶されたと判別された場合には、各画素のボトム値に基づいて、オフセット算出手段１６ｃにより各画素のオフセットを算出する（ステップＳ１０８）。その後、各画素のピーク値と、上記ステップＳ１０８で算出された各画素のオフセットとに基づいて、ゲイン算出手段１６ｄにより各画素のゲインを算出する（ステップＳ１１０）。
【００５１】
その後、上記ステップＳ１０８で算出された各画素のオフセットと、上記ステップＳ１１０で算出された各画素のゲインとに基づいて、センサアンプ１５の各画素のオフセット及びゲインを調整（設定）する（ステップＳ１１２）。このステップＳ１１２では、オフセット算出手段１６ｃ及びゲイン算出手段１６ｄから出力された各画素のオフセット及びゲインが、センサアンプ１５に入力される。この入力された各画素のオフセット及びゲインがレジスタ１５３に記憶されることで、各画素のオフセット及びゲインが調整（設定）される。その後、本ルーチンを終了する。そうすると、パターン欠陥検査が実行される。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施の形態では、パターン欠陥検査前に、ＴＤＩセンサ１１によりパターンを走査し、センサアンプ１５で増幅された出力信号の各画素のボトム値及びピーク値が記憶される。そして、記憶された各画素のボトム値に基づいて各画素のオフセットが算出される。算出された各画素のオフセットと、記憶されたピーク値に基づいて、各画素のゲインが算出される。その後、算出された各画素のオフセット及びゲインに基づいて、センサアンプ１５の各画素のオフセット及びゲインが調整（設定）される。よって、ＴＤＩセンサの撮像面積に比して充分に広い面積の黒領域及び白領域が存在しない製品レチクルを用いて、センサアンプの各画素のオフセット及びゲインを調整することができる。これにより、ＴＤＩセンサ１１の信号振幅は被検査レチクルの現物に合わせた正規化が行われるため、別の調整用レチクルを使用する場合に比べてＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５３】
また、レチクルは、製品パターンが形成されたメインチップ領域と、製品パターン以外のアライメントマークなどが形成された周辺チップ領域とを有する。メインチップ領域の面内においても遮光膜の膜厚や透明基板の厚みが不均一である場合がある。このような場合でも、ＴＤＩセンサ１１によりメインチップのパターンを走査し、ＴＤＩセンサ１１の信号振幅の正規化を行うことで、より実用的かつ高精度な正規化を行うことができる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、図７乃至図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
上記ボトム値記憶手段１６ａ及びピーク値記憶手段１６ｂにより各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際、通常は、ステージ２の移動速度と、ＴＤＩセンサ１１内のＴＤＩ動作速度と同期させることが考えられる。このように同期させた場合に図７に示すＴＤＩセンサ１１を用いて撮像された画像の例を図８に示す。図８に示す画像２１０は、レチクル透過光をＴＤＩセンサ１１によって撮像したものである。従って、図８におけるハッチング部分は遮光部に対応し、白部分は透過部に対応する。このハッチング部分のセンサ出力はボトム値に近いレベルになり、白部分のセンサ出力はピーク値に近いレベルになる。
【００５５】
図８における直線２３０に沿って切り出したセンサ出力を図９に示す。このセンサ出力は、図７においてハッチングが付された画素１１１の出力である。図８に示す直線２３０の左端はハッチング部分（黒ライン）２１１に位置するため、図９に示すセンサ出力はボトム値付近から切り出されている。その後、図８に示すように直線２３０が細い白部分（細い白ライン）２１２、２１４、２１６、２１８と細いハッチング部分（細い黒ライン）２１３、２１５、２１７とを交互に横切るため、図９に示すように細いピークが連続して４回得られる。その後、図８に示すように直線２３０が広いハッチング部分２１９と広い白部分２２０とを交互に横切るため、図９に示すように、幅が太いボトムと、幅が太いピークが得られる。
【００５６】
上記直線２３０が最初に横切る細い白ラインパターン２１２、２１４の線幅及び間隔は共に２００ｎｍである。上述したように、ＴＤＩセンサ１１の１画素の大きさは、７０ｎｍ×７０ｎｍである。このように、センサ画素に対して微細なパターンを撮像する場合に、センサ画素に差し掛かるパターンの位置が理想的でないと、充分な信号振幅が得られないケースがある。
【００５７】
ここで、レチクル透過光の光量は均一な分布とならず、光学系（結像レンズ１０等）の影響を受けて最大光量を中心とするガウス分布となる。このため、スキャンタイミングによっては、最大光量の位置が２つの画素に分散してしまう。このように最大光量位置が２つの画素に分散された状態で撮像される場合には、最大光量位置が１つの画素の中央になるときに撮像される場合に比して、信号振幅が小さくなってしまう。
【００５８】
そこで、第２の実施の形態では、ボトム値及びピーク値を記憶する際、ステージ２の移動速度を、ＴＤＩセンサ１１内の画素移動速度であるＴＤＩ動作速度よりも遅くする。画素移動速度は、画素寸法と撮像周期で決まる。図１０及び図１１は、第２の実施の形態において、ステージ移動速度をＴＤＩ動作速度よりも遅くした場合の画像及びセンサ出力の例を示す図である。図１０に示す画像２４０は、ステージ２の移動速度をＴＤＩ動作速度の２分の１にした場合に、レチクル透過光を図７に示すＴＤＩセンサ１１によって撮像したものである。従って、図１０におけるハッチング部分は遮光部に対応し、白部分は透過部に対応する。このハッチング部分のセンサ出力はボトム値に近いレベルになり、この白部分のセンサ出力はピーク値に近いレベルになる。
【００５９】
図１０における直線２５０に沿って切り出したセンサ出力を図１１に示す。このセンサ出力は、図７においてハッチングが付された画素１１１の出力である。図１０に示す直線２５０の左端（切り出し開始位置）は、図８に示す直線２３０の左端（切り出し開始位置）と同じ位置であるため、図１１に示すセンサ出力は、図９に示すセンサ出力と同じ位置から切り出されている。すなわち、図１０に示す直線２５０はハッチング部分（黒ライン）２４１から切り出されているため、図１１に示すセンサ出力はボトム値付近から切り出されている。その後、図１０に示すように直線２５０が白部分（白ライン）２４２、２４４とハッチング部分（黒ライン）２４３、２４５とを交互に横切るため、図１１に示すようにピークが２回得られる。
【００６０】
第２の実施の形態ではステージ移動速度を遅くすることで、１本の細線が複数画素に差し掛かって撮像される。すなわち、オーバーサンプリングと同様の効果が得られる。このため、図１０に示す画像２４０における線幅及び間隔が、図８に示す画像２１０における線幅及び間隔よりも広くなっている。これにより、ステージ移動速度とＴＤＩ動作速度を同期させる場合に比して、最大光量位置が１つの画素の中央になるときに撮像される機会を増やすことができる。最大光量位置が画素中央になるときに撮像することで、図１１に示すように、充分な信号振幅を得ることができる。従って、微細パターンを撮像する場合であっても、ピーク値記憶手段１６ｂにより記憶される各画素のピーク値を充分に高めることができる。このため、センサアンプ１５のダイナミックレンジを充分に活用することができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
次に、図１２乃至図１４を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１２は、第３の実施の形態において、ＴＤＩセンサにより撮像するパターンを示す図である。
【００６２】
図１２に示すパターン２６０は、Ｘ方向に延び、所定のピッチＰを有する複数のラインパターン２６１、２６２を含んでいる。このようなパターンＰを撮像する場合、ＴＤＩセンサ１１の各画素の光量が０（黒パターン）〜２５５（白パターン）の階調をとり得るとすると、全画素の光量が６３よりも小さくならなかったり、光量が１９２よりも大きくならなかったりする。つまり、ステージ２をＸ方向に移動させて（つまり、ＴＤＩセンサ１１をＸ方向に相対移動させて）パターン２６０を撮像しようとすると、上記ＴＤＩセンサ１１の任意の画素は、図１２においてハッチングを付した黒パターン２６１、２６２のみに差し掛かるだけで、白パターンには差し掛からない可能性がある。別の画素に注目すると、その注目画素が白パターンのみに差し掛かるだけで、黒パターンには差し掛からない可能性がある。そうすると、ＴＤＩセンサ１１の全画素につきボトム値とピーク値の両方を記憶することができない場合がある。
【００６３】
そこで、第３の実施の形態では、図１３に示すようなレチクル１とＴＤＩセンサ１１の位置関係のときに、矢印Ａ２で示すようにステージ２をＹ方向に移動させる。ここで、このようにステージ２をＹ方向に移動させてパターン２６０を撮像すると、図１２に示す直線２６３に対応するセンサ出力は、図１４に示すようなセンサ出力となる。この直線２６３の長さは、パターンピッチＰの１０倍の長さとすることができる。これにより、ＴＤＩセンサ１１のサンプリング誤差を考慮しても、ＴＤＩセンサ１１の全ての画素が白パターンと黒パターンの両方に差し掛かる機会が得られる。従って、図１２に示すようにレチクル１にＸ方向に延びるラインパターン２６１、２６２を含むパターンを撮像する場合であっても、各画素でボトム値とピーク値の両方を記憶することができる。
【００６４】
但し、画像センサとしてＴＤＩセンサ１１を用いる場合、ＴＤＩセンサ１１は電荷の蓄積を行うことから、ＴＤＩ速度とＹ方向のステージ移動速度とが等速のとき、ＴＤＩ方向が斜め（４５度）になる。そこで、ＴＤＩ速度よりも十分に遅い速度でステージをＹ方向に移動させることが好ましい。例えば、ステージ移動速度をＴＤＩ速度の１０分の１にすることができる。ＴＤＩセンサ１１において電荷を１画素（７０ｎｍ）シフトするのに２〜３μｓｅｃかかるとき、その速度をステージ移動速度に換算すると十数ｍｍ／ｓｅｃとなるため、ステージ移動速度を数ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。
【００６５】
尚、ＴＤＩセンサ１１の代わりにラインセンサを画像センサとして用いる場合、電荷の蓄積を考慮する必要がないため、撮像周期に応じたステージ移動速度にすればよい。
【００６６】
また、図１５に示すようなレチクル１とＴＤＩセンサ１１の位置関係のときに、矢印Ａ３で示すようにステージ２を斜め方向に移動させることで、つまり、Ｘ方向に移動させると同時にＹ方向に移動させることで、図１６に示すように、Ｘ軸に対して角度θ１だけパターン２８１、２８２が斜め方向に延びる画像（スキュー画像）２８０が撮像される。この場合も、図１３に示すようにステージ２をＹ方向に移動させた場合と同様に、ＴＤＩセンサ１１の全ての画素が白パターンと黒パターンの両方に差し掛かる機会を得ることができる。なお、ステージ２のＸ方向の移動速度をＴＤＩ動作速度よりも遅くすることで、上記第２の実施の形態と同様に、充分な信号振幅を得ることができる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
次に、図１７から図２０を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００６８】
上記第１の実施の形態では、欠陥検査前に行われるセンサアンプのオフセット及びゲインの調整について説明した。
【００６９】
ところで、図１７に示すように、ステージ移動方向（Ｘ，Ｙ方向）に対してレチクル１の平行度が不十分な場合がある。図１７に示す例では、Ｘ方向に対して角度θ２だけレチクル１が傾いている。この場合、ステージ２をＸ方向に移動させてＴＤＩセンサ１１によりパターンを撮像すると、図１８に示すように、Ｘ軸に対して角度θ２だけ斜め方向に延びるラインパターン２９１を含むパターン２９０が撮像されてしまう。
【００７０】
そこで、このような斜め方向のパターンの撮像を防止するため、パターン欠陥検査前にステージθ回転アライメント（「マスク回転アライメント」ともいう。）が行われている。すなわち、レチクル１に形成されたパターンの水平方向とステージ２の移動方向とが平行になるように、欠陥検査前にθ方向モータ４Ｃによりステージ２を回転させる。
【００７１】
従来のレチクルのθ回転アライメントの工程は、図４に示すように、非検査領域に形成された複数のアライメントマークＭａを用いていた。そして、複数のアライメントマークＭａの座標（例えば、十文字パターンの中心座標）を求めた後、レチクル１のステージ２の移動方向に対する平行度が算出され、この平行度に基づきステージ２を回転させた。アライメントマークが無いレチクルでも、例えば、被検査レチクルのパターンの中で、設計データから割り出した同一Ｙ座標のエッジパターンを、なるべく離れたＸ座標距離で撮像し、ステージ走行軸に対する平行度を求め、θ回転補正する方法も採られている。
【００７２】
しかしながら、この被検査レチクルのパターンを使用する方法は、検査装置を操作して撮像し、θ回転補正動作を繰り返して所定の許容回転誤差以内に収束させる作業が必要である。また、この方法では、作業者が手作業でエッジパターンを特定することが必要である。このため、装置のスループットが低下する可能性や、作業者によるパターン特定精度の影響を受けてステージθ回転アライメントの精度が低下する可能性があった。
【００７３】
そこで、第４の実施の形態では、アライメンマークＭａが形成されていない製品レチクルを用いたステージアライメント方法について説明する。図１９乃至図２２は、第４の実施の形態によるステージアライメント方法を説明するための図である。
【００７４】
先ず、図１９に示すように、２箇所のＸ座標Ｘａ，ＸｂでパターンエッジのＹ座標が同じパターン３００を検索する。そして、このパターンエッジ近傍の領域Ｒａ、Ｒｂにおける光量Ｐの変化に着目する。この領域Ｒａ、Ｒｂは、Ｙ方向に連続する複数の画素（例えば、４つの画素）でそれぞれ撮像される。
【００７５】
ここで、図１９に示されるハッチング部分（黒パターン）で測定される光量Ｐを０とし、白部分（白パターン）で測定される光量Ｐを２５５とする。そうすると、黒パターンと白パターンの境界であるパターンエッジの光量しきい値Ｐｔｈは、その中間の１２８となる。図２０Ａに示す●は、領域Ｒａにおけるパターンエッジ（Ｘａ、Ｙａ）を表している。図２０Ｂに示す■は、領域Ｒｂにおけるパターンエッジ（Ｘｂ、Ｙｂ）を表している。図２０Ａ及び図２０Ｂにおいて、Ｙ方向に並ぶ４つの四角はＴＤＩセンサの４つの画素を表しており、各画素の底部におけるＹ座標を一方の縦軸に示しており、該底部における光量を他方の縦軸に示している。図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、上記光量Ｐｔｈ（＝１２８）を挟む２つの画素の底部のＹ座標をＹ１，Ｙ２（Ｙ１＜Ｙ２）とし、そのＹ１，Ｙ２における光量をＰ１，Ｐ２とすると、光量ＰｔｈであるＹ座標は、次式(1)のような加重平均で表すことができる。
Y=Y1+(Y2-Y1)/(P2-P1)×(Pth-P1)・・・(1)
【００７６】
そして、図１９のＸ座標Ｘａ，Ｘｂは５０ｍｍ離れているとして、Ｘａ，Ｘｂにおける光量Ｐ＝１２８となるＹ座標Ｙａ，Ｙｂを算出する。具体的には、Ｙ座標Ｙａは、上式(1)に、図２０Ａに示すＹ１＝７０，Ｙ２＝１４０，Ｐ１＝６０，Ｐ２＝１３０，Ｐｔｈ＝１２８を代入することにより、Ｙａ＝１３８［ｎｍ］と算出される。また、Ｙ座標Ｙｂは、上式(2)に、図２０Ｂに示すＹ１＝１４０，Ｙ２＝２１０，Ｐ１＝１００，Ｐ２＝２５５，Ｐｔｈ＝１２８を代入することにより、Ｙｂ＝１５２．６［ｎｍ］と算出される。
【００７７】
そして、パターンの傾きをθ［ｒａｄ］とすると、この傾きθは、図２１に示すように２つのエッジ位置（Ｘａ、Ｙａ）及び（Ｘｂ、Ｙｂ）を結ぶ直線の傾きとして表されるため、ｔａｎθは、次式(2)のように表すことができる。
tanθ=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)・・・(2)
【００７８】
上式(2)に、Ｙｂ＝１５２．６［ｎｍ］，Ｙａ＝１３８［ｎｍ］，Ｘｂ＝７５×１０３［ｎｍ］，Ｘａ＝２５×１０３［ｎｍ］を代入すると、θ＝２．９２×１０−４［ｒａｄ］と算出される。この算出されたθに相当する分だけモータ４Ｃによりステージ２を回転させることで、ステージθ回転アライメントが実行される。
【００７９】
目標値θｔｇｔは、例えば、１×１０−６［ｒａｄ］である。ステージθ回転アライメントを実行した後、再度Ｘａ，Ｘｂの箇所を撮像し、θを算出する。算出されたθがこの目標値θｔｇｔを下回るまで、ステージθ回転アライメントが繰り返し実行される。その後、パターン欠陥検査が実行される。
【００８０】
以下、図２２を参照して具体的な制御について説明する。図２２は、第４の実施の形態において、制御計算機２０が実行するステージθ回転アライメント制御ルーチンを示すフローチャートである。図２２に示すルーチンは、パターン欠陥検査を行う前に、より具体的には図５に示すルーチンと共に起動されるものである。
【００８１】
図２２に示すルーチンによれば、ステージ２のＸ軸と平行で離間するエッジ位置が同じパターンを検索する（ステップＳ１２０）。このステップＳ１２０では、記憶装置２１に記憶されているＣＡＤデータを参照して、例えば、図１９に示すようなパターンのほか、レチクル１の検査領域の外周近傍に形成されることが多い電源配線用のラインパターンが探索される。
【００８２】
次に、離間したＸ座標Ｘａ，Ｘｂにおいて光量Ｐ＝Ｐｔｈ（＝１２８）となるＹ座標Ｙａ，Ｙｂを上式(1)に従って算出する（ステップＳ１２２）。このステップＳ１２２では、例えば、図１９に示すように、５０ｍｍ離間したＸａ＝２５，Ｘｂ＝７５におけるＹ座標が算出される。Ｘａ，Ｘｂの離間幅が広い方が、Ｙａ，Ｙｂの差分が大きくなり、後述するθの算出精度を高くとれるため好適である。このため、Ｘ方向の離間幅は、適切なパターンが存在する範囲で可能な限り広く確保するのが良い。現時点で多く流通している６インチレチクルの場合で５０ｍｍ以上が好適であり、１００ｍｍ以上がより好適である。
【００８３】
次に、上記ステップＳ１２４で算出されたＹａ，Ｙｂを用いて、上式(2)に従ってパターンの傾き（すなわち、回転誤差量）θを算出する（ステップＳ１２４）。そして、上記ステップＳ１２４で算出された傾きθが目標値θｔｇｔよりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１２６）。この目標値θｔｇｔは、例えば、１×１０−６［ｒａｄ］である。このステップＳ１２６でθが目標値θｔｇｔよりも大きいと判別された場合には、上記ステップＳ１２４で算出されたθだけ、モータ４Ｃによりステージ２を回転させる（ステップＳ１２８）。その後、ステップＳ１２０の処理に戻り、上記ステップＳ１２０，１２２，１２４の一連の処理を再び実行する。
【００８４】
上記ステップＳ１２６でθが目標値θｔｇｔよりも小さいと判別された場合には、ステージθ回転アライメントが完了したと判断される。この場合、本ルーチンを終了し、パターン欠陥検査を実行する。
【００８５】
以上説明したように、第４の実施の形態では、ステージ移動方向と平行であるべきパターンの複数のエッジ位置（Ｘａ，Ｙａ），（Ｘｂ，Ｙｂ）が上式(1)に従って算出された後、パターンの傾き（平行度）θが上式(2)に従って算出される。この算出された傾きθに応じてステージ２のθ回転アライメントを実行することができる。従って、製品レチクルのパターンを用いて、ステージθ回転アライメントを実行することができる。よって、アライメントマークが形成されていない製品レチクルを用いてステージθ回転アライメントを実行することができる。
【００８６】
さらに、エッジ位置のＹ座標Ｙａ，Ｙｂは、ＴＤＩセンサ１１の画素の光量Ｐが閾値Ｐｔｈ（＝１２８）となる座標として算出したが、この算出は上述した第１乃至第３の実施の形態で行われるボトム値及びピーク値の記憶と同時に実行することができる。よって、欠陥検査前の調整時間を短縮することができるため、欠陥検査装置のスループットを向上させることができる。
【００８７】
尚、本実施の形態４においては、制御計算機２０が、ステップＳ１２０及びＳ１２２の処理を実行することにより本発明における「エッジ位置取得手段」が、ステップＳ１２４の処理を実行することにより本発明における「回転誤差量算出手段」が、ステップＳ１２８の処理を実行することにより本発明における「アライメント手段」が、それぞれ実現されている。これらの手段は、ハードウェアにより構成されていてもよい。
【００８８】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態１では本発明を透過照明用のＴＤＩセンサ１１を備えたレチクル欠陥検査装置１００に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、図２３に示すように、反射光学系８と反射照明用のＴＤＩセンサ１１Ａを更に備えたレチクル欠陥検査装置１０１に対しても適用可能である。レチクル欠陥検査装置１０１は、ビームスプリッタ８１、ミラー８２、ビームスプリッタ８３、及び反射光をＴＤＩセンサ１１Ａに結像させる対物レンズ１０Ａを含む反射光学系８を更に備えている。上述したセンサアンプ１５の各画素のオフセット及びゲインの調整は、上記ＴＤＩセンサ１１とは独立して、ＴＤＩセンサ１１Ａを用いて行うことができる。
【００８９】
また、ステージθ回転アライメント用のパターンとして、上記第４の実施の形態では、Ｘ方向に離間するＹ座標同一な水平パターンエッジを使用する場合について説明したが、レチクルパターンが水平・垂直精度が充分確保されていることを前提に、Ｙ方向に離間するＸ座標同一な垂直パターンエッジを使用して回転補正量を算出することでも同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１００，１０１ レチクル欠陥検査装置
１ レチクル
２ ステージ
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ モータ
１１，１１Ａ ＴＤＩセンサ
１５ センサアンプ
１５１ アナログアンプ
１５２ デジタルアンプ
１５３ レジスタ
１６ オフセット／ゲイン調整手段（オフセット／ゲイン設定手段）
１６ａ ボトム値記憶手段
１６ｂ ピーク値記憶手段
１６ｃ オフセット算出手段
１６ｄ ゲイン算出手段
１９ 比較回路
２０ 制御計算機
２１ 記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レチクル欠陥検査装置およびレチクル欠陥検査方法に関する。本発明は、特に、ＴＤＩセンサ出力を正規化するセンサアンプ手段のオフセット及びゲインの調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造過程において、基板（ウェハともいう）上にパターンを形成するために、回路パターンが形成された原画パターン（レチクル或いはマスクともいう、以下レチクルと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写している。レチクルは、通常、光を透過するガラス基板に遮光材料でパターンが形成されている。遮光材料は、クロム（Ｃｒ）が広く用いられている。また、超解像技術の一つである位相シフトマスクとして、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）などからなる半透明膜を遮光膜とするハーフトーン型の位相シフトマスクや、ガラス基板の厚さを変えて位相シフト効果を持たせたレベンソン型の位相シフトマスクが用いられようとしている。このようなマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置が用いられる。レチクルにパターン欠陥が存在すると、ウェハ上に欠陥が転写されてしまう。このため、レチクルの欠陥検査を行う必要がある。
【０００３】
レチクルの欠陥検査方法として、ダイ・トゥ・ダイ（Die-to-Die）検査方法と、ダイ・トゥ・データベース（Die-to-Database）検査方法とが知られている。ダイ・トゥ・ダイ検査方法は、異なる位置にある同一パターンの光学画像同士を比較する方法である。一方、ダイ・トゥ・データベース検査方法は、レチクル作成時に使用した描画データ（ＣＡＤデータ）から生成される参照画像と、実際のレチクルのパターンの光学画像とを比較する方法である。
【０００４】
光学画像を生成するために電荷蓄積型のＴＤＩ（Time Delay Integration）センサと、このＴＤＩセンサの出力を増幅するセンサアンプとが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。透過光で検査する場合、ハーフトーン型位相シフトマスクは遮光膜とガラス基板のコントラストがある程度得られるため、クロムマスクと同様に検出光学系で受光したセンサ画像の光強度信号でマスクパターンを認識して欠陥判定を行う手法を採用できる。欠陥の形状によっては、マスク面の反射光を利用する方がコントラストを得やすい場合があり、異物検査機能などの用途で反射検査光学系を装備した検査装置もある。
【０００５】
また、上述した参照画像と光学画像の比較に先立ち、センサアンプのオフセット及びゲインの正規化調整（キャリブレーション）を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照。）。透過光で検査する場合、特許文献２によれば、透過光を撮像するＴＤＩセンサの撮像面積に比して充分に広い面積を有する黒領域（遮光膜領域もしくはハーフトーン膜領域）を撮像してオフセットが調整された後、ＴＤＩセンサの撮像面積に比して充分に広い面積を有する白領域（ガラス基板）を撮像してゲインが調整される。反射光で検査する場合は、クロムあるいはハーフトーン膜が存在する部分が反射して白領域となり、ガラス基板の部分は反射光が無いため黒領域となる。
【０００６】
しかしながら、近年では、製品レチクルに描かれるパターンの微細化が進み、製品パターン自体に充分に広い面積の黒領域又は白領域が存在しない場合がある。また、キャリブレーション用に製品パターンとは別の、充分に広い面積の黒領域又は白領域を準備することも一部で行われているが、製品パターンが占める面積が拡大してきており、このキャリブレーション用パターンは必ずしも準備されない事態となっている。この場合、製品レチクルと同じ膜種で黒領域と白領域が形成されたオフセット／ゲイン調整用レチクル（以下「調整用レチクル」という。）が用いられる。調整用レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインが調整された後、製品レチクルに載せ換えて欠陥検査が実行される。このようなレチクルの載せ換えは、スループットの低下を招くことや、調整用レチクルと製品レチクルとの遮光膜の仕上がり精度の誤差により、センサ信号の振幅やオフセットに誤差を含んでしまう恐れがある。
【０００７】
また、ガラス基板の厚みが異なると、光の透過率が異なってしまう。このため、調整用レチクルを用いて最適に調整されたセンサアンプのオフセット及びゲインが、製品レチクルでは最適にはならない可能性がある。
【０００８】
以上の理由により、調整用レチクルを用いるのではなく、被検査レチクルである製品レチクル自体を用いてセンサアンプのオフセット及びゲインを調整することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２７１４４４号公報
【特許文献２】特許第３４１０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの調整が可能なレチクル欠陥検査方法及びレチクル欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、画像センサをレチクルに対して相対的に移動させ、前記画像センサの各画素の出力をセンサアンプにより増幅して得られる光学画像と、光学画像に対する基準画像となる参照画像とを比較することでレチクルの欠陥検査を行う方法であって、センサアンプは画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能であり、欠陥検査の前に、レチクルのパターンの一部を画像センサにより撮像し、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶するステップと、記憶された各画素のボトム値に基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するステップと、各画素の信号振幅のオフセットと、記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
この第１の態様において、画像センサとして複数段のラインを有するＴＤＩセンサを用いることができる。
【００１３】
この第１の態様において、各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、レチクルの相対移動速度を、画像センサの画像寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くしてもよい。
【００１４】
この第１の態様において、各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、画像センサの相対移動方向に概略平行なパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するステップと、取得されたエッジ位置からレチクルの回転誤差量を算出するステップと、算出された回転誤差量に基づいて、レチクルの回転アライメントを実行するステップとを更に含むようにしてもよい。エッジ位置を複数箇所で取得するステップは、エッジ位置の近傍を撮像した複数の画素の光量及び座標を取得し、取得した複数の画素の光量及び座標に基づいて所定の光量となるエッジ位置を算出するようにしてもよい。
【００１５】
この第１の態様において、レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を画像センサにより撮像し、ボトム値及びピーク値を記憶するようにしてもよい。
【００１６】
この第１の態様において、ステージを一方向（例えば、Ｘ方向）に移動させながらレチクルのパターンの一部を画像センサにより撮像する際、画像センサの任意の画素がレチクルの遮光部と透光部の双方に差し掛からない場合、上記一方向と直交する他方向（例えば、Ｙ方向）に移動させながら画像センサにより撮像してもよい。ここで、画像センサとしてＴＤＩセンサを用いる場合、ステージを他方向に移動させる際にステージ移動速度をＴＤＩセンサのＴＤＩ動作速度よりも遅くすることが好ましい。例えば、ステージ移動速度をＴＤＩ速度の１０分の１程度にするのがよい。
また、ステージを一方向と他方向の両方に同時に移動させながら画像センサによりレチクルのパターンを撮像してもよい。
【００１７】
本発明の第２の態様は、パターンが形成されたレチクルに光を照射する光照射機構と、レチクルを保持するステージを駆動する駆動手段と、レチクルの透過光もしくは反射光の光量信号を複数の画素で検出する画像センサと、画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、光学画像を生成すると共に、画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能なセンサアンプと、光学画像に対する基準画像となる参照画像を生成する参照画像生成手段と、光学画像と参照画像とを比較することにより、レチクルのパターンの欠陥を検査する検査手段とを備えたレチクル欠陥検査装置であって、検査手段による検査の前に、駆動手段によりステージを駆動してパターンの一部を画像センサにより撮像し、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶された各画素のボトム値に基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するオフセット設定手段と、各画素の信号振幅のオフセットと記憶手段により記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するゲイン設定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この第２の態様において、画像センサとして光量信号を複数段のラインで蓄積するＴＤＩセンサを用いることができる。
【００１９】
この第２の態様において、記憶手段により前記ボトム値及びピーク値を記憶する際のステージの駆動速度を、画像センサの画素寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くしてもよい。
【００２０】
この第２の態様において、画像センサの相対移動方向に概略平行なレチクルのパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するエッジ位置取得手段と、エッジ位置取得手段により取得されたエッジ位置からレチクルの回転誤差量を算出する回転誤差量算出手段と、回転誤差量算出手段により算出された回転誤差量に基づいて、レチクルの回転アライメントを実行するアライメント手段とを更に備えるようにしてもよい。このエッジ位置取得手段は、エッジ位置の近傍を撮像した複数の画素の座標及び光量に基づいてエッジ位置を算出するように構成することができる。
【００２１】
この第２の態様において、レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を画像センサにより撮像し、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶手段により記憶することが好ましい。
【００２２】
ここで、画像センサにより撮像されるパターンの一部に一方向（例えば、Ｘ方向）に延びるパターンが含まれている場合、ステージを一方向に移動させながらレチクルのパターンの一部を画像センサにより撮像すると、画像センサの任意の画素がレチクルの遮光部と透光部の双方に差し掛からないことがある。このような場合、上記一方向と直交する他方向（例えば、Ｙ方向）に移動させながら画像センサによりパターンを撮像してもよい。この画像センサとしてＴＤＩセンサを用いる場合、ステージを他方向に移動させる際にステージ移動速度をＴＤＩセンサのＴＤＩ動作速度よりも遅くすることが好ましい。例えば、ステージ移動速度をＴＤＩ動作速度の１０分の１程度にするのがよい。
また、ステージを一方向と他方向の両方に同時に移動させながら画像センサによりレチクルのパターンを撮像してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１の態様では、欠陥検査に先立ちパターンの一部がＴＤＩセンサにより撮像され、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値が記憶され、記憶された各画素のボトム値に基づきセンサアンプの各画素の信号振幅のオフセットが設定される。さらに、前記各画素の信号振幅のオフセットと記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインが設定される。従って、本発明の第１の態様によれば、製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの設定が可能である。
【００２４】
本発明の第２の態様では、検査手段による検査の前にパターンの一部がＴＤＩセンサにより撮像され、センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値が記憶され、記憶された各画素のボトム値に基づきセンサアンプの各画素の信号振幅のオフセットが設定される。そして、各画素の信号振幅のオフセットと記憶された各画素のピーク値とに基づいて、センサアンプの各画素の信号振幅のゲインが設定される。従って、本発明の第２の態様によれば、製品レチクルにＴＤＩセンサ撮像面積に比して充分な広さの黒領域及び白領域が存在しなくても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインの設定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレチクル欠陥検査装置１００の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示されたＴＤＩセンサ１１及びセンサアンプ１５の構成を示す概略図である。
【図３】図１に示されたオフセット／ゲイン調整手段１６の構成を示す概略図である。
【図４】従来の製品レチクルに形成された黒領域Ｒｂ及び白領域Ｒｗを示す概念図である。
【図５】第１の実施の形態において、制御計算機２０及びオフセット／ゲイン調整手段１６が主に実行するオフセット／ゲイン調整制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図５に示すルーチンで検索されるパターンを示す図である。
【図７】ＴＤＩセンサ１１を示す図である。
【図８】ステージ移動速度とＴＤＩ動作速度を同期させた場合に撮像される画像の例を示す図である。
【図９】図８の直線２３０に沿って切り出したＴＤＩセンサ出力を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態において、ステージ移動速度をＴＤＩ動作速度よりも遅くした場合に撮像される画像の例を示す図である。
【図１１】図１０の直線２５０に沿って切り出したＴＤＩセンサ出力を示す図である。
【図１２】ＴＤＩセンサにより撮像するパターンを示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態において、ステージ２をＹ方向に移動させる場合を説明するための図である。
【図１４】図１２に示す直線部分を撮像したときに得られるＴＤＩセンサ出力を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態において、ステージ２をＸ方向とＹ方向の両方に同時に移動させる場合を説明するための図である。
【図１６】図１５に示すようにステージ２を移動させた場合に撮像される画像を示す図である。
【図１７】ステージ移動方向（Ｘ，Ｙ方向）に対してレチクル１の直交度が不十分な場合を示す図である。
【図１８】レチクル１の直交度が不十分である場合にＴＤＩセンサ１１により撮像される画像の例を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態によるステージアライメント方法を行う際に探索されるパターンの例を示す図である。
【図２０Ａ】図１９に示す領域Ｒａのパターンエッジ（Ｘａ、Ｙａ）を示す図である。
【図２０Ｂ】図１９に示す領域Ｒｂのパターンエッジ（Ｘｂ、Ｙｂ）を示す図である。
【図２１】２つのパターンエッジからパターンの傾きθを算出する方法を説明するための図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態において、制御計算機２０が実行するステージアライメント制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】本発明の変形例によるレチクル欠陥検査装置１０１の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるレチクル欠陥検査装置１００の構成を示す概略図である。図２は、図１に示されたＴＤＩセンサ１１及びセンサアンプ１５の構成を示す概略図である。図３は、図１に示されたオフセット／ゲイン調整手段１６の構成を示す概略図である。
【００２８】
図１に示すレチクル欠陥検査装置１００は、検査対象であるレチクル１を保持するステージ２を有している。レチクル１は、オートローダ３からステージ２上に搬送される。オートローダ３は、オートローダ制御回路１３により制御される。
【００２９】
ステージ２は、Ｘ方向モータ４Ａと、Ｙ方向モータ４Ｂと、θ方向（水平回転方向）モータ４Ｃとによって、Ｘ方向、Ｙ方向及びθ方向に駆動される。これらのモータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの駆動制御は、ステージ制御回路１４によって実行される。ステージ２のＸ方向及びＹ方向の位置は、例えば、レーザ干渉計等のレーザ測長手段５と、このレーザ測長手段５に接続された位置回路１２とによって検出される。検査対象レチクルは例えばＸ方向に一定速度で連続移動しながらセンサの撮像が行われ、終端（ストライプエンド）でＹ方向に移動した後、Ｘ方向に逆向きに一定速度で連続移動しながらセンサの撮像を行うといった工程を繰り返して検査対象レチクルの検査領域全面を撮像する。
【００３０】
また、レチクル欠陥検査装置１００は、レーザ光を発する光源６と、光源６から発せられたレーザ光をレチクル１に照射する透過照明光学系７とを備えている。透過照明光学系７は、ミラー７１及び対物レンズ７２を有している。
【００３１】
また、レチクル欠陥検査装置１００は、レチクル１を透過した透過光を集光してＴＤＩ（Time Delay Integration）センサ１１上に結像させる結像レンズ１０を有している。
【００３２】
画像センサたるＴＤＩセンサ１１は、図２に示すように、２次元のＣＣＤセンサであり、例えば、２０４８画素×５１２画素（１画素が７０ｎｍ×７０ｎｍの場合、１４４μｍ×３６μｍ）の長方形の撮像領域Ｒｓを有する。すなわち、ＴＤＩセンサ１１は、ＴＤＩ方向に複数段（例えば、５１２段）のラインＬ１，Ｌ２，…，Ｌ５１２によって構成され、各ラインＬは複数の画素（例えば、２０４８画素）によって構成されている。ＴＤＩセンサ１１のＴＤＩ方向（５１２段方向）とステージ２のＸ方向が一致するように設置し、ステージ２が移動することによりＴＤＩセンサ１１がレチクル１に対して相対的に移動することで、ＴＤＩセンサ１１によりレチクル１のパターンが撮像される。図２中の右方向にＴＤＩセンサ１１が相対移動するとき、図２中の左方向（ＦＷＤ）がＴＤＩセンサ１１の電荷蓄積方向（ＴＤＩ方向）となる。この場合、１段目のラインＬ１からＦＷＤ方向のラインＬ２，Ｌ３，…に電荷を順次転送しながら蓄積し、最終段のラインＬ５１２から１ライン分（２０４８画素分）の画像信号が出力される。
【００３３】
また、ステージ２の移動方向を反転させると、つまり、図２中の左方向にＴＤＩセンサ１１が相対移動すると、ＴＤＩセンサ１１の電荷蓄積方向が図２中の右方向（ＢＷＤ）に切り換えられる。ＴＤＩセンサ１１は、その電荷蓄積方向の両端に出力部１１０を有している。すなわち、ＴＤＩセンサ１１は、双方向から電荷を読み出し可能に構成されている。
【００３４】
ＴＤＩセンサ１１は、センサアンプ１５と接続されている。センサアンプ１５は、ＴＤＩセンサ１１から入力された各画素の光量信号を正規化（キャリブレーション）し、比較回路１９に出力するものである。センサアンプ１５は、図２に示すように、各画素の信号を固定倍率で増幅するアナログアンプ１５１と、レジスタ１５３に記憶されたオフセット及びゲインで各画素の信号を増幅するデジタルアンプ１５２とを備えている。レジスタ１５３に記憶された各画素のオフセット及びゲインは、後述するオフセット／ゲイン調整手段１６（図３参照）によって調整される。
【００３５】
尚、本実施の形態では、画像センサとしてＴＤＩセンサ１１を用いているが、ＴＤＩセンサ１１に代えてラインセンサやエリアセンサのような他の画像センサを用いることができる。
【００３６】
また、レチクル欠陥検査装置１００は、光学画像に対する比較基準となる参照画像を生成するための展開回路１７及び参照回路１８を備えている。展開回路１７は、記憶装置２１に記憶されたＣＡＤデータ（作図データ）等を展開し、展開データを参照回路１８に出力するものである。参照回路１８は、展開回路１７から入力される展開データにリサイズ処理、コーナ丸め処理及び点広がり分布関数（ＰＳＦ：point spread functions）フィルタ処理を一括して施すことにより参照画像を生成し、参照画像を比較回路１９に出力するものである。記憶装置２１は、例えば、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤもしくは半導体メモリ等である。
【００３７】
比較回路１９は、センサアンプ１５から入力される光学画像と、参照回路１８から入力される参照画像とを比較し、両者のパターン形状が相違する場合にパターン形状欠陥として検出するものである。比較回路１９の検査結果は、記憶装置２１に格納される。よって、オペレータは、検査結果を記憶装置２１から読み出してディスプレイ等の表示装置２２に表示させることで確認することができる。
【００３８】
レチクル欠陥検査装置１００は、通常のパターン欠陥検査のほか、センサアンプ１５のオフセット／ゲインの調整、ステージ２のアライメント等の全体的な制御を実行する制御計算機２０を備えている。この制御計算機２０には、上述した位置回路１２、オートローダ制御回路１３、ステージ制御回路１４、センサアンプ１５、オフセット／ゲイン調整手段１６、展開回路１７、参照回路１８、比較回路１９、記憶装置２１及び表示装置２２等が接続されている。
【００３９】
上述した通り、ＴＤＩセンサ１１の各画素の出力がセンサアンプ１５により画素毎に増幅されて光学画像が生成される。比較回路１９における欠陥検査を精度良く行うためには、光学画像を精度良く生成する必要がある。すなわち、センサアンプ１５のダイナミックレンジを効率良く活用する必要がある。
【００４０】
従来より、欠陥検査前にセンサアンプ１５のオフセット及びゲインの調整が行われている。従来は製品パターン自体にも比較的大きな白ベタ領域や黒ベタ領域があり、ＴＤＩセンサの撮像領域より充分に広い箇所を選んで、上記キャリブレーションを行うことができた。また、製品パターン自体に大きな白ベタ領域や黒ベタ領域が無くても製品レチクルの非検査領域には転写装置用のアライメントパターンや、一部では図４に示すように、ＴＤＩセンサ撮像領域Ｒｓに比して充分に広い面積を有する黒領域Ｒｂ及び白領域Ｒｗが検査装置のキャリブレーションのために形成されていた。図４は、従来の製品レチクルに形成された黒領域Ｒｂ及び白領域Ｒｗを示す概念図である。従来は、ＴＤＩセンサを黒領域Ｒｂのような広い領域に静止させて撮像結果に基づきセンサアンプの信号振幅のオフセットを設定し、白領域Ｒｗのような広い領域に静止させて撮像結果に基づきセンサアンプの信号振幅のゲインが設定されていた。
【００４１】
しかしながら、近年においては、レチクルに描かれるパターンの微細化が進み、製品レチクルに上記充分に広い面積を有する黒領域及び白領域が形成されないことが多い。また、上述のＲｂ，Ｒｗのようにキャリブレーション用に製品パターンとは別の、充分に広い面積の黒領域又は白領域を準備することも一部では行われているが、製品レチクルに収録すべきパターンが広がってきており、このキャリブレーション用パターンは必ずしも準備されない事態となっている。このため、オフセット及びゲイン調整用のレチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインを調整した後、この調整用レチクルを製品レチクルに載せ換えていた。かかるレチクルの載せ換えはスループットの低下を招いてしまう。さらに、レチクルのガラス基板の厚みにより透過率が変わってしまうため、調整用レチクルを用いて調整されたセンサアンプのオフセット及びゲインが、製品レチクルに対しては最適ではない可能性がある。そうすると、欠陥検査の精度を低下させる要因となってしまう。従って、製品レチクルに充分に広い面積を有する黒領域及び白領域が形成されていない場合であっても、製品レチクルを用いてセンサアンプのオフセット及びゲインを調整することが望まれている。
【００４２】
そこで、本実施の形態１では、図３に示すように、センサアンプ１５のオフセット及びゲインを調整するオフセット／ゲイン調整手段１６を設けた。このオフセット／ゲイン調整手段１６は、図３に示すように、ボトム値記憶手段１６ａと、ピーク値記憶手段１６ｂと、オフセット算出手段１６ｃと、ゲイン算出手段１６ｄとを備えている。
【００４３】
これらのボトム値記憶手段１６ａ、ピーク値記憶手段１６ｂ、オフセット算出手段１６ｃおよびゲイン算出手段１６ｄは、ＴＤＩセンサ１１の１ラインを構成する複数の画素毎に設けられている。すなわち、ＴＤＩセンサ１１の１ライン分の２０４８画素で構成されている場合には、上記の手段１６ａ〜１６ｄは２０４８個ずつ設けられている。
【００４４】
ボトム値記憶手段１６ａは、センサアンプ１５により増幅された各画素の光量信号のボトム値を記憶（ホールド）するものであり、ピーク値記憶手段１６ｂは、各画素の光量信号のピーク値を記憶（ホールド）するものである。オフセット算出手段１６ｃは、ボトム値記憶手段１６ａに記憶された各画素のボトム値に基づいて、センサアンプ１５の各画素のオフセットを算出するものである。ゲイン算出手段１６ｄは、オフセット算出手段１６ｃにより算出された各画素のオフセットとピーク値記憶手段１６ｂにより記憶された各画素のピーク値に基づいて、センサアンプ１５の各画素のゲインを算出するものである。
【００４５】
以下、図５を参照して具体的な制御について説明する。図５は、第１の実施の形態において、制御計算機２０及びオフセット／ゲイン調整手段１６が主に実行するオフセット／ゲイン調整制御ルーチンを示すフローチャートである。図５に示すルーチンは、パターン欠陥検査を行う前に起動されるものである。
【００４６】
図５に示すルーチンによれば、先ず、ＴＤＩセンサ１１により撮像されるパターンの検索を実行する（ステップＳ１００）。このステップＳ１００では、ＴＤＩセンサ１１の各画素が全白パターン及び全黒パターンに少なくとも１回は差しかかるようなパターン、例えば、図６に示すようなパターン２００が検索される。このパターン２００のうちのハッチングを付した部分は、遮光膜（クロム膜）からなる黒パターンを示しており、パターン２００のうちの白い部分は、ガラス基板からなる白パターンを示している。このパターン２００は、矢印Ａ１で示す方向に相対移動するＴＤＩセンサ１１により撮像される。
【００４７】
上記ステップＳ１００におけるパターン探索の方法は、データベース検査のデータベースとして被検査レチクルの設計データあるいは描画データを検査装置に入力もしくは記憶装置２１に記憶している場合には、そのデータを制御計算機２０において探索して、適切なパターン領域（プリスキャン領域）を選出することができる。あるいは、上記のデータを探索しなくても、被検査領域の中央近傍の位置や、検査範囲の端から１０％程度内側に寄った位置などの決め方で、プリスキャンする領域を決めることができ、その領域の撮像を行って各画素のオフセット及びゲインが適切か否かを判別することが実用上可能である。
【００４８】
次に、モータ４Ａ，４Ｂを用いてステージ２を駆動して、上記ステップＳ１００で検索されたパターンをＴＤＩセンサ１１により走査すると、ＴＤＩセンサ１１の各画素の出力がセンサアンプ１５により増幅される。このとき、レジスタ１５３に記憶された各画素のオフセット及びゲインが信号増幅に用いられる。そして、センサアンプ１５から出力される各画素のボトム値及びピーク値をオフセット／ゲイン調整手段１６により記憶する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２では、各画素のボトム値記憶手段１６ａによって各画素のボトム値が記憶され、各画素のピーク値記憶手段１６ｂによって各画素のピーク値が記憶される。
【００４９】
上記ステップＳ１００で検索されたパターン（例えば、１ストライプ分のパターン）がＴＤＩセンサ１１により走査された後、全画素分（２０４８画素分）のボトム値及びピーク値が記憶されたか否かを判別する（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０２で記憶された全画素のボトム値とピーク値がそれぞれ基準範囲内（例えば、１０％以内）に収まっているか否かが判別される。このステップＳ１０４で全画素分のボトム値及びピーク値が記憶されていないと判別された場合には、上記ステップＳ１００で検索されたパターンとは別のパターン（例えば、別の１ストライプ分のパターン）を検索する（ステップＳ１０６）。その後、上記ステップＳ１０６で検索されたパターンをＴＤＩセンサ１１により走査して、上記ステップＳ１０２の処理を再度実行する。
【００５０】
上記ステップＳ１０４で全画素分のボトム値及びピーク値が記憶されたと判別された場合には、各画素のボトム値に基づいて、オフセット算出手段１６ｃにより各画素のオフセットを算出する（ステップＳ１０８）。その後、各画素のピーク値と、上記ステップＳ１０８で算出された各画素のオフセットとに基づいて、ゲイン算出手段１６ｄにより各画素のゲインを算出する（ステップＳ１１０）。
【００５１】
その後、上記ステップＳ１０８で算出された各画素のオフセットと、上記ステップＳ１１０で算出された各画素のゲインとに基づいて、センサアンプ１５の各画素のオフセット及びゲインを調整（設定）する（ステップＳ１１２）。このステップＳ１１２では、オフセット算出手段１６ｃ及びゲイン算出手段１６ｄから出力された各画素のオフセット及びゲインが、センサアンプ１５に入力される。この入力された各画素のオフセット及びゲインがレジスタ１５３に記憶されることで、各画素のオフセット及びゲインが調整（設定）される。その後、本ルーチンを終了する。そうすると、パターン欠陥検査が実行される。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施の形態では、パターン欠陥検査前に、ＴＤＩセンサ１１によりパターンを走査し、センサアンプ１５で増幅された出力信号の各画素のボトム値及びピーク値が記憶される。そして、記憶された各画素のボトム値に基づいて各画素のオフセットが算出される。算出された各画素のオフセットと、記憶されたピーク値に基づいて、各画素のゲインが算出される。その後、算出された各画素のオフセット及びゲインに基づいて、センサアンプ１５の各画素のオフセット及びゲインが調整（設定）される。よって、ＴＤＩセンサの撮像面積に比して充分に広い面積の黒領域及び白領域が存在しない製品レチクルを用いて、センサアンプの各画素のオフセット及びゲインを調整することができる。これにより、ＴＤＩセンサ１１の信号振幅は被検査レチクルの現物に合わせた正規化が行われるため、別の調整用レチクルを使用する場合に比べてＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５３】
また、レチクルは、製品パターンが形成されたメインチップ領域と、製品パターン以外のアライメントマークなどが形成された周辺チップ領域とを有する。メインチップ領域の面内においても遮光膜の膜厚や透明基板の厚みが不均一である場合がある。このような場合でも、ＴＤＩセンサ１１によりメインチップのパターンを走査し、ＴＤＩセンサ１１の信号振幅の正規化を行うことで、より実用的かつ高精度な正規化を行うことができる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、図７乃至図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
上記ボトム値記憶手段１６ａ及びピーク値記憶手段１６ｂにより各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際、通常は、ステージ２の移動速度と、ＴＤＩセンサ１１内のＴＤＩ動作速度と同期させることが考えられる。このように同期させた場合に図７に示すＴＤＩセンサ１１を用いて撮像された画像の例を図８に示す。図８に示す画像２１０は、レチクル透過光をＴＤＩセンサ１１によって撮像したものである。従って、図８におけるハッチング部分は遮光部に対応し、白部分は透過部に対応する。このハッチング部分のセンサ出力はボトム値に近いレベルになり、白部分のセンサ出力はピーク値に近いレベルになる。
【００５５】
図８における直線２３０に沿って切り出したセンサ出力を図９に示す。このセンサ出力は、図７においてハッチングが付された画素１１１の出力である。図８に示す直線２３０の左端はハッチング部分（黒ライン）２１１に位置するため、図９に示すセンサ出力はボトム値付近から切り出されている。その後、図８に示すように直線２３０が細い白部分（細い白ライン）２１２、２１４、２１６、２１８と細いハッチング部分（細い黒ライン）２１３、２１５、２１７とを交互に横切るため、図９に示すように細いピークが連続して４回得られる。その後、図８に示すように直線２３０が広いハッチング部分２１９と広い白部分２２０とを交互に横切るため、図９に示すように、幅が太いボトムと、幅が太いピークが得られる。
【００５６】
上記直線２３０が最初に横切る細い白ラインパターン２１２、２１４の線幅及び間隔は共に２００ｎｍである。上述したように、ＴＤＩセンサ１１の１画素の大きさは、７０ｎｍ×７０ｎｍである。このように、センサ画素に対して微細なパターンを撮像する場合に、センサ画素に差し掛かるパターンの位置が理想的でないと、充分な信号振幅が得られないケースがある。
【００５７】
ここで、レチクル透過光の光量は均一な分布とならず、光学系（結像レンズ１０等）の影響を受けて最大光量を中心とするガウス分布となる。このため、スキャンタイミングによっては、最大光量の位置が２つの画素に分散してしまう。このように最大光量位置が２つの画素に分散された状態で撮像される場合には、最大光量位置が１つの画素の中央になるときに撮像される場合に比して、信号振幅が小さくなってしまう。
【００５８】
そこで、第２の実施の形態では、ボトム値及びピーク値を記憶する際、ステージ２の移動速度を、ＴＤＩセンサ１１内の画素移動速度であるＴＤＩ動作速度よりも遅くする。画素移動速度は、画素寸法と撮像周期で決まる。図１０及び図１１は、第２の実施の形態において、ステージ移動速度をＴＤＩ動作速度よりも遅くした場合の画像及びセンサ出力の例を示す図である。図１０に示す画像２４０は、ステージ２の移動速度をＴＤＩ動作速度の２分の１にした場合に、レチクル透過光を図７に示すＴＤＩセンサ１１によって撮像したものである。従って、図１０におけるハッチング部分は遮光部に対応し、白部分は透過部に対応する。このハッチング部分のセンサ出力はボトム値に近いレベルになり、この白部分のセンサ出力はピーク値に近いレベルになる。
【００５９】
図１０における直線２５０に沿って切り出したセンサ出力を図１１に示す。このセンサ出力は、図７においてハッチングが付された画素１１１の出力である。図１０に示す直線２５０の左端（切り出し開始位置）は、図８に示す直線２３０の左端（切り出し開始位置）と同じ位置であるため、図１１に示すセンサ出力は、図９に示すセンサ出力と同じ位置から切り出されている。すなわち、図１０に示す直線２５０はハッチング部分（黒ライン）２４１から切り出されているため、図１１に示すセンサ出力はボトム値付近から切り出されている。その後、図１０に示すように直線２５０が白部分（白ライン）２４２、２４４とハッチング部分（黒ライン）２４３、２４５とを交互に横切るため、図１１に示すようにピークが２回得られる。
【００６０】
第２の実施の形態ではステージ移動速度を遅くすることで、１本の細線が複数画素に差し掛かって撮像される。すなわち、オーバーサンプリングと同様の効果が得られる。このため、図１０に示す画像２４０における線幅及び間隔が、図８に示す画像２１０における線幅及び間隔よりも広くなっている。これにより、ステージ移動速度とＴＤＩ動作速度を同期させる場合に比して、最大光量位置が１つの画素の中央になるときに撮像される機会を増やすことができる。最大光量位置が画素中央になるときに撮像することで、図１１に示すように、充分な信号振幅を得ることができる。従って、微細パターンを撮像する場合であっても、ピーク値記憶手段１６ｂにより記憶される各画素のピーク値を充分に高めることができる。このため、センサアンプ１５のダイナミックレンジを充分に活用することができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
次に、図１２乃至図１４を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１２は、第３の実施の形態において、ＴＤＩセンサにより撮像するパターンを示す図である。
【００６２】
図１２に示すパターン２６０は、Ｘ方向に延び、所定のピッチＰを有する複数のラインパターン２６１、２６２を含んでいる。このようなパターンＰを撮像する場合、ＴＤＩセンサ１１の各画素の光量が０（黒パターン）〜２５５（白パターン）の階調をとり得るとすると、全画素の光量が６３よりも小さくならなかったり、光量が１９２よりも大きくならなかったりする。つまり、ステージ２をＸ方向に移動させて（つまり、ＴＤＩセンサ１１をＸ方向に相対移動させて）パターン２６０を撮像しようとすると、上記ＴＤＩセンサ１１の任意の画素は、図１２においてハッチングを付した黒パターン２６１、２６２のみに差し掛かるだけで、白パターンには差し掛からない可能性がある。別の画素に注目すると、その注目画素が白パターンのみに差し掛かるだけで、黒パターンには差し掛からない可能性がある。そうすると、ＴＤＩセンサ１１の全画素につきボトム値とピーク値の両方を記憶することができない場合がある。
【００６３】
そこで、第３の実施の形態では、図１３に示すようなレチクル１とＴＤＩセンサ１１の位置関係のときに、矢印Ａ２で示すようにステージ２をＹ方向に移動させる。ここで、このようにステージ２をＹ方向に移動させてパターン２６０を撮像すると、図１２に示す直線２６３に対応するセンサ出力は、図１４に示すようなセンサ出力となる。この直線２６３の長さは、パターンピッチＰの１０倍の長さとすることができる。これにより、ＴＤＩセンサ１１のサンプリング誤差を考慮しても、ＴＤＩセンサ１１の全ての画素が白パターンと黒パターンの両方に差し掛かる機会が得られる。従って、図１２に示すようにレチクル１にＸ方向に延びるラインパターン２６１、２６２を含むパターンを撮像する場合であっても、各画素でボトム値とピーク値の両方を記憶することができる。
【００６４】
但し、画像センサとしてＴＤＩセンサ１１を用いる場合、ＴＤＩセンサ１１は電荷の蓄積を行うことから、ＴＤＩ速度とＹ方向のステージ移動速度とが等速のとき、ＴＤＩ方向が斜め（４５度）になる。そこで、ＴＤＩ速度よりも十分に遅い速度でステージをＹ方向に移動させることが好ましい。例えば、ステージ移動速度をＴＤＩ速度の１０分の１にすることができる。ＴＤＩセンサ１１において電荷を１画素（７０ｎｍ）シフトするのに２〜３μｓｅｃかかるとき、その速度をステージ移動速度に換算すると十数ｍｍ／ｓｅｃとなるため、ステージ移動速度を数ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。
【００６５】
尚、ＴＤＩセンサ１１の代わりにラインセンサを画像センサとして用いる場合、電荷の蓄積を考慮する必要がないため、撮像周期に応じたステージ移動速度にすればよい。
【００６６】
また、図１５に示すようなレチクル１とＴＤＩセンサ１１の位置関係のときに、矢印Ａ３で示すようにステージ２を斜め方向に移動させることで、つまり、Ｘ方向に移動させると同時にＹ方向に移動させることで、図１６に示すように、Ｘ軸に対して角度θ１だけパターン２８１、２８２が斜め方向に延びる画像（スキュー画像）２８０が撮像される。この場合も、図１３に示すようにステージ２をＹ方向に移動させた場合と同様に、ＴＤＩセンサ１１の全ての画素が白パターンと黒パターンの両方に差し掛かる機会を得ることができる。なお、ステージ２のＸ方向の移動速度をＴＤＩ動作速度よりも遅くすることで、上記第２の実施の形態と同様に、充分な信号振幅を得ることができる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
次に、図１７から図２０を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００６８】
上記第１の実施の形態では、欠陥検査前に行われるセンサアンプのオフセット及びゲインの調整について説明した。
【００６９】
ところで、図１７に示すように、ステージ移動方向（Ｘ，Ｙ方向）に対してレチクル１の平行度が不十分な場合がある。図１７に示す例では、Ｘ方向に対して角度θ２だけレチクル１が傾いている。この場合、ステージ２をＸ方向に移動させてＴＤＩセンサ１１によりパターンを撮像すると、図１８に示すように、Ｘ軸に対して角度θ２だけ斜め方向に延びるラインパターン２９１を含むパターン２９０が撮像されてしまう。
【００７０】
そこで、このような斜め方向のパターンの撮像を防止するため、パターン欠陥検査前にステージθ回転アライメント（「マスク回転アライメント」ともいう。）が行われている。すなわち、レチクル１に形成されたパターンの水平方向とステージ２の移動方向とが平行になるように、欠陥検査前にθ方向モータ４Ｃによりステージ２を回転させる。
【００７１】
従来のレチクルのθ回転アライメントの工程は、図４に示すように、非検査領域に形成された複数のアライメントマークＭａを用いていた。そして、複数のアライメントマークＭａの座標（例えば、十文字パターンの中心座標）を求めた後、レチクル１のステージ２の移動方向に対する平行度が算出され、この平行度に基づきステージ２を回転させた。アライメントマークが無いレチクルでも、例えば、被検査レチクルのパターンの中で、設計データから割り出した同一Ｙ座標のエッジパターンを、なるべく離れたＸ座標距離で撮像し、ステージ走行軸に対する平行度を求め、θ回転補正する方法も採られている。
【００７２】
しかしながら、この被検査レチクルのパターンを使用する方法は、検査装置を操作して撮像し、θ回転補正動作を繰り返して所定の許容回転誤差以内に収束させる作業が必要である。また、この方法では、作業者が手作業でエッジパターンを特定することが必要である。このため、装置のスループットが低下する可能性や、作業者によるパターン特定精度の影響を受けてステージθ回転アライメントの精度が低下する可能性があった。
【００７３】
そこで、第４の実施の形態では、アライメンマークＭａが形成されていない製品レチクルを用いたステージアライメント方法について説明する。図１９乃至図２２は、第４の実施の形態によるステージアライメント方法を説明するための図である。
【００７４】
先ず、図１９に示すように、２箇所のＸ座標Ｘａ，ＸｂでパターンエッジのＹ座標が同じパターン３００を検索する。そして、このパターンエッジ近傍の領域Ｒａ、Ｒｂにおける光量Ｐの変化に着目する。この領域Ｒａ、Ｒｂは、Ｙ方向に連続する複数の画素（例えば、４つの画素）でそれぞれ撮像される。
【００７５】
ここで、図１９に示されるハッチング部分（黒パターン）で測定される光量Ｐを０とし、白部分（白パターン）で測定される光量Ｐを２５５とする。そうすると、黒パターンと白パターンの境界であるパターンエッジの光量しきい値Ｐｔｈは、その中間の１２８となる。図２０Ａに示す●は、領域Ｒａにおけるパターンエッジ（Ｘａ、Ｙａ）を表している。図２０Ｂに示す■は、領域Ｒｂにおけるパターンエッジ（Ｘｂ、Ｙｂ）を表している。図２０Ａ及び図２０Ｂにおいて、Ｙ方向に並ぶ４つの四角はＴＤＩセンサの４つの画素を表しており、各画素の底部におけるＹ座標を一方の縦軸に示しており、該底部における光量を他方の縦軸に示している。図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、上記光量Ｐｔｈ（＝１２８）を挟む２つの画素の底部のＹ座標をＹ１，Ｙ２（Ｙ１＜Ｙ２）とし、そのＹ１，Ｙ２における光量をＰ１，Ｐ２とすると、光量ＰｔｈであるＹ座標は、次式(1)のような加重平均で表すことができる。
Y=Y1+(Y2-Y1)/(P2-P1)×(Pth-P1)・・・(1)
【００７６】
そして、図１９のＸ座標Ｘａ，Ｘｂは５０ｍｍ離れているとして、Ｘａ，Ｘｂにおける光量Ｐ＝１２８となるＹ座標Ｙａ，Ｙｂを算出する。具体的には、Ｙ座標Ｙａは、上式(1)に、図２０Ａに示すＹ１＝７０，Ｙ２＝１４０，Ｐ１＝６０，Ｐ２＝１３０，Ｐｔｈ＝１２８を代入することにより、Ｙａ＝１３８［ｎｍ］と算出される。また、Ｙ座標Ｙｂは、上式(2)に、図２０Ｂに示すＹ１＝１４０，Ｙ２＝２１０，Ｐ１＝１００，Ｐ２＝２５５，Ｐｔｈ＝１２８を代入することにより、Ｙｂ＝１５２．６［ｎｍ］と算出される。
【００７７】
そして、パターンの傾きをθ［ｒａｄ］とすると、この傾きθは、図２１に示すように２つのエッジ位置（Ｘａ、Ｙａ）及び（Ｘｂ、Ｙｂ）を結ぶ直線の傾きとして表されるため、ｔａｎθは、次式(2)のように表すことができる。
tanθ=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)・・・(2)
【００７８】
上式(2)に、Ｙｂ＝１５２．６［ｎｍ］，Ｙａ＝１３８［ｎｍ］，Ｘｂ＝７５×１０３［ｎｍ］，Ｘａ＝２５×１０３［ｎｍ］を代入すると、θ＝２．９２×１０−４［ｒａｄ］と算出される。この算出されたθに相当する分だけモータ４Ｃによりステージ２を回転させることで、ステージθ回転アライメントが実行される。
【００７９】
目標値θｔｇｔは、例えば、１×１０−６［ｒａｄ］である。ステージθ回転アライメントを実行した後、再度Ｘａ，Ｘｂの箇所を撮像し、θを算出する。算出されたθがこの目標値θｔｇｔを下回るまで、ステージθ回転アライメントが繰り返し実行される。その後、パターン欠陥検査が実行される。
【００８０】
以下、図２２を参照して具体的な制御について説明する。図２２は、第４の実施の形態において、制御計算機２０が実行するステージθ回転アライメント制御ルーチンを示すフローチャートである。図２２に示すルーチンは、パターン欠陥検査を行う前に、より具体的には図５に示すルーチンと共に起動されるものである。
【００８１】
図２２に示すルーチンによれば、ステージ２のＸ軸と平行で離間するエッジ位置が同じパターンを検索する（ステップＳ１２０）。このステップＳ１２０では、記憶装置２１に記憶されているＣＡＤデータを参照して、例えば、図１９に示すようなパターンのほか、レチクル１の検査領域の外周近傍に形成されることが多い電源配線用のラインパターンが探索される。
【００８２】
次に、離間したＸ座標Ｘａ，Ｘｂにおいて光量Ｐ＝Ｐｔｈ（＝１２８）となるＹ座標Ｙａ，Ｙｂを上式(1)に従って算出する（ステップＳ１２２）。このステップＳ１２２では、例えば、図１９に示すように、５０ｍｍ離間したＸａ＝２５，Ｘｂ＝７５におけるＹ座標が算出される。Ｘａ，Ｘｂの離間幅が広い方が、Ｙａ，Ｙｂの差分が大きくなり、後述するθの算出精度を高くとれるため好適である。このため、Ｘ方向の離間幅は、適切なパターンが存在する範囲で可能な限り広く確保するのが良い。現時点で多く流通している６インチレチクルの場合で５０ｍｍ以上が好適であり、１００ｍｍ以上がより好適である。
【００８３】
次に、上記ステップＳ１２４で算出されたＹａ，Ｙｂを用いて、上式(2)に従ってパターンの傾き（すなわち、回転誤差量）θを算出する（ステップＳ１２４）。そして、上記ステップＳ１２４で算出された傾きθが目標値θｔｇｔよりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１２６）。この目標値θｔｇｔは、例えば、１×１０−６［ｒａｄ］である。このステップＳ１２６でθが目標値θｔｇｔよりも大きいと判別された場合には、上記ステップＳ１２４で算出されたθだけ、モータ４Ｃによりステージ２を回転させる（ステップＳ１２８）。その後、ステップＳ１２０の処理に戻り、上記ステップＳ１２０，１２２，１２４の一連の処理を再び実行する。
【００８４】
上記ステップＳ１２６でθが目標値θｔｇｔよりも小さいと判別された場合には、ステージθ回転アライメントが完了したと判断される。この場合、本ルーチンを終了し、パターン欠陥検査を実行する。
【００８５】
以上説明したように、第４の実施の形態では、ステージ移動方向と平行であるべきパターンの複数のエッジ位置（Ｘａ，Ｙａ），（Ｘｂ，Ｙｂ）が上式(1)に従って算出された後、パターンの傾き（平行度）θが上式(2)に従って算出される。この算出された傾きθに応じてステージ２のθ回転アライメントを実行することができる。従って、製品レチクルのパターンを用いて、ステージθ回転アライメントを実行することができる。よって、アライメントマークが形成されていない製品レチクルを用いてステージθ回転アライメントを実行することができる。
【００８６】
さらに、エッジ位置のＹ座標Ｙａ，Ｙｂは、ＴＤＩセンサ１１の画素の光量Ｐが閾値Ｐｔｈ（＝１２８）となる座標として算出したが、この算出は上述した第１乃至第３の実施の形態で行われるボトム値及びピーク値の記憶と同時に実行することができる。よって、欠陥検査前の調整時間を短縮することができるため、欠陥検査装置のスループットを向上させることができる。
【００８７】
尚、本実施の形態４においては、制御計算機２０が、ステップＳ１２０及びＳ１２２の処理を実行することにより本発明における「エッジ位置取得手段」が、ステップＳ１２４の処理を実行することにより本発明における「回転誤差量算出手段」が、ステップＳ１２８の処理を実行することにより本発明における「アライメント手段」が、それぞれ実現されている。これらの手段は、ハードウェアにより構成されていてもよい。
【００８８】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態１では本発明を透過照明用のＴＤＩセンサ１１を備えたレチクル欠陥検査装置１００に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、図２３に示すように、反射光学系８と反射照明用のＴＤＩセンサ１１Ａを更に備えたレチクル欠陥検査装置１０１に対しても適用可能である。レチクル欠陥検査装置１０１は、ビームスプリッタ８１、ミラー８２、ビームスプリッタ８３、及び反射光をＴＤＩセンサ１１Ａに結像させる対物レンズ１０Ａを含む反射光学系８を更に備えている。上述したセンサアンプ１５の各画素のオフセット及びゲインの調整は、上記ＴＤＩセンサ１１とは独立して、ＴＤＩセンサ１１Ａを用いて行うことができる。
【００８９】
また、ステージθ回転アライメント用のパターンとして、上記第４の実施の形態では、Ｘ方向に離間するＹ座標同一な水平パターンエッジを使用する場合について説明したが、レチクルパターンが水平・垂直精度が充分確保されていることを前提に、Ｙ方向に離間するＸ座標同一な垂直パターンエッジを使用して回転補正量を算出することでも同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１００，１０１ レチクル欠陥検査装置
１ レチクル
２ ステージ
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ モータ
１１，１１Ａ ＴＤＩセンサ
１５ センサアンプ
１５１ アナログアンプ
１５２ デジタルアンプ
１５３ レジスタ
１６ オフセット／ゲイン調整手段（オフセット／ゲイン設定手段）
１６ａ ボトム値記憶手段
１６ｂ ピーク値記憶手段
１６ｃ オフセット算出手段
１６ｄ ゲイン算出手段
１９ 比較回路
２０ 制御計算機
２１ 記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサをレチクルに対して相対的に移動させ、前記画像センサの各画素の出力をセンサアンプにより増幅して得られる光学画像と、前記光学画像に対する基準画像となる参照画像とを比較することで前記レチクルの欠陥検査を行う方法であって、
前記センサアンプは画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能であり、
前記欠陥検査の前に、前記レチクルのパターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶するステップと、
記憶された各画素のボトム値に基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するステップと、
前記各画素の信号振幅のオフセットと、記憶された各画素のピーク値とに基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するステップとを含むことを特徴とするレチクル欠陥検査方法。
【請求項２】
前記画像センサは複数段のラインを有するＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項１記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項３】
前記各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、前記レチクルの相対移動速度が、前記画像センサの画素寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くされることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項４】
前記各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、前記画像センサの相対移動方向に概略平行なレチクルパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するステップと、
取得されたエッジ位置から前記レチクルの回転誤差量を算出するステップと、
算出された回転誤差量に基づいて、前記レチクルの回転アライメントを実行するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項５】
前記レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記ボトム値及びピーク値を記憶することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項６】
パターンが形成されたレチクルに光を照射する光照射機構と、
前記レチクルを保持するステージを駆動する駆動手段と、
前記レチクルの透過光もしくは反射光の光量信号を複数の画素で検出する画像センサと、
前記画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、光学画像を生成すると共に、画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能なセンサアンプと、
前記光学画像に対する基準画像となる参照画像を生成する参照画像生成手段と、
前記光学画像と前記参照画像とを比較することにより、前記レチクルのパターンの欠陥を検査する検査手段とを備えたレチクル欠陥検査装置であって、
前記検査手段による検査の前に、前記駆動手段により前記ステージを駆動して前記パターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶された各画素のボトム値に基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するオフセット設定手段と、
前記各画素の信号振幅のオフセットと前記記憶手段により記憶された各画素のピーク値とに基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するゲイン設定手段とを備えたことを特徴とするレチクル欠陥検査装置。
【請求項７】
前記画像センサは前記光量信号を複数段のラインで蓄積するＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項６記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項８】
前記記憶手段により前記ボトム値及びピーク値を記憶する際の前記ステージの駆動速度が、前記画像センサの画素寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くされることを特徴とする請求項６又は請求項７記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項９】
前記画像センサの相対移動方向に概略平行なレチクルのパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するエッジ位置取得手段と、
前記エッジ位置取得手段により取得されたエッジ位置から前記レチクルの回転誤差量を算出する回転誤差量算出手段と、
前記回転誤差量算出手段により算出された回転誤差量に基づいて、前記レチクルの回転アライメントを実行するアライメント手段とを更に備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を前記記憶手段により記憶することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項１】
画像センサをレチクルに対して相対的に移動させ、前記画像センサの各画素の出力をセンサアンプにより増幅して得られる光学画像と、前記光学画像に対する基準画像となる参照画像とを比較することで前記レチクルの欠陥検査を行う方法であって、
前記センサアンプは画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能であり、
前記欠陥検査の前に、前記レチクルのパターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶するステップと、
記憶された各画素のボトム値に基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するステップと、
前記各画素の信号振幅のオフセットと、記憶された各画素のピーク値とに基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するステップとを含むことを特徴とするレチクル欠陥検査方法。
【請求項２】
前記画像センサは複数段のラインを有するＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項１記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項３】
前記各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、前記レチクルの相対移動速度が、前記画像センサの画素寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くされることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項４】
前記各画素のボトム値及びピーク値を記憶する際に、前記画像センサの相対移動方向に概略平行なレチクルパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するステップと、
取得されたエッジ位置から前記レチクルの回転誤差量を算出するステップと、
算出された回転誤差量に基づいて、前記レチクルの回転アライメントを実行するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項５】
前記レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記ボトム値及びピーク値を記憶することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査方法。
【請求項６】
パターンが形成されたレチクルに光を照射する光照射機構と、
前記レチクルを保持するステージを駆動する駆動手段と、
前記レチクルの透過光もしくは反射光の光量信号を複数の画素で検出する画像センサと、
前記画像センサの各画素の出力を画素毎に増幅し、光学画像を生成すると共に、画素毎に信号振幅のゲイン及びオフセットを調整可能なセンサアンプと、
前記光学画像に対する基準画像となる参照画像を生成する参照画像生成手段と、
前記光学画像と前記参照画像とを比較することにより、前記レチクルのパターンの欠陥を検査する検査手段とを備えたレチクル欠陥検査装置であって、
前記検査手段による検査の前に、前記駆動手段により前記ステージを駆動して前記パターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶された各画素のボトム値に基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のオフセットを設定するオフセット設定手段と、
前記各画素の信号振幅のオフセットと前記記憶手段により記憶された各画素のピーク値とに基づいて、前記センサアンプの各画素の信号振幅のゲインを設定するゲイン設定手段とを備えたことを特徴とするレチクル欠陥検査装置。
【請求項７】
前記画像センサは前記光量信号を複数段のラインで蓄積するＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項６記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項８】
前記記憶手段により前記ボトム値及びピーク値を記憶する際の前記ステージの駆動速度が、前記画像センサの画素寸法と撮像周期で決まる画素移動速度に比して遅くされることを特徴とする請求項６又は請求項７記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項９】
前記画像センサの相対移動方向に概略平行なレチクルのパターンの複数箇所のエッジ位置を取得するエッジ位置取得手段と、
前記エッジ位置取得手段により取得されたエッジ位置から前記レチクルの回転誤差量を算出する回転誤差量算出手段と、
前記回転誤差量算出手段により算出された回転誤差量に基づいて、前記レチクルの回転アライメントを実行するアライメント手段とを更に備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記レチクルのメインチップ領域に形成された製品パターンの一部を前記画像センサにより撮像し、前記センサアンプにより増幅された各画素の光量信号のボトム値及びピーク値を前記記憶手段により記憶することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項記載のレチクル欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００９−３００４２６（Ｐ２００９−３００４２６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９９０５（Ｐ２００９−１９９０５）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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