(57)【要約】      （修正有）【課題】露光装置でパターンが形成されたマスク基板の像を検査可能な検査装置を提供する。【解決手段】検査装置１００は、第１の検査光の照明形状を変更可能な透過照明光学系１７０と、対物レンズと偏光素子を有する反射照明光学系１７２と、偏光素子を光路外から光路上に移動させることが可能であると共に偏光素子を光路上から光路外に移動させることが可能な駆動機構１７６と、ステージが移動中に、第１の検査光が照明されたマスク基板からの透過光を受光するフォトダイオードアレイ１０５と、対物レンズを介して透過光を受光し、受光された透過光をセンサへ結像する結像光学系１７８と、マスク基板とセンサとの間に配置され、マスク基板から対物レンズへ透過光が入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように前記透過光の光束径を調整する開口絞り１８０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2020042035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成されたマスク基板を載置する移動可能なステージと、
前記マスク基板に第１の検査光を照明する、前記第１の検査光の照明形状を変更可能な透過照明光学系と、
対物レンズと偏光ビームスプリッタとを有し、前記対物レンズと前記偏光ビームスプリッタとを用いて前記マスク基板に第２の検査光を照明し、前記マスク基板からの反射光を通過させる反射照明光学系と、
前記ステージが移動中に、前記第１の検査光が照明された前記マスク基板からの透過光或いは前記第２の検査光が照明された前記マスク基板からの反射光を受光するセンサと、
前記対物レンズを介して前記透過光を受光し、受光された前記透過光を前記センサへ結像する結像光学系と、
前記マスク基板と前記センサとの間に配置され、前記マスク基板から前記対物レンズへ前記透過光が入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように前記透過光の光束径を調整する開口絞りと、
前記開口数を前記低開口数の状態に切り替える場合に、前記偏光ビームスプリッタを前記マスク基板と前記センサとの間の前記マスク基板からの前記透過光の光路上から前記光路外に移動させ、前記開口数を前記高開口数の状態に切り替える場合に、前記偏光ビームスプリッタを前記マスク基板と前記センサとの間の前記マスク基板からの前記透過光及び前記反射光の光路上に前記光路外から移動させる駆動機構と、
を備え、
前記透過照明光学系は、前記開口数を前記低開口数の状態に切り替える場合に、前記第１の検査光の照明形状を露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状に変更し、前記開口数を前記高開口数の状態に切り替える場合に、前記第１の検査光の照明形状を検査用の照明形状に変更し、
前記センサは、前記開口数を前記低開口数の状態に切り替える場合に、前記偏光ビームスプリッタが前記マスク基板と前記センサとの間の前記マスク基板からの前記透過光の光路上に無い状態で前記透過光を受光し、前記開口数を前記高開口数の状態に切り替える場合に、前記偏光ビームスプリッタが前記マスク基板と前記センサとの間の前記マスク基板からの前記透過光及び前記反射光の光路上に有る状態で前記透過光或いは前記反射光を受光することを特徴とするパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に関する。例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスクを検査する検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）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回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、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を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。
【０００３】
そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。
【０００４】
検査手法としては、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
【０００５】
製品サイクルが短い半導体製品において、製造所要時間を短縮することは重要な項目である。欠陥のあるマスクパターンをウェハに露光転写すると、そのウェハから作られた半導体装置は不良品になる。そのため、マスクのパターン欠陥検査を行うことは重要である。そして、欠陥検査で見つかった欠陥は欠陥修正装置で修正される。しかしながら、見つかった欠陥をすべて修正すると製造所要時間の増加になり、製品価値を下げることにつながる。検査装置の開発が進むのに伴い、検査装置では、非常に小さなずれが生じてもパターン欠陥有りと判定する。しかし、実際の露光装置でマスクパターンをウェハ上に転写する際、ウェハ上で回路の断線或いは／及び短絡等がかかる欠陥によって生じないのであれば、集積回路としては使用可能である。よって、かかる欠陥を都度修正するのではなく、欠陥の状態を残したまま、かかるマスクを露光転写に用いることが望まれる。しかしながら、検査装置では、微小なずれを検出できるように光学系が構成されているので、露光装置よりもマスクに対する分解能が高く設定されている。よって、露光装置で転写される場合のパターン像を検査装置で再現することは困難である。そのため、検査装置で見つかった欠陥が露光装置でどのように露光されるのかを検査装置を用いて把握することが困難である。
【０００６】
微小なずれを検査できる検査装置ではなく、最初から露光装置で露光転写される露光イメージを検査する専用機については開示されている（例えば、特許文献１参照）が、これでは、微小なずれを検査することが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２３５８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、微小欠陥を検査する検査装置において、露光装置で露光転写された場合に形成される像を検査可能な検査装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターンが形成されたマスク基板を載置する移動可能なステージと、
マスク基板に第１の検査光を照明する、第１の検査光の照明形状を変更可能な透過照明光学系と、
対物レンズと偏光素子を有し、対物レンズと偏光素子を用いてマスク基板に第２の検査光を照明し、マスク基板からの反射光を通過させる反射照明光学系と、
偏光素子を光路外から光路上に移動させることが可能であると共に偏光素子を光路上から光路外に移動させることが可能な駆動機構と、
ステージが移動中に、第１の検査光が照明されたマスク基板からの透過光を受光するセンサと、
対物レンズを介して透過光を受光し、受光された透過光をセンサへ結像する結像光学系と、
マスク基板とセンサとの間に配置され、マスク基板から対物レンズへ透過光が入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように前記透過光の光束径を調整する開口絞りと、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、偏光素子が光路上に移動させられた状態で第２の検査光が照明されたマスク基板からの反射光を用いて測定された、マスク基板上の各位置の焦点位置の情報を記憶する記憶装置と、
偏光素子が光路外に移動させられた状態で、ステージが移動中にセンサが低開口数に対応する透過光を受光する間、記憶装置に記憶された焦点位置の情報を用いて動的に透過光の焦点を合わせる合焦機構と、
をさらに備えると好適である。
【００１１】
本発明の一態様のパターン検査方法は、
パターンが形成されたマスク基板からの透過光或いは反射光を拡大する対物レンズへのマスク基板からの入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態の透過光或いは反射光をセンサが受光可能な状態で、マスク基板上を走査することによって、センサを用いてマスク基板に形成されたパターンの透過光像或いは反射光像を撮像する工程と、
撮像された前記マスク基板のパターンの透過光像或いは反射光像の光学画像を用いて、パターンの欠陥を検査する工程と、
検査の結果、欠陥が検出された領域を特定する工程と、
開口数を高開口数の状態から低開口数の状態に切り替える工程と、
開口数が低開口数の状態に対応する光をセンサが受光可能な状態で、かつ、マスク基板とセンサとの間の光路上に偏光素子が無い状態で、所定の照明光を用いてマスク基板のかかる特定された領域を走査することによって、センサを用いてマスク基板に形成されたパターンの透過光像を撮像する工程と、
露光装置を用いてマスク基板に形成されたパターンが半導体基板転写される場合を想定したシミュレーション像を用いて、開口数が低開口数の状態の光をセンサが受光した結果取得された領域のパターンの透過光像と、シミュレーション像とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、所定の照明光を用いてマスク基板の特定されたかかる領域を走査することによって開口数が低開口数の状態に対応するマスク基板からの透過光を前記センサが受光し、
開口数が高開口数の状態での反射光をセンサが受光する際、反射光を用いてマスク基板上の各位置の焦点位置が測定され、
開口数が低開口数の状態に対応するマスク基板からの透過光をセンサが受光する際、測定された焦点位置の情報を用いて動的に前記透過光の焦点が合わせられると好適である
【００１３】
また、かかる領域のパターンの透過光像と、シミュレーション像とを比較することによって、回路の断線と回路の短絡との少なくとも１つを確認すると好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マスク基板の微小欠陥を検査する検査装置において、露光装置で半導体基板等上にマスク基板のパターンが露光転写される場合の像を検査できる。よって、無駄な欠陥修正を排除できる。その結果、例えば半導体製品の製造所要時間の短縮ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。
【図３】実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図４】実施の形態１における高ＮＡ検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。
【図６】実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。
【図７】実施の形態１における低ＮＡ検査回路の内部構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態１における低ＮＡ検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。
【図９】実施の形態１における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。
【図１１】実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、マスク基板１０１に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。
【００１７】
光学画像取得部１５０は、光源１０３、透過照明光学系１７０、照明形状切替機構１７１、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、対物レンズ１０４、反射照明光学系１７２、開口絞り１８０、結像光学系１７８、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及びレーザ測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、マスク基板１０１が載置される。マスク基板１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンによって構成されたパターンが形成されている。マスク基板１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。
【００１８】
制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、オートフォーカス（ＡＦ）制御回路１４０、検査モード切替制御回路１４４、低ＮＡ検査回路１４６、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。また、反射照明光学系１７２には、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が含まれる。偏光ビームスプリッタ１７４は、駆動機構１７６によって光路内外に移動させられる。
【００１９】
検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、透過照明光学系１７０、対物レンズ１０４、フォトダイオードアレイ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。例えば、２００〜３００倍の倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばリニアモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１０２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、対物レンズ１０４は、制御計算機１１０の制御の下にＡＦ制御回路１４０により動的にマスク基板１０１のパターン形成面に焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）が調整される。例えば、対物レンズ１０４は、ピエゾ素子１４２によって光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させられることにより、焦点位置が調整される。ＸＹθテーブル１０２上に配置されたマスク基板１０１の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。
【００２０】
マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータ（描画データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。
【００２１】
ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。
【００２２】
図２は、実施の形態１における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。図２（ａ）では、露光装置の光学系の一部を示している。露光装置では、図示しない照明光がマスク基板３００に照明され、マスク基板３００からの透過光３０１は、対物レンズ３０２に入射され、対物レンズ３０２を通過した光３０５が半導体基板３０４（ウェハ）へ結像する。なお、図２（ａ）では、１つの対物レンズ３０２を示しているが、複数のレンズによる組み合わせであっても構わないことは言うまでもない。ここで、現状の露光装置では、マスク基板３００に形成されたパターンを、例えば、１／４に縮小して半導体基板３０４に露光転写する。その際の露光装置の半導体基板３０４に対する開口数ＮＡｉは、例えば、ＮＡｉ＝１．２に設定される。言い換えれば、対物レンズ３０２を通過可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、例えば、ＮＡｉ＝１．２に設定される。露光装置では、マスク基板３００からの透過光像を１／４に縮小しているので、対物レンズ３０２のマスク基板３００に対する感度は１／４となる。言い換えれば、マスク基板３００から対物レンズ３０２へ透過光が入射する場合の入射可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、ＮＡｉの１／４となり、ＮＡｏ＝０．３となる。よって、露光装置では、開口数ＮＡｏ＝０．３の光束のマスク基板３００からの透過光像を半導体基板３０４に露光転写していることになる。
【００２３】
これに対して、実施の形態１における検査装置１００では、図２（ｂ）に示すように、図示しない照明光がマスク基板１０１に照明され、マスク基板１０１からの透過光１９０は、対物レンズ１０４に入射され、対物レンズ１０４を通過した光１９２がフォトダイオードアレイ１０５（センサ）へ結像する。その際、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、例えばＮＡｏ＝０．９に設定される。よって、検査装置１００では、開口数ＮＡｏ＝０．９の光束のマスク基板１０１からの透過光像をフォトダイオードアレイ１０５が受光していることになる。よって、検査装置１００では、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光よりも高分解能の光を用いて、欠陥検査することになる。かかる高分解能の光を用いることにより、例えばナノメータオーダーの微細な欠陥を検出可能な高精度な検査が可能となる。なお、図２（ｂ）では、対物レンズ１０４しか記載していないが、対物レンズ１０４とフォトダイオードアレイ１０５との間には図示しない複数のレンズが配置されている。
【００２４】
しかしながら、上述したように、検査装置１００では、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光よりも高分解能の光をフォトダイオードアレイ１０５が受光するので、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、開口絞り１８０を配置してマスク基板１０１からの透過光の光束を絞ることで透過光の光束径を調整し、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光と同様な開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）（同様な分解能）の光を検査装置１００で生成可能とする。
【００２５】
その他、露光装置では、マスク基板３００からの透過光を半導体基板３０４に転写するが、反射光は使用しない。よって、マスク基板３００から半導体基板３０４までの光路上に偏光素子を配置していない。一方、検査装置１００では、マスク基板１０１からの透過光を用いた検査の他に、マスク基板１０１からの反射光を用いた検査も行うことが可能である。よって、かかる透過光検査のための検査光（第１の検査光、或いは第１の照明光）の他に、かかる反射光検査のための検査光（第２の検査光、或いは第２の照明光）が必要となる。そのため、検査装置１００では、かかる反射光検査のための検査光をマスク基板３００に照明するための光路上に偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を配置している。よって、フォトダイオードアレイ１０５は、かかる偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を通過した光を受光することになる。その結果、検査装置１００でフォトダイオードアレイ１０５が受光する光は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に結像する光とは偏向成分が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を光路上から排除可能な構成にする。
【００２６】
また、検査装置１００と露光装置では、照明光の形状が異なる場合もある。その結果、検査装置１００でフォトダイオードアレイ１０５が受光する光は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に結像する光とは照明形状が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、照明形状を変更可能な構成とする。
【００２７】
以上の露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光と同様な開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）（同様な分解能）の光を生成する点、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を光路上から排除する点、及び照明形状を露光装置と同様な形状に変更する点を検査装置１００で実施することで、検査装置１００によって、露光装置で半導体基板等上にマスク基板のパターンが露光転写される場合の像を再現できる。そのため、実施の形態１では、通常の欠陥検査を行う高ＮＡ検査モードと露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を再現して検査する低ＮＡ検査モードとを切り替え可能に構成する。
【００２８】
図３は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図３において、実施の形態１における検査方法は、高ＮＡ検査モード設定工程（Ｓ１０２）と、高ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１０４）と、オートフォーカス（ＡＦ）データ作成工程（Ｓ１０５）と、参照画像作成工程（Ｓ１０６）と、比較工程（Ｓ１０８）と、欠陥領域特定工程（Ｓ１１０）と、低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）と、低ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１２０）と、ＡＦ制御工程（Ｓ１２２）と、シミュレーション画像入力工程（Ｓ１２４）と、比較工程（Ｓ１２６）と、いう一連の工程を実施する。
【００２９】
また、低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）は、内部工程として、偏光素子退避工程（Ｓ１１４）と、ＮＡしぼり工程（Ｓ１１６）と、照明形状変更工程（Ｓ１１８）と、を実施する。
【００３０】
高ＮＡ検査モード設定工程（Ｓ１０２）として、検査モード切替制御回路１４４は、通常の高ＮＡの欠陥検査を行うための高ＮＡ検査モードに各構成を設定する。具体的には、以下のように動作する。検査モード切替制御回路１４４からの制御信号を受信して、照明形状切替機構１７１は、照明光（検査光）の形状を通常の検査用の照明形状に設定する。また、検査モード切替制御回路１４４は、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）が例えばＮＡｏ＝０．９になるように開口絞り１８０のしぼり値を制御する。また、検査モード切替制御回路１４４は、駆動機構１７６を制御して、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上へと配置する。偏光ビームスプリッタ１７４が光路外に位置する場合には光路上へ移動させる。偏光ビームスプリッタ１７４が光路上にあれば、その位置を維持すればよい。
【００３１】
高ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１０４）として、パターンが形成されたマスク基板１０１からの透過光或いは反射光を拡大する対物レンズ１０４へのマスク基板１０１からの入射可能な開口数（ＮＡ）が高ＮＡの状態の透過光或いは反射光をフォトダイオードアレイ１０５（センサ）が受光可能な状態で、マスク基板１０１上を走査することによって、フォトダイオードアレイ１０５を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの透過光像或いは反射光像を撮像する。具体的には以下のように動作する。
【００３２】
図４は、実施の形態１における高ＮＡ検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。図４において、光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生する。発生された光は、偏光板６０を通って偏向され、透過光検査を行う場合には、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）を通過させる。そして、偏向ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）が反射される。一方、反射光検査を行う場合には、反射検査照明用の光（ｐ波とｓ波の他方）を通過させる。そして、偏向ビームスプリッタ６１を反射検査照明用の光（ｐ波とｓ波の他方）が通過する。例えば、偏光板６０を回転させることで、通過させる光を制限できる。これにより、透過光検査と反射光検査を選択できる。
【００３３】
透過光検査を行う場合、透過検査照明用の光（第１の検査光）は、透過照明光学系１７０によってマスク基板１０１に照明される。以下、図４の例を元に、具体例を説明する。透過照明光学系１７０内では、偏向ビームスプリッタ６１によって分岐された透過検査照明用の光がミラー６３で反射され、レンズ６４，６５，６６を通り、ミラー６７で反射される。そして、ミラー６７で反射された光は、コンデンサレンズ６８によってマスク基板１０１のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。マスク基板１０１を透過した透過光は対物レンズ１０４、及び偏光ビームスプリッタ１７４を介して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光は、結像光学系１７８内では、レンズ６９，７０を通り、開口絞り１８０を通って、レンズ７２によってフォトダイオードアレイ１０５に結像される。フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ等を用いると好適である。フォトダイオードアレイ１０５（センサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。
【００３４】
一方、反射光検査を行う場合、反射検査照明用の光（第２の検査光）は、反射照明光学系１７２によってマスク基板１０１に照明される。反射照明光学系１７２は、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を有し、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４を用いてマスク基板１０１に反射検査照明用の光を照明し、マスク基板１０１からの反射光を通過させる。以下、図４の例を元に、具体例を説明する。反射照明光学系１７２内では、偏向ビームスプリッタ６１を通過した反射検査照明用の光がレンズ８０，８１，８２，８３を通り、偏光ビームスプリッタ１７４で反射される。偏光ビームスプリッタ１７４によって反射された光は、対物レンズ１０４に入射し、対物レンズ１０４によってマスク基板１０１のパターン形成面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。マスク基板１０１から反射された反射光は対物レンズ１０４及び偏光ビームスプリッタ１７４を通過して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。フォトダイオードアレイ１０５（センサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。
【００３５】
その際、レンズ６９，７０間に配置されたミラー７３によって、反射光の一部が分岐され、分岐された光はＡＦ光学系１７３によってＡＦ用センサ７６に結像される。なお、ＡＦ用センサ７６の受光面はビームスプリッタ７３に対して、フォトダイオードアレイ１０５の受光面と共焦点の関係になるように配置されている。ＡＦ用センサ７６からの出力信号は、ＡＦ制御回路１４０に送信される。ＡＦ制御回路１４０は、開口数が高開口数の状態での反射光をフォトダイオードアレイ１０５が受光する際、反射光を用いてマスク基板１０１上の各位置の焦点位置を測定する。そして、ＡＦ制御回路１４０は、かかる信号に基づいて、ピエゾ素子１４２を制御して対物レンズ１０４を光軸方向（Ｚ軸方向）にリアルタイムで移動させることにより、動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整する。なお、透過光検査を行う場合においても反射照明の一部を反射照明光学系１７２によってマスク基板１０１にＡＦ用として照明する。そして、ミラー７３によって、かかる反射照明の一部に対応する反射光が反射されＡＦ用センサ７６に結像される。これにより、透過のみの検査においても、動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整できる。
【００３６】
検査装置１００では、かかる透過光のスキャンと反射光のスキャンとの一方或いは両方を行うことができる。なお、マスク基板１０１から反射された反射光には、マスク基板１０１からの透過光では得られにくいパターンの高さ情報が含まれる。よって、ＡＦ制御回路１４０は、マスク基板１０１からの透過光ではなく、マスク基板１０１からの反射光を使ってＡＦ制御を実施する。透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を行う場合、どちらを先に行っても構わない。
【００３７】
図５は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。マスク基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図５に示すように、例えばｙ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想的に分割される。そして、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２のうち、ｘステージ７４の移動によって、Ｚθステージ７０がｘ方向に移動させられ、その結果、フォトダイオードアレイ１０５が相対的にｘ方向に連続移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図５に示されるようなスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。言い換えれば、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２と相対移動しながら、検査光を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。
【００３８】
ここで、撮像の方向は、フォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の繰り返しに限るものではない。一方の方向から撮像してもよい。例えば、ＦＷＤ−ＦＷＤの繰り返しでもよい。或いは、ＢＷＤ−ＢＷＤの繰り返しでもよい。
【００３９】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。
【００４０】
その後、ストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたストライプ領域画像は、図示しない記憶装置に格納される。
【００４１】
比較回路１０８内では、検査ストライプ２０のストライプ領域画像（光学画像）の中から対象フレーム領域３０のフレーム画像を切り出すように、ｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）でストライプ領域画像が分割される。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。言い換えれば、検査ストライプ２０毎のストライプ領域画像をそれぞれ検査ストライプ２０の幅と同様の幅、例えば、スキャン幅Ｗで複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像は、以上により、検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。
【００４２】
オートフォーカス（ＡＦ）データ作成工程（Ｓ１０５）として、ＡＦ制御回路１４０は、上述した反射光或いは透過光によるスキャンの際、同時に、ＡＦ制御に使用したマスク基板１０１面の高さ位置に依存した焦点位置情報を磁気ディスク装置１０９に記憶する。よって、磁気ディスク装置１０９（記憶装置）は、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が光路上に移動させられた状態で反射照明光学系１７２を介した光が照明されたマスク基板１０１からの反射光を用いて測定された、マスク基板１０１上の各位置の焦点位置の情報を記憶する。
【００４３】
なお、上述した高ＮＡスキャン工程（Ｓ１０４）において透過光のスキャンしか行わない場合には、反射光を用いて予めマスク基板１０１面の高さ位置に依存した焦点位置情報を取得しておけばよい。上述した高ＮＡスキャン工程（Ｓ１０４）において透過光のスキャンを行う場合、その際得られた焦点位置情報を用いてＡＦ制御を行えばよい。
【００４４】
参照画像作成工程（Ｓ１０６）として、まず、展開回路１１１（参照画像作成部の一例）は、マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する。具体的には、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計データを読み出し、読み出された設計データに定義された対象フレーム３０の領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換（画像展開）して設計画像を作成する。
【００４５】
ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、及び辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データ（ベクトルデータ）が格納されている。
【００４６】
かかる図形データとなる設計パターンの情報が展開回路１１１に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、画素毎に８ビットの占有率データの設計画像を作成する。設計画像のデータは参照回路１１２に出力される。
【００４７】
参照回路１１２（参照画像作成部の一例）は、設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する。
【００４８】
図６は、実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、対物レンズ１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである基準設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにしてフレーム画像（光学画像）と比較する参照画像を作成する。作成された参照画像は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、図示しない記憶装置に格納される。以上により、検査のために比較される他方の画像（参照画像）データが生成される。
【００４９】
比較工程（Ｓ１０８）として、比較回路１０８は、撮像されたマスク基板１０１のパターンの透過光像或いは反射光像の光学画像を用いて、パターンの欠陥を検査する。比較回路１０１（比較部）は、画素毎にフレーム画像（光学画像）と参照画像とを比較する。具体的には、まず、比較対象となるフレーム画像（光学画像）と、比較対象となる参照画像とについて、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。そして、比較回路１０８は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。判定条件としては、例えば、所定のアルゴリズムに従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。例えば、両画像の画素値の差分が判定閾値より大きいかどうかを判定し、大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【００５０】
図７は、実施の形態１における低ＮＡ検査回路の内部構成を示すブロック図である。図７において、低ＮＡ検査回路１４６内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５９、領域特定部５１、位置合わせ部５６、及び比較部５８が配置される。
【００５１】
欠陥領域特定工程（Ｓ１１０）として、領域特定部５１は、比較回路１０８から検査結果の情報（例えば、欠陥位置の座標情報）を入力し、検査結果情報に基づいて、欠陥が検出された領域（以下、欠陥領域）を特定する。欠陥領域として、例えば、欠陥位置が含まれるフレーム領域３０が挙げられる。但し、これに限るものではなく、領域サイズは様々に選択可能である。特定された欠陥領域の情報は、記憶装置５９に記憶される。
【００５２】
低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）として、検査モード切替制御回路１４４は、上述した高ＮＡ検査モードから低ＮＡの欠陥検査を行うための低ＮＡ検査モードに各構成の設定を切り替える。これにより、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ或いは実質的に同様の像をフォトダイオードアレイ１０５で受光できる。そのために、以下の内部工程を実施する。
【００５３】
偏光素子退避工程（Ｓ１１４）として、検査モード切替制御回路１４４は、駆動機構１７６を制御して、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上から光路外に移動させる。このように、駆動機構１７６は、偏光素子を光路外から光路上に移動させることが可能であると共に偏光素子を光路上から光路外に移動させることができる。また、偏光ビームスプリッタ１７４の退避によって反射照明光は使用されなくなるので、検査モード切替制御回路１４４は、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）のみ通過させるように偏光板６０を回転させる。
【００５４】
ＮＡしぼり工程（Ｓ１１６）として、検査モード切替制御回路１４４は、開口数ＮＡを高開口数の状態から低開口数の状態に切り替える。具体的には、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）が露光装置と同様の特性になるように制御する。例えばＮＡｏ＝０．３になるように開口絞り１８０のしぼり値を制御する。実施の形態１では、高開口数の状態から低開口数の状態にするので、開口絞り１８０の開口部が小さくなるように絞る。このように、開口絞り１８０は、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光が入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように透過光或いは／及び反射光の光束径を調整する。図４の例では、開口絞り１８０は、結像光学系１７８内のレンズ７０，７２間に配置されているがこれに限るものではない。対物レンズ１０４へ入射する光、或いは対物レンズ１０４を通過してフォトダイオードアレイ１０５へ入射する光の光束を絞り、光束径を調整できればよい。よって、開口絞り１８０は、マスク基板１０１とフォトダイオードアレイ１０５との間に配置されればよい。なお、より好適では、開口絞り１８０は、瞳位置に配置すると良い。
【００５５】
照明形状変更工程（Ｓ１１８）として、検査モード切替制御回路１４４からの制御信号を受信して、照明形状切替機構１７１は、照明光（検査光）の形状を露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状に変更する。
【００５６】
低ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１２０）として、開口数が低開口数の状態に対応する光をフォトダイオードアレイ１０５が受光可能な状態で、かつ、マスク基板１０１とフォトダイオードアレイ１０５との間の光路上に偏光素子が無い状態で、所定の照明光を用いてマスク基板１０１の特定された欠陥領域を走査することによって、フォトダイオードアレイ１０５を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの透過光像を撮像する。具体的には以下のように動作する。
【００５７】
図８は、実施の形態１における低ＮＡ検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。図８において、光源１０３から発生された光は、偏光板６０を通って偏向され、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）のみ通過させる。そして、偏向ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）が反射される。透過検査照明用の光（第１の検査光）は、透過照明光学系１７０によってマスク基板１０１に照明される。その際、照明形状切替機構１７１は、透過照明光学系１７０の構成を変更して、透過検査照明用の光（第１の検査光）の照明形状を変更する。このように、透過照明光学系１７０は、透過検査照明用の光（第１の検査光）の照明形状を変更可能に構成される。図８の例では、偏向ビームスプリッタ６１によって反射された透過検査照明用の光が、レンズ６５まで到達した後、レンズ６５，６６間で照明形状を変更させている。照明形状が変更させられた透過検査照明用の光は、ミラー６７で反射される。そして、ミラー６７で反射された光は、コンデンサレンズ６８によってマスク基板１０１のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。これにより、露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状の光をマスク基板１０１に照射できる。マスク基板１０１を透過した透過光は対物レンズ１０４を介して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。その際、開口絞り１８０によって開口数が制限されているので、低ＮＡの光の光学像がフォトダイオードアレイ１０５に入射する。図８の例では、対物レンズ１０４を通過した光は、結像光学系１７８内では、レンズ６９，７０を通り、開口絞り１８０を通って、レンズ７２によってフォトダイオードアレイ１０５に結像される。このようにフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２が移動中に、透過検査照明用の光（第１の検査光）が照明されたマスク基板１０１からの透過光を受光する。
【００５８】
一方、図８に示すように、偏光板６０によって、反射検査照明用の光を遮断しているので、反射照明光学系１７２に反射検査照明用の光が入射することはない。仮に、反射検査照明用の光が反射照明光学系１７２に入射する場合でも、反射照明光学系１７２では、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が光路から退避させられているので、マスク基板１０１に反射検査照明用の光を照明することはない。
【００５９】
以上により、フォトダイオードアレイ１０５は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ或いは実質的に同様の像をフォトダイオードアレイ１０５で受光できる。
【００６０】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の欠陥領域の画素データが格納される。かかる画素データ（欠陥領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。また、欠陥領域の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。
【００６１】
その後、欠陥領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に低ＮＡ検査回路１４６に送られる。測定データ（欠陥領域画像：画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。低ＮＡ検査回路１４６内に出力された欠陥領域画像は、記憶装置５２に格納される。以上により、低ＮＡ検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。
【００６２】
図９は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。図９において、照明形状切替機構１７１は偏光素子９０をレンズ６５，６６の間に移動させる。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。偏光素子９０を透過検査照明用の光が、通過することで透過検査照明用の光の照明形状を、偏向方向を操作した偏向照明に変更できる。なお、偏光素子９０を回折素子に置き換えることで、２極照明或いは４極照明等のＮ極照明、若しくは輪帯照明等に照明形状を変更しても良い。図９の例では、偏光素子９０をレンズ６５，６６の間に配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に偏向できればよい。よって、偏向板６０からコンデンサレンズ６８までの光路上のいずれかに偏光素子９０を配置すればよい。
【００６３】
図１０は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図１０において、照明形状切替機構１７１は、光源１０３と偏向板６０の間に絞り９１を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。かかる絞り９１を絞ることで、小シグマ照明に照明形状を変更できる。図１０の例では、光源１０３と偏向板６０の間に絞り９１を配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に絞れればよい。よって、偏向板６０からマスク基板１０１までの光路上のいずれかに絞り９１を配置すればよい。
【００６４】
図１１は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図１１において、照明形状切替機構１７１は、光源１０３と偏向板６０の間にレンズ９２，９３による縮小光学系を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。かかる縮小光学系で光を縮小することで、照明倍率が異なる照明光に照明形状を変更できる。図１１の例では、光源１０３と偏向板６０の間にレンズ９２，９３による縮小光学系を配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に光を縮小できればよい。よって、偏向板６０からコンデンサレンズ６８までの光路上のいずれかにレンズ９２，９３による縮小光学系を配置すればよい。
【００６５】
照明形状切替機構１７１は、図９、図１０及び図１１に示した機構の１つ、或いはいずれか２つの組み合わせ、或いは全部の組み合わせを配置可能に構成してもよい。露光装置の仕様に合わせて必要な光学素子を配置すればよい。
【００６６】
ここで、低ＮＡ検査モードでは、上述したように、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上から光路外に移動させているので、反射照明光学系１７２を介した光がマスク基板１０１に照明されない。そのため、マスク基板１０１からの反射光が得られない。よって、マスク基板１０１からの反射光をＡＦ制御に用いることができない。よって、以下のように構成する。
【００６７】
ＡＦ制御工程（Ｓ１２２）として、ＡＦ制御回路１４０（合焦機構の一部）は、偏光ビームスプリッタ１７４が光路外に移動させられた状態で、ＸＹθテーブル１０２が移動中にフォトダイオードアレイ１０５が低開口数に対応する透過光を受光する間、磁気ディスク装置１０９に記憶された焦点位置の情報を用いて動的にかかる透過光の焦点を合わせる。具体的には、ＡＦ制御回路１４０は、磁気ディスク装置１０９に記憶された、既に測定された焦点位置の情報に基づいて、ピエゾ素子１４２（合焦機構の一部）を制御して対物レンズ１０４を光軸方向（Ｚ軸方向）にリアルタイムで移動させることにより、ＸＹθテーブル１０２の進行に追従させて動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整する。
【００６８】
シミュレーション画像入力工程（Ｓ１２４）として、制御計算機１１０は、検査装置１００の外部から、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像に対応するシミュレーション画像を入力し、磁気ディスク装置１０９に記憶する。シミュレーション画像は、例えば、フレーム領域３０毎に作成すると良い。また、予め、マスク基板１０１の検査領域１０全面についてシミュレーション画像を入力し、磁気ディスク装置１０９に記憶しておくと良い。そして、制御計算機１１０は、欠陥ありと特定された領域に対応するシミュレーション画像を磁気ディスク装置１０９から読み出し、低ＮＡ検査回路１４６に送信する。低ＮＡ検査回路１４６は、欠陥ありと特定された領域に対応するシミュレーション画像を入力し、記憶装置５０に格納する。
【００６９】
比較工程（Ｓ１２６）として、低ＮＡ検査回路１４６は、露光装置を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンが半導体基板に転写される場合を想定したシミュレーション画像を用いて、開口数が低開口数の状態の光をフォトダイオードアレイ１０５が受光した結果取得された欠陥ありと特定された欠陥領域のパターンの透過光像と、シミュレーション像とを比較する。具体的には、位置合わせ部５６は、記憶装置５２から比較対象となるフレーム画像（欠陥領域のパターンの透過光像：光学画像）を読み出す。また、位置合わせ部５６は、記憶装置５０から比較対象となるシミュレーション画像を読み出す。そして、位置合わせ部５６は、比較対象となるフレーム画像（欠陥領域のパターンの透過光像：光学画像）と、比較対象となるシミュレーション画像とについて、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。そして、比較部５８は、所定の判定条件に従って両者を比較する。例えば、欠陥領域のパターンの透過光像と、シミュレーション像とを比較することによって、欠陥領域内の回路の断線と回路の短絡との少なくとも１つがあるかどうかを確認する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【００７０】
以上のように、実施の形態１によれば、マスク基板１０１の微小欠陥を検査する検査装置１００において、露光装置で半導体基板等上にマスク基板１０１のパターンが露光転写される場合の像を検査できる。そして、高ＮＡ検査で欠陥と判定された場合でも、かかる欠陥領域内の回路の断線や回路の短絡等が検出できなければ、かかるマスク基板１０１を使用可能と判断できる。よって、無駄な欠陥修正を排除できる。その結果、例えば半導体製品の製造所要時間の短縮ができる。
【００７１】
以上の説明において、「〜回路」、「〜部」、或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、ＡＦ制御回路１４０、検査モード切替制御回路１４４、及び低ＮＡ検査回路１４６内の各回路等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０或いは各回路内に配置されるコンピュータ等によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。同様に、領域特定部５１、位置合わせ部５６、及び比較部５８等の機能は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０或いは各回路内に配置されるコンピュータ等によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。
【００７２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００７３】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、検査装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
【００７４】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置、及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７５】
１０  検査領域
２０  検査ストライプ
３０  フレーム領域
５０，５２，５９  記憶装置
５１  領域特定部
５６  位置合わせ部
５８  比較部
６０  偏光板
６１  偏向ビームスプリッタ
６３  ミラー
６４，６５，６６  レンズ
６７，７３  ミラー
６８  コンデンサレンズ
６９，７０，７２，８０，８１，８２，８３  レンズ
９０  偏光素子
９１  絞り
９２，９３  レンズ
１００  検査装置
１０１  マスク基板
１０２  ＸＹθテーブル
１０３  光源
１０４  対物レンズ
１０５  フォトダイオードアレイ
１０６  センサ回路
１０７  位置回路
１０８  比較回路
１０９  磁気ディスク装置
１１０  制御計算機
１１１  展開回路
１１２  参照回路
１１３  オートローダ制御回路
１１４  テーブル制御回路
１１５  磁気テープ装置
１１６  ＦＤ
１１７  ＣＲＴ
１１８  パターンモニタ
１１９  プリンタ
１２０  バス
１２２  レーザ測長システム
１２３  ストライプパターンメモリ
１４０  ＡＦ制御回路
１４２  ピエゾ素子
１４４  検査モード切替制御回路
１４６  低ＮＡ検査回路
１５０  光学画像取得部
１６０  制御系回路
１７０  透過照明光学系
１７１  照明形状切替機構
１７２  反射照明光学系
１７４  偏向ビームスプリッタ
１７６  駆動機構
１７８  結像光学系
１８０  開口絞り
１９０  透過光
１９２  光
３００  マスク基板
３０１  透過光
３０２  対物レンズ
３０４  半導体基板
３０５  光
【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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