(57)【要約】【課題】パターン密度の高い領域と低い領域の何れに対しても精度よく検査することのできる検査装置と検査方法を提供する。【解決手段】検査装置１００は、光源２００１からの光を透過させる２分の１波長板２００２と、２分の１波長板２００２を透過した光を分岐するロションプリズム２００３と、分岐された光がそれぞれ入射して、試料１に形成されたパターンの光学画像を取得する第１のセンサ２００８および第２のセンサ２００９と、取得した光学画像から第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比（１：Ａ）を取得し、この光量比をＡ：１にする２分の１波長板２００２の角度θを求める光量取得回路１０８と、２分の１波長板２００２の角度をθにする角度制御回路１４と、各センサの光量値が目標値となるように光源２００１の光量を制御する光源制御回路１３４とを有する。【選択図】図１１
2014209075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象となる試料を照明する光を出射する光源と、
前記光源からの光を透過させる２分の１波長板と、
前記２分の１波長板を透過した光を分岐する分岐素子と、
前記分岐された光がそれぞれ入射され、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する第１のセンサおよび第２のセンサと、
前記光学画像を用いて、前記第１のセンサに対する前記第２のセンサの光量比（１：Ａ）を取得し、前記光量比をＡ：１にする前記２分の１波長板の角度θを求める光量取得部と、
前記光量取得部から前記角度θの情報を受けて、前記２分の１波長板の角度を制御する角度制御部と、
前記光量取得部から前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値の情報を受けて、これらの光量値が目標値となるように前記光源の光量を制御する光源制御部と、
前記パターンのうちで密度が所定値以上であるパターンについて前記第１のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較し、
前記パターンのうちで密度が前記所定値より小さいパターンについて前記第２のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較して、
これらの差異が閾値を超えた個所を欠陥と判定する比較部とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記分岐素子は、前記試料を照明する光を分岐することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
４分の１波長板を備えており、前記分岐素子を透過した光が前記４分の１波長板を透過した光によって前記試料を照明することを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記分岐素子は、前記試料を反射または透過した光を分岐することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項５】
前記２分の１波長板は、前記試料を反射または透過した光を透過させることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
光源から出射されて２分の１波長板を透過した光を分岐した後に検査対象となる試料に照明し、前記試料を反射または透過した光を第１のセンサと第２のセンサに入射させて、（１）前記第１のセンサの光量が飽和に達しているか、または、（２）前記第２のセンサの光量が所定値より不足している場合に、前記光源の光量を調整する工程と、
前記（１）および前記（２）のいずれにも該当しない場合に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記光学画像を用いて、前記第１のセンサに対する前記第２のセンサの光量比（１：Ａ）を取得し、前記光量比をＡ：１にする前記２分の１波長板の角度θを求める工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにする工程と、
前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値が目標値となるように前記光源の光量を制御する工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにし、前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値を目標値とした後に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記パターンのうちで密度が所定値以上であるパターンについて前記第１のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較し、
前記パターンのうちで密度が前記所定値より小さいパターンについて前記第２のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較して、
これらの差異が閾値を超えた個所を欠陥と判定する工程とを有することを特徴とする検査方法。
【請求項７】
光源から出射された光を検査対象となる試料に照明し、前記試料を反射または透過した光を２分の１波長板に透過させた後に分岐して第１のセンサと第２のセンサに入射させ、（１）前記第１のセンサの光量が飽和に達しているか、または、（２）前記第２のセンサの光量が所定値より不足している場合に、前記光源の光量を調整する工程と、
前記（１）および前記（２）のいずれにも該当しない場合に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記光学画像を用いて、前記第１のセンサに対する前記第２のセンサの光量比（１：Ａ）を取得し、前記光量比をＡ：１にする前記２分の１波長板の角度θを求める工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにする工程と、
前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値が目標値となるように前記光源の光量を制御する工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにし、前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値を目標値とした後に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記パターンのうちで密度が所定値以上であるパターンについて前記第１のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較し、
前記パターンのうちで密度が前記所定値より小さいパターンについて前記第２のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較して、
これらの差異が閾値を超えた個所を欠陥と判定する工程とを有することを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い、個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
半導体集積回路の製造においては、回路原版（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を感光性樹脂に転写してウェハを加工する工程が基本となる。そして、この基本工程を繰り返すことによって、半導体集積回路が製造される。
【０００４】
転写工程では、ステッパまたはスキャナと呼ばれる露光装置が用いられる。露光装置は、転写光源として光を使用し、レチクル上の回路パターンを４分の１から５分の１程度に縮小してウェハ上に投影する。半導体集積回路の微細化のためには、この転写工程での解像性能を向上させることが重要となる。ここで、結像光学系の開口係数をＮＡ、光源の波長をλとすると、解像寸法は（λ／ＮＡ）に比例する。したがって、開口係数ＮＡの向上または波長λの短波長化を図ることで、露光解像度を小さくすることができる。
【０００５】
近年、短波長（λ＝１３〜１４ｎｍ）のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ；極短紫外）の光を用いたＥＵＶリソグラフィの技術開発が進められている。ＥＵＶリソグラフィの開口係数ＮＡは、フォトリソグラフィより小さいが、波長の２．０〜１．５倍程度は解像するので、３０ｎｍ以下の解像寸法を実現することが可能である。
【０００６】
こうした半導体集積回路の製造には多大なコストがかかるため、歩留まりの向上が欠かせない。歩留まりを低下させる大きな要因として、マスクパターンの欠陥が挙げられる。それ故、マスク検査においては、極めて小さなパターン欠陥を検出することが求められている。特許文献１には、マスク上における微細な欠陥を検出することのできる検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２３６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マスクの検査では、マスクを移動させながらマスクに光を照射し、撮像素子でマスク上に形成されたパターンを撮像する。次いで、得られた光学画像を基準画像と比較し、差異が閾値を超えた場合に、その箇所を欠陥として検出している。
【０００９】
ところで、マスク上に形成されたパターンの密度は一定ではない。例えば、半導体チップ内には、メモリマット部などのパターン密度の高い領域と、周辺回路部などのパターン密度の低い領域とが混在する。
【００１０】
図１は、マスクの断面模式図であり、ガラス基板９１上に、クロム（Ｃｒ）膜などのパターニングされた膜９２が設けられた様子を示している。図１において、領域Ａは疎パターン部であり、領域Ｂは密パターン部である。図２は、図１のパターンをＸ軸方向に沿ってＴＤＩセンサで撮像したときのＴＤＩセンサへの入射光の光量値を表したものである。図２に示すように、マスク上でパターン密度の低い領域Ａは、光量値が大きく、明るく観察される。一方、パターン密度の高い領域Ｂは、光量値が低く、暗く観察される。このため、領域Ａでは高コントラストの画像が得られても、領域Ｂでは、高コントラストの画像が得られず、ノイズが多くなって検査精度が低下してしまう。一方、領域Ｂで高コントラストの画像を得ようとしてマスクへの照射光量を上げると、領域Ａでは、センサへの入射光量が多くなり過ぎて、センサが飽和状態に達してしまうという問題が生じる。
【００１１】
上記と同様の問題は、ＥＵＶマスクでも起こる。
【００１２】
図３は、ＥＵＶマスクの断面模式図である。図３に示すように、ＥＵＶマスクでは、ガラス基板９３上に、所定の層数のモリブデンとシリコンからなる多層膜９４が積層されて反射層を形成している。多層膜９４の上には、パターニングされた膜９５が設けられている。膜９５は、ＥＵＶ光に対する吸収係数の高い材料からなる吸収層である。尚、多層膜９４と膜９５の間には、図示されない緩衝膜が設けられている。緩衝膜は、膜９５のパターニングや欠陥修正の際に多層膜９４が受けるダメージを軽減する。
【００１３】
図３において、領域Ａは疎パターン部であり、領域Ｂは密パターン部である。図４は、図３のパターンをＸ軸方向に沿ってＴＤＩセンサで撮像したときのＴＤＩセンサへの入射光の光量値を表したものである。図４に示すように、マスク上で、パターン密度の低い領域Ａは明るく観察されるが、パターン密度の高い領域Ｂは暗く観察される。このため、図１の例と同様に、領域Ｂで検査精度が低下するという問題が生じる。そこで、マスクへの照射光量を上げると、センサへの入射光量が領域Ａで多くなり過ぎ、センサが飽和状態に達してしまう。
【００１４】
領域Ａと領域Ｂにおける光量差は、図１のマスクよりも図３のＥＵＶマスクでより顕著である。その理由として、１）ガラス基板９３上に多層膜９４が設けられていることや、２）ＥＵＶマスクにおけるパターンは図１のマスクよりも微細であるために回折の影響が大きいことが挙げられる。
【００１５】
以上より、マスクの検査、特に、ＥＵＶマスクの検査において、精度よく検査することのできる検査装置と検査方法の開発が急務となっている。本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、パターン密度の高い領域と低い領域の何れに対しても精度よく検査することのできる検査装置と検査方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様は、検査対象となる試料を照明する光を出射する光源と、
前記光源からの光を透過させる２分の１波長板と、
前記２分の１波長板を透過した光を分岐する分岐素子と、
前記分岐された光がそれぞれ入射され、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する第１のセンサおよび第２のセンサと、
前記光学画像を用いて、前記第１のセンサに対する前記第２のセンサの光量比（１：Ａ）を取得し、前記光量比をＡ：１にする前記２分の１波長板の角度θを求める光量取得部と、
前記光量取得部から前記角度θの情報を受けて、前記２分の１波長板の角度を制御する角度制御部と、
前記光量取得部から前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値の情報を受けて、これらの光量値が目標値となるように前記光源の光量を制御する光源制御部と、
前記パターンのうちで密度が所定値以上であるパターンについて前記第１のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較し、
前記パターンのうちで密度が前記所定値より小さいパターンについて前記第２のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較して、
これらの差異が閾値を超えた個所を欠陥と判定する比較部とを有することを特徴とする検査装置に関する。
【００１８】
本発明の第１の態様において、前記分岐素子は、前記試料を照明する光を分岐することが好ましい。この場合、前記分岐素子は、ロションプリズムであることが好ましい。
【００１９】
本発明の第１の態様の検査装置は、前記分岐素子を透過した光が入射する４分の１波長板を備えており、
前記４分の１波長板を透過した光によって前記試料を照明することが好ましい。
【００２０】
本発明の第１の態様において、前記分岐素子は、前記試料を反射または透過した光を分岐することが好ましい。この場合、前記分岐素子は、偏光ビームスプリッタであることが好ましい。また、この場合、前記２分の１波長板は、前記試料を反射または透過した光を透過させることが好ましい。
【００２１】
本発明の第１の態様において、前記基準画像は、前記パターンの設計データから作成された参照画像であり、
前記参照画像を作成する参照画像作成部を有していて、
前記参照画像作成部で作成された参照画像が前記比較部に送られることが好ましい。
【００２２】
本発明の第２の態様は、光源から出射されて２分の１波長板を透過した光を分岐した後に検査対象となる試料に照明し、前記試料を反射または透過した光を第１のセンサと第２のセンサに入射させて、（１）前記第１のセンサの光量が飽和に達しているか、または、（２）前記第２のセンサの光量が所定値より不足している場合に、前記光源の光量を調整する工程と、
前記（１）および前記（２）のいずれにも該当しない場合に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記光学画像を用いて、前記第１のセンサに対する前記第２のセンサの光量比（１：Ａ）を取得し、前記光量比をＡ：１にする前記２分の１波長板の角度θを求める工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにする工程と、
前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値が目標値となるように前記光源の光量を制御する工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにし、前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値を目標値とした後に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記パターンのうちで密度が所定値以上であるパターンについて前記第１のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較し、
前記パターンのうちで密度が前記所定値より小さいパターンについて前記第２のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較して、
これらの差異が閾値を超えた個所を欠陥と判定する工程とを有することを特徴とする検査方法に関する。
【００２３】
本発明の第２の態様において、前記２分の１波長板を透過した光は分岐素子で分岐されることが好ましい。この場合、前記分岐素子は、ロションプリズムであることが好ましい。
【００２４】
本発明の第２の態様では、前記２分の１波長板を透過した光を分岐した後、４分の１波長板を透過させてから、前記試料に照明することもできる。
【００２５】
本発明の第２の態様において、前記基準画像は、前記パターンの設計データから作成された参照画像とすることができる。
【００２６】
本発明の第３の態様は、光源から出射された光を検査対象となる試料に照明し、前記試料を反射または透過した光を２分の１波長板に透過させた後に分岐して第１のセンサと第２のセンサに入射させ、（１）前記第１のセンサの光量が飽和に達しているか、または、（２）前記第２のセンサの光量が所定値より不足している場合に、前記光源の光量を調整する工程と、
前記（１）および前記（２）のいずれにも該当しない場合に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記光学画像を用いて、前記第１のセンサに対する前記第２のセンサの光量比（１：Ａ）を取得し、前記光量比をＡ：１にする前記２分の１波長板の角度θを求める工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにする工程と、
前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値が目標値となるように前記光源の光量を制御する工程と、
前記２分の１波長板の角度をθにし、前記第１のセンサと前記第２のセンサの各光量値を目標値とした後に、前記第１のセンサと前記第２のセンサによって、前記試料に形成されたパターンの光学画像を取得する工程と、
前記パターンのうちで密度が所定値以上であるパターンについて前記第１のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較し、
前記パターンのうちで密度が前記所定値より小さいパターンについて前記第２のセンサで取得された光学画像を基準画像と比較して、
これらの差異が閾値を超えた個所を欠陥と判定する工程とを有することを特徴とする検査方法に関する。
【００２７】
本発明の第３の態様では、前記試料を反射または透過した光を分岐素子で分岐することが好ましい。この場合、前記分岐素子は、偏光ビームスプリッタであることが好ましい。
【００２８】
本発明の第３の態様において、前記基準画像は、前記パターンの設計データから作成された参照画像とすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、パターン密度の高い領域と低い領域の何れに対しても精度よく検査することのできる検査装置および検査方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】マスクの断面模式図の一例である。
【図２】図１のパターンをＸ軸方向に沿って撮像したときのＴＤＩセンサへの入射光の光量値を表したものである。
【図３】ＥＵＶマスクの断面模式図の一例である。
【図４】、図３のパターンをＸ軸方向に沿って撮像したときのＴＤＩセンサへの入射光の光量値を表したものである。
【図５】実施の形態１の検査装置における光学系の構成を示す模式図である。
【図６】実施の形態１で、光源の光量と２分の１波長板の角度の調整方法を示すフローチャートである。
【図７】第１のセンサおよび第２のセンサと、光量値との関係の一例である。
【図８】２分の１波長板の角度と光量比（１／Ａ）の関係を示す一例である。
【図９】角度θに調整後の各センサと光量値との関係を示す一例である。
【図１０】第１のセンサと第２のセンサの各光量値がいずれも目標値に達した一例である。
【図１１】実施の形態１における検査装置の構成図である。
【図１２】実施の形態１におけるデータの流れを示す図である。
【図１３】試料の光学画像の取得手順を説明する図である。
【図１４】実施の形態２の検査装置における光学系の構成を示す模式図である。
【図１５】実施の形態３の検査装置における光学系の構成を示す模式図である。
【図１６】実施の形態３で、光源の光量と２分の１波長板の角度の調整方法を示すフローチャートである。
【図１７】実施の形態３における検査装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の検査方法は、ダイ−トゥ−データベース（Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄａｔａｂａｓｅ）比較方式、ダイ−トゥ−ダイ（Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄｉｅ）比較方式、セル（Ｃｅｌｌ）比較方式のいずれであってもよく、また、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）におけるテンプレートの検査のように、１つの画像内で注目する画素とその周辺の画素とを比較する方式であってもよい。以下では、ダイ−トゥ−データベース比較方式を例にとり説明する。この方式では、検査対象のパターンの設計データから作成された参照画像が基準画像、すなわち、欠陥検出を目的として上記パターンの光学画像と比較される画像となる。
【００３２】
実施の形態１．
図５は、本実施の形態の検査装置における光学系の構成を示す模式図である。
【００３３】
まず、照明光学系について説明する。図５の光源２００１としては、レーザ光源を用いることができる。レーザ光源から出射された光は、一般に直線偏光である。この直線偏光は、２分の１波長板２００２で位相を９０°回転させた後、分岐素子としてのロションプリズム２００３に入射する。このとき、ロションプリズム２００３に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量とが等しくなるように、２分の１波長板２００２の角度を設定する。ロションプリズム２００３は、ｐ偏光成分（Ｌｐ）についてはまっすぐに透過させるが、ｓ偏光成分（Ｌｓ）については元々の光軸から変位させて透過させる。尚、本実施の形態の分岐素子としては、互いに直交する偏光成分を２つに分岐するものであれば、ロションプリズム２００３以外の偏光プリズムを用いてもよい。
【００３４】
ロションプリズム２００３を透過した光は、ハーフミラー２００４で反射した後、対物レンズ２００５を介して、検査対象となるマスク２００６を照明する。次いで、マスク２００６で反射した光は、対物レンズ２００５とハーフミラー２００４を透過した後、結像光学系に入射する。
【００３５】
図５において、結像光学系には、撮像素子として２つのセンサ（２００８，２００９）が設けられている。センサには、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。
【００３６】
マスク２００６で反射したｓ偏光（Ｌｓ）は、第１のセンサ２００８に入射する。一方、マスク２００６で反射したｐ偏光（Ｌｐ）は、ハーフミラー２００７によって光路を変えられて、第２のセンサ２００９に入射する。
【００３７】
マスク２００６は、図３に示すようなＥＵＶマスクである。但し、検査対象としてのマスクは、ＥＵＶマスクに限られるものではなく、例えば、図１に示すような構成であってもよい。
【００３８】
マスク２００６では、ガラス基板上に反射層が形成されており、反射層の上にはパターニングされた吸収層が形成されている。反射層は、例えば、モリブデンとシリコンからなる多層膜が所定の層数で積層されたものである。吸収層は、ＥＵＶ光に対する吸収係数の高い材料からなる。尚、反射層と吸収層の間には、緩衝膜を設けることができる。これにより、吸収層のパターニングや欠陥修正の際に、反射層が受けるダメージを軽減することができる。
【００３９】
図５の第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９は、マスク２００６の同じ画像を撮像する。ここで、吸収層のパターンには、図３に示すような密パターン部と疎パターン部がある。尚、密パターンと疎パターンの定義は、例えば、閾値となるパターン密度を予め定めておき、このパターン密度以上の密度を有するものを密パターンとし、このパターン密度より小さい密度を有するものを疎パターンとすることができる（本願明細書において同じ）。
【００４０】
本実施の形態では、以下の方法にしたがって、第１のセンサ２００８が、密パターン部に適した光量値でパターンを撮像するようにする。また、第２のセンサ２００９が、疎パターン部に適した光量値で撮像するようにする。これらは、具体的には、光源２００１の光量と、２分の１波長板２００２の角度とを調整することによって行われる。
【００４１】
図６は、本実施の形態における検査方法の要部となる、光源２００１の光量と２分の１波長板２００２の角度の調整方法を示すフローチャートである。
【００４２】
図６において、Ｓ１０１では、図５のロションプリズム２００３に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量とが等しくなるように、２分の１波長板２００２の角度が設定される。
【００４３】
次に、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９によって、マスク２００６のパターンを撮像する（Ｓ１０２）。
【００４４】
続いて、パターンの疎密に関係なく、（１）第１のセンサ２００８の光量値が飽和に達しているか、あるいは、（２）第２のセンサ２００９の光量値が不足している、すなわち、十分なコントラストが得られる量に達していないかを判定する（Ｓ１０３）。いずれか一方に該当すれば、Ｓ１０４に進んで、図５の光源２００１から光学系に導入される光量を調整する。その後、再びＳ１０３に戻って判定し、（１）および（２）のいずれにも該当しなくなるまで、Ｓ１０３とＳ１０４の工程を繰り返す。
【００４５】
Ｓ１０３の判定で、（１）および（２）のいずれにも該当しない場合には、Ｓ１０５に進む。
【００４６】
図７は、第１のセンサ２００８および第２のセンサ２００９と、光量値との関係の一例を表したものである。この図において、目標値は、検査に適したコントラストが得られる光量値である。図７に示す（Ｉ）は、マスク２００６の密パターン部を撮像したときの光量値を表しており、（ＩＩ）は、マスク２００６の疎パターン部を撮像したときの光量値を表している。
【００４７】
Ｓ１０５では、密パターン部における第１のセンサ２００８の画像と、疎パターン部における第２のセンサ２００９の画像とから、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比（１／Ａ）を求める。
【００４８】
図８は、２分の１波長板２００２の角度と光量比（１／Ａ）との関係を示す一例である。この関係を用いて、２分の１波長板２００２の角度を、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比がＡ：１となる角度θに調整する（Ｓ１０６）。
【００４９】
図９は、Ｓ１０６で角度θに調整後の各センサと光量値との関係を示す一例である。Ｓ１０７での判定の結果、この例のように、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９の各光量値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、Ｓ１０８に進んで、光源２００１から光学系に導入される光量を調整する。その後、再びＳ１０７に戻って判定し、各光量値が目標値に達するまでＳ１０７とＳ１０８の工程を繰り返す。
【００５０】
図１０に示すように、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９の各光量値がいずれも目標値に達した後は、一連の調整工程を終了する。
【００５１】
以上の工程によって、第１のセンサ２００８を、密パターン部に適した光量値でパターンを撮像するようにすることができる。また、第２のセンサ２００９を、疎パターン部に適した光量値で撮像するようにすることができる。
【００５２】
次に、本実施の形態の検査装置について説明する。
【００５３】
図１１は、本実施の形態における検査装置１００の構成図である。この図に示すように、検査装置１００は、光学画像取得部を構成する構成部Ａと、構成部Ａで取得された光学画像を用いて検査に必要な処理等を行う構成部Ｂとを有する。
【００５４】
構成部Ａには、図５に示す光学系が設けられている。また他にも、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動可能なＸＹテーブル３と、センサ回路１０６と、レーザ測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。尚、ＸＹテーブル３は、回転方向にも移動可能な構造とすることができる。
【００５５】
構成部Ａでは、検査対象となる試料１の光学画像、すなわち、マスク採取データが取得される。マスク採取データは、試料１の設計パターンデータに含まれる図形データに基づく図形が描画されたマスクの画像である。例えば、マスク採取データは、８ビットの符号なしデータであって、各画素の明るさの階調を表現する。
【００５６】
検査対象となる試料１は、Ｚテーブル２の上に載置される。Ｚテーブル２は、ＸＹテーブル３の上に設けられており、ＸＹテーブル３とともに水平方向にも移動可能である。試料１は、マスクまたはウェハなどとすることができるが、本発明では特にＥＵＶマスクが好適である。試料１には、ライン・アンド・スペースパターンなどの所定のパターンが設けられている。試料１が図３に示すようなＥＵＶマスクである場合、反射層（多層膜９４）の上の吸収層（膜９５）がパターニングされた層である。また、試料１に設けられたパターンの密度は一定ではなく、例えば、半導体チップのメモリマット部などのようにパターン密度の高い領域と、周辺回路部などのようにパターン密度の低い領域とが混在している。
【００５７】
試料１は、Ｚテーブル２に設けられた支持部材により、３点で支持されることが好ましい。試料１を４点で支持する場合には、支持部材に対して高精度の高さ調整が必要となる。また、高さ調整が不十分であると、試料１が変形するおそれがある。これに対して、３点支持によれば、試料１の変形を最小限に抑えながら、試料１を支持することができる。支持部材は、例えば、頭面が球状のボールポイントを用いて構成される。また、例えば、３つの支持部材のうちの２つの支持部材は、試料１の四隅のうちの対角でない、隣接する二隅で試料１に接する。３つの支持部材のうちの残る１つの支持部材は、他の２つの支持部材が配置されていない二隅の間の領域に配置される。
【００５８】
光源２００１は、試料１に対して、その光学画像を取得するための光を照射する。光源２００１としては、例えば、直線偏光を出射するレーザ光源を用いることができる。
【００５９】
光源２００１から出射された直線偏光は、２分の１波長板２００２によって位相を９０°回転させてロションプリズム２００３に入射する。ロションプリズム２００３は、ｐ偏光成分（Ｌｐ）についてはまっすぐに透過させるが、ｓ偏光成分（Ｌｓ）については元々の光軸から変位させて透過させる。尚、互いに直交する偏光成分を２つに分岐するものであれば、ロションプリズム以外の偏光プリズムを用いてもよい。
【００６０】
ロションプリズム２００３を透過した光は、ハーフミラー２００４で反射した後、対物レンズ２００５を介して試料１を照明する。次いで、試料１で反射した光は、対物レンズ２００５とハーフミラー２００４を透過した後、結像光学系に入射する。
【００６１】
結像光学系には、撮像素子である、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９が設けられている。これらのセンサには、例えば、ＣＣＤカメラを一列に並べたラインセンサが用いられる。ラインセンサの例としては、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが挙げられる。試料１で反射したｓ偏光（Ｌｓ）は、第１のセンサ２００８に入射する。一方、試料１で反射したｐ偏光（Ｌｐ）は、ハーフミラー２００７によって光路を変えられて、第２のセンサ２００９に入射する。
【００６２】
尚、上記の光学系は、試料１で反射した光をセンサに導く構成であるが、試料１の上方から光を照射し、試料１を透過した光をセンサに導く構成にしてもよい。両者を組み合わせれば、透過光と反射光による各光学画像を同時に取得することが可能である。
【００６３】
構成部Ｂでは、検査装置１００全体の制御を司る制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、光量取得部の一例となる光量取得回路１０８、角度制御回路１４、展開回路１３１、参照回路１３２、比較回路１３３、光源制御部の一例となる光源制御回路１３４、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置１１６、ディスプレイ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。
【００６４】
図１１において、位置回路１０７、光量取得回路１０８、角度制御回路１４、展開回路１３１、参照回路１３２、比較回路１３３、光源制御回路１３４、オートローダ制御回路１１３、ＸＹテーブル制御回路１１４ａ、Ｚテーブル制御回路１１４ｂといった各回路は、電気的回路で構成される。但し、検査装置１００は、必ずしもこれらの電気的回路を必要とせず、それらの少なくとも一部を、同様の処理を制御計算機１１０によって行うことのできるソフトウェアに代えてもよい。また、電気的回路とソフトウェアの組み合わせとすることも可能である。尚、本願明細書において、「〜部」は、「〜回路」を包含する概念であり、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成したり、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やファームウェアとの組合せとによって実施されたりするものであってもよい。プログラムにより構成される場合、このプログラムは、例えば、磁気ディスク装置１０９に記録される。
【００６５】
Ｚテーブル２は、Ｚテーブル制御回路１１４ｂによって制御されたモータ１７ｂによって駆動される。また、ＸＹテーブル３は、ＸＹテーブル制御回路１１４ａによって制御されたモータ１７ａによって駆動される。尚、上記の各モータには、例えば、ステップモータが用いられる。
【００６６】
制御計算機１１０は、ＸＹテーブル制御回路１１４ａとＺテーブル制御回路１１４ｂをそれぞれ制御して、ＸＹテーブル３とＺテーブル２を駆動する。ＸＹテーブル３の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定されて位置回路１０７へ送られる。
【００６７】
また、制御計算機１１０は、オートローダ制御回路１１３を制御して、オートローダ１３０を駆動する。オートローダ１３０は、試料１を自動的に搬送し、検査終了後には自動的に試料１を搬出する。
【００６８】
データベース方式の基準データとなる設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９に格納されており、検査の進行に合わせて読み出されて展開回路１３１に送られる。ここで、設計パターンデータについて、図１２を参照しながら説明する。
【００６９】
図１２に示すように、設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータ２０１は、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データ２０２に変換される。設計中間データ２０２には、レイヤ（層）毎に作成されて各マスクに形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、検査装置は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、検査装置の製造メーカー毎に、独自のフォーマットデータが用いられている。このため、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各検査装置に固有のフォーマットデータ２０３に変換された後に検査装置１００に入力される。この場合、フォーマットデータ２０３は、検査装置１００に固有のデータとすることができるが、マスクにパターンを描画する描画装置などと互換性のあるデータとすることもできる。
【００７０】
フォーマットデータ２０３は、図１の磁気ディスク装置１０９に入力される。すなわち、試料１のパターン形成時に用いた設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【００７１】
設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものである。磁気ディスク装置１０９には、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、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あって、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が格納される。
【００７２】
さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さが試料１のＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。
【００７３】
入力された設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して展開回路１３１によって読み出される。
【００７４】
展開回路１３１では、設計パターンデータがイメージデータ（ビットパターンデータ）に変換される。すなわち、展開回路１３１は、設計パターンデータを図形毎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値ないしは多値のイメージデータに展開される。さらに、センサ画素に相当する領域（マス目）毎に設計パターンにおける図形が占める占有率が演算され、各画素内の図形占有率が画素値となる。
【００７５】
展開回路１３１で変換されたイメージデータは、参照画像生成部としての参照回路１３２に送られて、参照画像（参照データとも称する。）の生成に用いられる。
【００７６】
センサ回路１０６から出力されたマスク採取データ２０４は、位置回路１０７から出力されたＸＹテーブル３上での試料１の位置を示すデータとともに、比較回路１３３に送られる。また、上述した参照画像も比較回路１３３に送られる。
【００７７】
比較回路１３３では、マスク採取データ２０４と参照データとが、適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。図１１の構成であれば、反射画像同士での比較となるが、透過光学系を用いた構成であれば、透過画像同士での比較、あるいは、反射と透過を組み合わせた比較判定アルゴリズムが用いられる。比較の結果、両者の差異が所定の閾値を超えた場合、その箇所が欠陥と判定される。
【００７８】
比較回路１３３では、（後述するストライプ状の）マスク採取データ２０４に対応する参照画像が、検査フレームと称される数十μｍ程度の矩形小領域に分割される。そして、マスク採取データ２０４から切り出されたセンサフレーム画像と、参照画像から切り出された参照フレーム画像とが、比較回路１３３内の比較ユニットに投入される。投入された画像は、比較ユニットで比較されて欠陥が検出される。比較回路１３３には、複数の検査フレームが同時に並列して処理されるよう、数十個の比較ユニットが装備されている。各比較ユニットは、１つの検査フレームの処理が終わり次第、未処理のフレーム画像を取り込む。これにより、多数の検査フレームが順次処理されていく。
【００７９】
比較ユニットでの処理は、具体的には次のようにして行われる。まず、センサフレーム画像と、参照フレーム画像とを位置合わせする。このとき、パターンのエッジ位置や、輝度のピークの位置が揃うように、センサ画素単位で平行シフトさせる他、近隣の画素の輝度値を比例配分するなどして、センサ画素未満の合わせ込みも行う。位置合わせを終えた後は、センサフレーム画像と参照フレーム画像との画素毎のレベル差を評価したり、パターンエッジ方向の画素の微分値同士を比較したりするなどして、適切な比較アルゴリズムにしたがって欠陥を検出していく。尚、本明細書においては、センサフレーム画像と参照フレーム画像との比較を、単に光学画像と参照画像との比較と称することがある。
【００８０】
本実施の形態において、マスク採取データ２０４は、光量取得回路１０８へも送られる。また、位置回路１０７からは、ＸＹテーブル３上での試料１の位置を示すデータが光量取得回路１０８へ送られる。
【００８１】
光量取得回路１０８では、マスク採取データ２０４が画素毎の階調値で表される。例えば、２５６段階の階調値を有するグレースケールより、０階調から２５５階調のいずれかの値が各画素に与えられる。そして、第１のセンサ２００８および第２のセンサ２００９で撮像された各画像の階調値から、これらのセンサの各光量値が求められ、さらにこれらの値から、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比（１／Ａ）が求められる。次いで、２分の１波長板２００２の角度と光量比（１／Ａ）との関係が取得され、この関係から、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比がＡ：１となる角度θが求められる。
【００８２】
光量取得回路１０８で取得された角度θの情報は、角度制御回路１４へ送られる。角度制御回路１４は、２分の１波長板２００２の角度を制御する。具体的には、角度制御回路１４は、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比がＡ：１となるように、２分の１波長板２００２に設けられた回転機構２０１０を制御して、２分の１波長板２００２の角度を調整する。
【００８３】
２分の１波長板２００２の角度が調整された後は、再び、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９によって試料１のパターンを撮像する。そして、光量取得回路１０８で第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９の各光量値を求め、これらの値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、光量取得回路１０８から光源制御回路１３４へ信号が送られる。
【００８４】
光源制御回路１３４は、光量取得回路１０８からの指示にしたがって、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９の各光量値が目標値となるよう、光源２００１から光学系に導入される光量を調整する。これにより、第１のセンサ２００８は、密パターン部に適した光量値での撮像が可能となり、第２のセンサ２００９は、疎パターン部に適した光量値での撮像が可能となる。
【００８５】
尚、図１１では、本実施の形態で必要な構成成分を記載しているが、試料１を検査するのに必要な他の公知成分が含まれていてもよい。また、本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース検査方式を例にしているが、ダイ−トゥ−ダイ検査方式では、試料１の面内で異なる領域にある同一パターンの一方の光学画像を基準画像として取り扱う。
【００８６】
次に、図１１の検査装置１００を用いて試料１を検査する方法の一例を述べる。
【００８７】
＜２分の１波長板の角度と光源の光量の調整工程＞
第１のセンサ２００８の光量値を密パターン部に適したものとし、第２のセンサ２００９の光量値を疎パターン部に適したものとするため、２分の１波長板２００２の角度を調整し、また、光源２００１の光量を調整する。具体的には、次のようにして行う。
【００８８】
まず、試料１のパターンを第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９で撮像する。撮像するパターンは、試料１の全パターンである必要はないが、密パターン部と疎パターン部が撮像されるようにする。また、検査対象となる試料１のパターンではなく、予め定めた基準となるマスクのパターンを用いてもよい。尚、光学画像の具体的取得工程については、後述する。
【００８９】
次に、第１のセンサ２００８および第２のセンサ２００９で撮像された画像の階調値から、これらのセンサの各光量値を求める。そして、これらの値から、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比（１／Ａ）を求める。次いで、２分の１波長板２００２の角度と光量比（１／Ａ）との関係を取得し、この関係から、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比がＡ：１となる角度θを求める。
【００９０】
光量取得回路１０８で取得した角度θの情報は、角度制御回路１４へ送られる。そして、角度制御回路１４によって、２分の１波長板２００２の角度が制御される。すなわち、角度制御回路１４は、第１のセンサ２００８に対する第２のセンサ２００９の光量比がＡ：１となるように、２分の１波長板２００２に設けられた回転機構２０１０を制御して、２分の１波長板２００２の角度を調整する。
【００９１】
２分の１波長板２００２の角度が調整された後は、再び、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９によって試料１のパターンを撮像する。そして、光量取得回路１０８で第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９の各光量値を求め、これらの値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、光源の光量を調整する。
【００９２】
具体的には、まず、光量取得回路１０８から光源制御回路１３４へ信号が送られる。光源制御回路１３４は、光量取得回路１０８からの指示にしたがって、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９の各光量値が目標値となるよう、光源２００１から光学系に導入される光量を調整する。これにより、第１のセンサ２００８は、密パターン部に適した光量値での撮像が可能となり、第２のセンサ２００９は、疎パターン部に適した光量値での撮像が可能となる。
【００９３】
＜光学画像取得工程＞
上記のようにして、２分の１波長板２００２の角度と光源２００１の光量を調整することにより、第１のセンサ２００８の光量値は密パターン部に適したものとなり、第２のセンサ２００９の光量値は疎パターン部に適したものとなる。そこで、この状態で検査用の光学画像を取得する。
【００９４】
試料１の光学画像は、図１１の構成部Ａで取得される。図１３は、試料１の光学画像の取得手順を説明する図である。尚、既に述べたように、光学画像は、図１２のマスク採取データ２０４に対応する。
【００９５】
図１３で試料１は、図１１のＸＹテーブル３の上に載置されているものとする。また、試料１上の検査領域は、図１３に示すように、短冊状の複数の検査領域、すなわち、ストライプ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・に仮想的に分割されている。各ストライプは、例えば、幅が数百μｍであって、長さが試料１のＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の領域とすることができる。
【００９６】
光学画像は、図１１の第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９によって、ストライプ毎に取得される。すなわち、図１３で光学画像を取得する際には、各ストライプ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・が連続的に走査されるように、ＸＹテーブル３の動作が制御される。具体的には、ＸＹテーブル３が図１３の−Ｘ方向に移動しながら、試料１の光学画像が取得される。そして、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９に、図１３に示されるような走査幅Ｗの画像が連続的に入力される。すなわち、第１のストライプ２０１における画像を取得した後、第２のストライプ２０２における画像を取得する。この場合、ＸＹテーブル３が−Ｙ方向にステップ移動した後、第１のストライプ２０１における画像の取得時の方向（−Ｘ方向）とは逆方向（Ｘ方向）に移動しながら光学画像を取得して、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９に走査幅Ｗの画像が連続的に入力される。第３のストライプ２０３における画像を取得する場合には、ＸＹテーブル３が−Ｙ方向にステップ移動した後、第２のストライプ２０２における画像を取得する方向（Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、第１のストライプ２０１における画像を取得した方向（−Ｘ方向）に、ＸＹテーブル３が移動する。尚、図１３の矢印は、光学画像が取得される方向と順序を示しており、斜線部分は、光学画像の取得が済んだ領域を表している。
【００９７】
図１１において、第１のセンサ２００８と第２のセンサ２００９に結像したパターンの像は、光電変換された後、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。その後、光学画像は、センサ回路１０６から比較回路１３３へ送られる。
【００９８】
尚、Ａ／Ｄ変換されたセンサデータは、画素毎にオフセット・ゲイン調整可能なデジタルアンプ（図示せず）に入力される。デジタルアンプの各画素用のゲインは、キャリブレーション工程で決定される。例えば、透過光用のキャリブレーション工程においては、センサが撮像する面積に対して十分に広い試料１の遮光領域を撮影中に、黒レベルを決定する。次いで、センサが撮像する面積に対して十分に広い試料１の透過光領域を撮影中に、白レベルを決定する。このとき、検査中の光量変動を見越して、例えば、白レベルと黒レベルの振幅が８ビット階調データの約４％から約９４％に相当する１０〜２４０に分布するよう、画素毎にオフセットとゲインを調整する。
【００９９】
＜参照画像生成工程＞
（１）記憶工程
ダイ−トゥ−データベース比較方式による検査の場合、欠陥判定の基準となるのは、設計パターンデータから生成する参照画像である。検査装置１００では、試料１のパターン形成時に用いた設計パターンデータが磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【０１００】
（２）展開工程
展開工程においては、図１１の展開回路１３１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された試料１の設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換する。このイメージデータは参照回路１３２に送られる。
【０１０１】
（３）フィルタ処理工程
フィルタ処理工程では、図１１の参照回路１３２によって、図形のイメージデータである設計パターンデータに適切なフィルタ処理が施される。その理由は、次の通りである。
【０１０２】
試料１のパターンは、その製造工程でコーナーの丸まりや線幅の仕上がり寸法などが加減されており、設計パターンと厳密には一致しない。また、図１１のセンサ回路１０６から得られた光学画像としてのマスク採取データ２０４は、光学系の解像特性やセンサのアパーチャ効果などによってぼやけた状態、言い換えれば、空間的なローパスフィルタが作用した状態にある。そこで、検査に先だって検査対象となるマスクを観察し、その製造プロセスや検査装置の光学系による変化を模擬したフィルタ係数を学習して、設計パターンデータに２次元のデジタルフィルタをかける。このようにして、参照画像に対し光学画像に似せる処理を行う。
【０１０３】
フィルタ係数の学習は、製造工程で決められた基準となるマスクのパターンを用いて行ってもよく、また、検査対象となる試料１のパターンの一部を用いて行ってもよい。後者であれば、学習に用いられた領域のパターン線幅やコーナーの丸まりの仕上がり具合を踏まえたフィルタ係数が取得され、マスク全体の欠陥判定基準に反映されることになる。
【０１０４】
尚、検査対象となるマスクを使用する場合、製造ロットのばらつきや、検査装置のコンディション変動といった影響を排除したフィルタ係数の学習ができるという利点がある。しかし、マスク面内で寸法変動があると、学習に用いた箇所に対しては最適なフィルタ係数になるが、他の領域に対しては必ずしも最適な係数とはならないため、疑似欠陥を生じる原因になり得る。そこで、面内での寸法変動の影響を受け難いマスクの中央付近で学習することが好ましい。あるいは、マスク面内の複数の箇所で学習を行い、得られた複数のフィルタ係数の平均値を用いてもよい。
【０１０５】
＜比較工程＞
光源２００１の光量と、２分の１波長板２００２の角度の調整によって、第１のセンサ２００８は、密パターン部に適した光量値となっており、第２のセンサ２００９は、疎パターン部に適した光量値となっている。そこで、密パターン部の検査には、第１のセンサ２００８による画像を使用し、疎パターン部の検査には、第２のセンサ２００９による画像を使用する。
【０１０６】
図１２に示すように、光学画像取得工程で取得されたマスク採取データ２０４は、比較回路１３３へ送られる。ここで、マスク採取データ２０４には、第１のセンサ２００８で撮像されたデータと、第２のセンサ２００９で撮像されたデータとがある。また、参照回路１３２からは、参照データが比較回路１３３へ送られる。
【０１０７】
比較回路１３３では、マスク採取データ２０４と参照データとが、ダイ−トゥ−データベース方式によって比較される。具体的には、撮像されたストライプデータが検査フレーム単位に切り出され、検査フレーム毎に、欠陥判定の基準となるデータと適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。このとき、試料１の密パターン部については、第１のセンサ２００８で撮像したマスク採取データ２０４を参照データと比較する。一方、試料１の疎パターン部については、第２のセンサ２００９で撮像したマスク採取データ２０４を参照データと比較する。
【０１０８】
比較の結果、マスク採取データ２０４と参照データとの差が所定の閾値を超える場合、その箇所は欠陥と判定される。欠陥に関する情報は、マスク検査結果２０５として保存される。例えば、制御計算機１１０によって、欠陥の座標、欠陥判定の根拠となった光学画像などが、マスク検査結果２０５として磁気ディスク装置１０９に保存される。
【０１０９】
欠陥判定は、より具体的には、次の２種類の方法により行うことができる。１つは、参照画像における輪郭線の位置と、光学画像における輪郭線の位置との間に、所定の閾値寸法を超える差が認められる場合に欠陥と判定する方法である。他の１つは、参照画像におけるパターンの線幅と、光学画像におけるパターンの線幅との比率が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する方法である。この方法では、参照画像におけるパターン間の距離と、光学画像におけるパターン間の距離との比率を対象としてもよい。
【０１１０】
その後、図１２に示すように、マスク検査結果２０５はレビュー装置５００に送られる。レビューは、オペレータによって、検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかを判断する動作である。オペレータは、例えば、欠陥判定の根拠となった参照画像と、欠陥が含まれる光学画像とを見比べて、修正の必要な欠陥であるか否かを判断する。そして、レビュー工程を経て判別された欠陥情報も、図１１の磁気ディスク装置１０９に保存される。レビュー装置５００で１つでも修正すべき欠陥が確認されると、試料１は、欠陥情報リスト２０７とともに、検査装置１００の外部装置である修正装置６００に送られる。修正方法は、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって異なるので、欠陥情報リスト２０７には、凹凸の区別を含む欠陥の種別と欠陥の座標が添付される。
【０１１１】
以上述べたように、本実施の形態では、検査対象である試料に直線偏光を照射するので、解像度の高い光学画像が得られる。また、本実施の形態では、２分の１波長板の角度と光源の光量を調整して、第１のセンサの光量値を密パターン部の画像を得るのに適したものとし、第２のセンサの光量値を疎パターン部の画像を得るのに適したものとする。そして、密パターン部の検査には、第１のセンサによる画像を使用し、疎パターン部の検査には、第２のセンサによる画像を使用する。これにより、密パターン部と疎パターン部の何れに対しても精度よく検査することのできる検査装置と検査方法が提供される。
【０１１２】
実施の形態２．
実施の形態１では、直線偏光によって検査対象を照明したが、円偏光によって検査対象を照明してもよい。直線偏光で検査対象を照明すると、高い解像度の光学画像が得られるが、その解像特性には方向性が生じる。円偏光で照明することにより、かかる方向性をなくすことができる。
【０１１３】
図１４は、本実施の形態の検査装置における光学系の構成を示す模式図である。尚、本実施の形態の検査装置は、実施の形態１で説明した図５の光学系を図１４の光学系に代える以外は、図１１の構成と同じとすることができる。
【０１１４】
まず、照明光学系について説明する。
【０１１５】
図１４において、光源３００１としては、直線偏光を出射するレーザ光源を用いることができる。光源３００１から出射された光は、２分の１波長板３００２によって位相を９０°回転させた後、分岐素子としてのロションプリズム３００３に入射する。このとき、ロションプリズム３００３に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量とが等しくなるように、２分の１波長板３００２の角度を設定する。
【０１１６】
ロションプリズム３００３は、ｐ偏光成分（Ｌｐ）についてはまっすぐに透過させるが、ｓ偏光成分（Ｌｓ）については元々の光軸から変位させて透過させる。尚、本実施の形態の分岐素子としては、互いに直交する偏光成分を２つに分岐するものであれば、ロションプリズム３００３以外の偏光プリズムを用いてもよい。
【０１１７】
ロションプリズム３００３を透過した光は、続いて４分の１波長板３０００に入射する。４分の１波長板３０００は、直線偏光を円偏光に変える。その後、ｐ偏光（Ｌｐ）とｓ偏光（Ｌｓ）は、ハーフミラー３００４で反射した後、対物レンズ３００５を介して、検査対象となるマスク３００６を照明する。
【０１１８】
マスク３００６は、図１の構成のものとすることができるが、本発明では特に図３に示すようなＥＵＶマスクが好適である。マスク３００６には、ライン・アンド・スペースパターンなどの所定のパターンが設けられている。マスク３００６が図３に示す構成である場合、反射層（多層膜９４）の上の吸収層（膜９５）がパターニングされた層である。また、マスク３００６に設けられたパターンの密度は一定ではなく、例えば、半導体チップのメモリマット部などのようにパターン密度の高い領域と、周辺回路部などのようにパターン密度の低い領域とが混在している。
【０１１９】
マスク３００６で反射した光は、対物レンズ３００５とハーフミラー３００４を透過した後、結像光学系に入射する。
【０１２０】
図１４において、結像光学系には、撮像素子として２つのセンサ（３００８，３００９）が設けられている。センサには、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。
【０１２１】
マスク３００６で反射したｓ偏光（Ｌｓ）は、第１のセンサ３００８に入射する。一方、マスク３００６で反射したｐ偏光（Ｌｐ）は、ハーフミラー３００７によって光路を変えられて、第２のセンサ３００９に入射する。
【０１２２】
第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９は、マスク３００６の同じ画像を撮像する。ここで、吸収層のパターンには、図３に示すような密パターン部と疎パターン部がある。本実施の形態においても、実施の形態１で説明した図６に示す方法にしたがって、これらのセンサの光量値を調整する。具体的には、光源３００１の光量と、２分の１波長板３００２の角度を調整して、第１のセンサ３００８が密パターン部に適した光量値となるようにし、第２のセンサ３００９が疎パターン部に適した光量値となるようにする。
【０１２３】
すなわち、まず、ロションプリズム３００３に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量とが等しくなるように、２分の１波長板３００２の角度が設定される。次に、第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９によって、マスク３００６のパターンを撮像する。撮像するパターンは、マスク３００６の全パターンである必要はないが、密パターン部と疎パターン部が撮像されるようにする。また、マスク３００６のパターンではなく、予め定めた基準となるマスクのパターンを用いてもよい。
【０１２４】
続いて、パターンの疎密に関係なく、（１）第１のセンサ３００８の光量値が飽和に達しているか、あるいは、（２）第２のセンサ３００９の光量値が不足している、すなわち、十分なコントラストが得られる量に達していないかを判定する。いずれか一方に該当すれば、光源３００１から光学系に導入される光量を調整する。その後、再び判定し、（１）および（２）のいずれにも該当しなくなるまで光源３００１の光量を調整する。
【０１２５】
次に、密パターン部における第１のセンサ３００８の画像と、疎パターン部における第２のセンサ３００９の画像とから、第１のセンサ３００８に対する第２のセンサ３００９の光量比（１／Ａ）を求める。次いで、２分の１波長板３００２の角度と光量比（１／Ａ）との関係を求めて、この関係から、２分の１波長板３００２の角度を、第１のセンサ３００８に対する第２のセンサ３００９の光量比がＡ：１となる角度に調整する。第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９の各光量値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、光源３００１から光学系に導入される光量を調整する。その後、再び判定し、各光量値が目標値に達するまで光源３００１の光量を調整する。
【０１２６】
以上のようにして、第１のセンサ３００８を、密パターン部に適した光量値でパターンを撮像するようにすることができ、また、第２のセンサ３００９を、疎パターン部に適した光量値で撮像するようにすることができる。
【０１２７】
上述した通り、図１４の光学系は、図１１の検査装置に適用することができる。その場合、図１４の照明光学系を透過型に変えてもよい。すなわち、図１４では、マスク３００６で反射した光を第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９に導く構成としているが、マスク３００６の上方から光を照射し、マスク３００６を透過した光をこれらのセンサに導く構成としてもよい。さらに、両者を組み合わせれば、透過光と反射光による各光学画像を同時に取得することが可能である。
【０１２８】
また、本実施の形態の検査装置には、試料１を検査するのに必要な他の公知成分が含まれていてもよい。さらに、本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース検査方式を例にしているが、ダイ−トゥ−ダイ検査方式では、試料１の面内で異なる領域にある同一パターンの一方の光学画像を基準画像として取り扱う。
【０１２９】
また、上記の検査装置を用いた検査方法は、次のようにして実施できる。尚、下記では、図１１および図１４を参照しながら説明する。
【０１３０】
＜２分の１波長板の角度と光源の光量の調整工程＞
図１４の第１のセンサ３００８の光量値を密パターン部に適したものとし、第２のセンサ３００９の光量値を疎パターン部に適したものとするため、２分の１波長板３００２の角度を調整し、また、光源３００１の光量を調整する。具体的には、次のようにして行う。
【０１３１】
まず、マスク３００６のパターンを第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９で撮像する。撮像するパターンは、試料１の全パターンである必要はないが、密パターン部と疎パターン部が撮像されるようにする。また、検査対象となる試料１のパターンではなく、予め定めた基準となるマスクのパターンを用いてもよい。尚、光学画像の具体的取得工程については、後述する。
【０１３２】
次に、第１のセンサ３００８および第２のセンサ３００９で撮像された画像の階調値から、これらのセンサの各光量値を求める。そして、これらの値から、第１のセンサ３００８に対する第２のセンサ３００９の光量比（１／Ａ）を求める。次いで、２分の１波長板３００２の角度と光量比（１／Ａ）との関係を取得し、この関係から、第１のセンサ３００８に対する第２のセンサ３００９の光量比がＡ：１となる角度θを求める。次いで、２分の１波長板３００２の角度がθに調整される。
【０１３３】
その後、再び、第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９によってマスク３００６のパターンを撮像する。そして、第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９の各光量値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、光源３００１の光量を調整する。これにより、第１のセンサ３００８は、密パターン部に適した光量値での撮像が可能となり、第２のセンサ３００９は、疎パターン部に適した光量値での撮像が可能となる。
【０１３４】
＜光学画像取得工程＞
上記のようにして、２分の１波長板３００２の角度と光源３００１の光量を調整することにより、第１のセンサ３００８の光量値は密パターン部に適したものとなり、第２のセンサ３００９の光量値は疎パターン部に適したものとなる。そこで、この状態で検査用の光学画像を取得する。これは、実施の形態１で図１３を用いて説明したのと同様の手順で取得される。本実施の形態では、マスク３００６を円偏光で照明するので、方向性のない解像特性の光学画像が得られる。
【０１３５】
第１のセンサ３００８と第２のセンサ３００９に結像したパターンの像は、光電変換された後、図１１のセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。その後、光学画像は、センサ回路１０６から比較回路１３３へ送られる。
【０１３６】
＜参照画像生成工程＞
（１）記憶工程
ダイ−トゥ−データベース比較方式による検査の場合、欠陥判定の基準となるのは、設計パターンデータから生成する参照画像である。マスク３００６のターン形成時に用いた設計パターンデータは、図１１の磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【０１３７】
（２）展開工程
展開工程においては、図１１の展開回路１３１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換する。このイメージデータは参照回路１３２に送られる。
【０１３８】
（３）フィルタ処理工程
フィルタ処理工程では、図１１の参照回路１３２によって、図形のイメージデータである設計パターンデータに適切なフィルタ処理が施される。フィルタ係数の学習は、製造工程で決められた基準となるマスクのパターンを用いて行ってもよく、また、検査対象となるマスク３００６のパターンの一部を用いて行ってもよい。後者であれば、学習に用いられた領域のパターン線幅やコーナーの丸まりの仕上がり具合を踏まえたフィルタ係数が取得され、マスク３００６全体の欠陥判定基準に反映されることになる。尚、その場合、面内での寸法変動の影響を受け難いマスク３００６の中央付近で学習することが好ましい。あるいは、マスク３００６面内の複数の箇所で学習を行い、得られた複数のフィルタ係数の平均値を用いてもよい。
【０１３９】
＜比較工程＞
光源３００１の光量と、２分の１波長板３００２の角度の調整によって、第１のセンサ３００８は、密パターン部に適した光量値となっており、第２のセンサ３００９は、疎パターン部に適した光量値となっている。そこで、密パターン部の検査には、第１のセンサ３００８による画像を使用し、疎パターン部の検査には、第２のセンサ３００９による画像を使用する。
【０１４０】
図１１の比較回路１３３において、光学画像と参照画像とが、ダイ−トゥ−データベース方式によって比較される。このとき、マスク３００６の密パターン部については、第１のセンサ３００８で撮像した光学画像を参照画像と比較する。一方、マスク３００６の疎パターン部については、第２のセンサ３００９で撮像した光学画像を参照画像と比較する。
【０１４１】
比較の結果、光学画像と参照画像との差が所定の閾値を超える場合、その箇所は欠陥と判定される。欠陥に関する情報は、マスク検査結果として保存される。例えば、図１１の制御計算機１１０によって、欠陥の座標、欠陥判定の根拠となった光学画像などが、マスク検査結果として磁気ディスク装置１０９に保存される。
【０１４２】
その後、マスク検査結果はレビュー装置に送られ、オペレータによって、検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかを判断される。そして、レビュー工程を経て判別された欠陥情報も、図１１の磁気ディスク装置１０９に保存される。レビュー装置で１つでも修正すべき欠陥が確認されると、マスク３００６は、欠陥情報リストとともに、検査装置の外部装置である修正装置に送られる。
【０１４３】
本実施の形態では、検査対象である試料に円偏光を照射するので、方向性のない解像特性の光学画像が得られる。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、２分の１波長板の角度と光源の光量を調整して、第１のセンサの光量値を密パターン部の画像を得るのに適したものとし、第２のセンサの光量値を疎パターン部の画像を得るのに適したものとする。そして、密パターン部の検査には、第１のセンサによる画像を使用し、疎パターン部の検査には、第２のセンサによる画像を使用する。これにより、密パターン部と疎パターン部の何れに対しても精度よく検査することのできる検査装置と検査方法が提供される。
【０１４４】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、照明光学系に偏光プリズムを配置して、光源からの光を２つに分岐した。本実施の形態では、結像光学系で光を分岐する例について述べる。
【０１４５】
図１５は、本実施の形態の検査装置における光学系の構成を示す模式図である。
【０１４６】
まず、照明光学系について説明する。図１５の光源４００１としては、レーザ光源を用いることができる。光源４００１から出射された光は、ハーフミラー４００２で反射した後、対物レンズ４００３を介して、検査対象となるマスク４００４を照明する。次いで、マスク４００４で反射した光は、対物レンズ４００３とハーフミラー４００２を透過した後、結像光学系に入射する。
【０１４７】
図１５において、結像光学系には、２分の１波長板４００５と、分岐素子としての偏光ビームスプリッタ４００６と、撮像素子として２つのセンサ（４００７，４００８）とが設けられている。センサには、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。
【０１４８】
光源４００１から出射された直線偏光は、２分の１波長板４００５で位相を９０°回転させた後、偏光ビームスプリッタ４００６に入射する。このとき、偏光ビームスプリッタ４００６に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量とが等しくなるように、２分の１波長板４００５の角度を設定する。偏光ビームスプリッタ４００６は、ｐ偏光成分（Ｌｐ）を透過するが、ｓ偏光成分（Ｌｓ）を反射する。尚、本実施の形態の分岐素子としては、入射光をその偏光成分によって分離するものであれば、偏光ビームスプリッタ４００６以外の偏光フィルタを用いてもよい。
【０１４９】
マスク４００４で反射したｐ偏光（Ｌｐ）は、偏光ビームスプリッタ４００６を透過して、第１のセンサ４００７に入射する。一方、マスク４００４で反射したｓ偏光（Ｌｓ）は、偏光ビームスプリッタ４００６で反射されて、第２のセンサ４００８に入射する。
【０１５０】
マスク４００４は、図３に示すようなＥＵＶマスクとすることができる。但し、これに限られるものではなく、例えば、図１に示すような構成のマスクであってもよく、また、ウェハなどであってもよい。
【０１５１】
マスク４００４がＥＵＶマスクである場合、ガラス基板上には反射層が形成されており、反射層の上にはパターニングされた吸収層が形成されている。反射層は、例えば、モリブデンとシリコンからなる多層膜が所定の層数で積層されたものである。吸収層は、ＥＵＶ光に対する吸収係数の高い材料からなる。尚、反射層と吸収層の間には、緩衝膜を設けることができる。これにより、吸収層のパターニングや欠陥修正の際に、反射層が受けるダメージを軽減することができる。
【０１５２】
図１５の第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８は、マスク４００４の同じ画像を撮像する。ここで、マスク４００４のパターン、例えば、吸収層のパターンには、図３に示すような密パターン部と疎パターン部がある。本実施の形態では、以下の方法にしたがって、第１のセンサ４００７が、密パターン部に適した光量値でパターンを撮像するようにする。また、第２のセンサ４００８が、疎パターン部に適した光量値で撮像するようにする。これらは、具体的には、光源４００１の光量と、２分の１波長板４００５の角度とを調整することによって行われる。
【０１５３】
図１６は、本実施の形態における検査方法の要部となる、光源４００１の光量と２分の１波長板４００５の角度の調整方法を示すフローチャートである。
【０１５４】
図１６において、Ｓ２０１では、図１５の偏光ビームスプリッタ４００６に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量とが等しくなるように、２分の１波長板４００５の角度が設定される。
【０１５５】
次に、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８によって、マスク４００４のパターンを撮像する（Ｓ２０２）。
【０１５６】
続いて、パターンの疎密に関係なく、（１）第１のセンサ４００７の光量値が飽和に達しているか、あるいは、（２）第２のセンサ４００８の光量値が不足している、すなわち、十分なコントラストが得られる量に達していないかを判定する（Ｓ２０３）。いずれか一方に該当すれば、Ｓ２０４に進んで、図１５の光源４００１から光学系に導入される光量を調整する。その後、再びＳ２０３に戻って判定し、（１）および（２）のいずれにも該当しなくなるまで、Ｓ２０３とＳ２０４の工程を繰り返す。
【０１５７】
Ｓ２０３の判定で、（１）および（２）のいずれにも該当しない場合には、Ｓ２０５に進む。Ｓ２０５では、密パターン部における第１のセンサ４００７の画像と、疎パターン部における第２のセンサ４００８の画像とから、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比（１／Ａ）を求める。
【０１５８】
次いで、２分の１波長板４００５の角度と光量比（１／Ａ）との関係を用いて、２分の１波長板４００５の角度を、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比がＡ：１となる角度θに調整する（Ｓ２０６）。
【０１５９】
Ｓ２０７での判定の結果、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８の各光量値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、Ｓ２０８に進んで、光源４００１から光学系に導入される光量を調整する。その後、再びＳ２０７に戻って判定し、各光量値が目標値に達するまでＳ２０７とＳ２０８の工程を繰り返す。そして、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８の各光量値がいずれも目標値に達した後は、一連の調整工程を終了する。
【０１６０】
以上の工程によって、第１のセンサ４００７を、密パターン部に適した光量値でパターンを撮像するようにすることができる。また、第２のセンサ４００８を、疎パターン部に適した光量値で撮像するようにすることができる。
【０１６１】
次に、本実施の形態の検査装置について説明する。
【０１６２】
図１７は、本実施の形態における検査装置１００’の構成図である。尚、図１７において、図１１と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。尚、図１７では、本実施の形態で必要な構成成分を記載しているが、検査に必要な他の公知成分が含まれていてもよい。また、本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース検査方式を例にしているが、ダイ−トゥ−ダイ検査方式では、検査対象の面内で異なる領域にある同一パターンの一方の光学画像が基準画像として取り扱われる。
【０１６３】
図１７に示すように、検査装置１００’は、光学画像取得部を構成する構成部Ａと、構成部Ａで取得された光学画像を用いて検査に必要な処理等を行う構成部Ｂとを有する。
【０１６４】
構成部Ａには、図１６に示す光学系が設けられている。また光学系以外にも、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動可能なＸＹテーブル３と、センサ回路１０６’と、レーザ測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。尚、ＸＹテーブル３は、回転方向にも移動可能な構造とすることができる。
【０１６５】
構成部Ａでは、検査対象となる試料１の光学画像、すなわち、マスク採取データが取得される。マスク採取データは、試料１の設計パターンデータに含まれる図形データに基づく図形が描画されたマスクの画像である。例えば、マスク採取データは、８ビットの符号なしデータであって、各画素の明るさの階調を表現する。
【０１６６】
検査対象となる試料１は、Ｚテーブル２の上に載置される。Ｚテーブル２は、ＸＹテーブル３の上に設けられており、ＸＹテーブル３とともに水平方向にも移動可能である。
【０１６７】
試料１は、マスクまたはウェハなどとすることができるが、本発明では特にＥＵＶマスクが好適である。試料１には、ライン・アンド・スペースパターンなどの所定のパターンが設けられている。試料１が図３に示すようなＥＵＶマスクである場合、反射層３の上の吸収層５がパターニングされた層である。また、試料１に設けられたパターンの密度は一定ではなく、例えば、半導体チップのメモリマット部などのようにパターン密度の高い領域と、周辺回路部などのようにパターン密度の低い領域とが混在している。
【０１６８】
試料１は、Ｚテーブル２に設けられた支持部材により、３点で支持されることが好ましい。試料１を４点で支持する場合には、支持部材に対して高精度の高さ調整が必要となる。また、高さ調整が不十分であると、試料１が変形するおそれがある。これに対して、３点支持によれば、試料１の変形を最小限に抑えながら、試料１を支持することができる。支持部材は、例えば、頭面が球状のボールポイントを用いて構成される。また、例えば、３つの支持部材のうちの２つの支持部材は、試料１の四隅のうちの対角でない、隣接する二隅で試料１に接する。３つの支持部材のうちの残る１つの支持部材は、他の２つの支持部材が配置されていない二隅の間の領域に配置される。
【０１６９】
光源４００１は、試料１に対して、その光学画像を取得するための光を照射する。光源４００１としては、例えば、直線偏光を出射するレーザ光源を用いることができる。
【０１７０】
光源４００１から出射された直線偏光は、ハーフミラー４００２で反射した後、対物レンズ４００３を介して、検査対象となる試料１を照明する。次いで、試料１で反射した光は、対物レンズ４００３とハーフミラー４００２を透過した後、結像光学系に入射する。
【０１７１】
結像光学系には、２分の１波長板４００５と、偏光ビームスプリッタ４００６と、第１のセンサ４００７と、第２のセンサ４００８とが設けられている。これらのセンサには、例えば、ＣＣＤカメラを一列に並べたラインセンサが用いられる。ラインセンサの例としては、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが挙げられる。
【０１７２】
光源４００１から出射された直線偏光は、２分の１波長板４００５で位相を９０°回転させた後、偏光ビームスプリッタ４００６に入射する。このとき、偏光ビームスプリッタ４００６に入射するｐ偏光（Ｌｐ）の量とｓ偏光（Ｌｓ）の量が等しくなるように、２分の１波長板４００５の角度を設定する。偏光ビームスプリッタ４００６は、ｐ偏光成分（Ｌｐ）を透過するが、ｓ偏光成分（Ｌｓ）を反射する。尚、入射光をその偏光成分によって分離するものであれば、偏光ビームスプリッタ４００６以外の偏光フィルタを用いてもよい。
【０１７３】
試料１で反射したｐ偏光（Ｌｐ）は、偏光ビームスプリッタ４００６を透過して、第１のセンサ４００７に入射する。一方、試料１で反射したｓ偏光（Ｌｓ）は、偏光ビームスプリッタ４００６で反射されて、第２のセンサ４００８に入射する。
【０１７４】
尚、上記の光学系は、試料１で反射した光をセンサに導く構成であるが、試料１の上方から光を照射し、試料１を透過した光をセンサに導く構成にしてもよい。両者を組み合わせれば、透過光と反射光による各光学画像を同時に取得することが可能である。
【０１７５】
構成部Ｂでは、検査装置１００’全体の制御を司る制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、光量取得部の一例となる光量取得回路１０８’、角度制御回路１４’、展開回路１３１、参照回路１３２、比較回路１３３、光源制御部の一例となる光源制御回路１３４’、オートローダ制御回路１１３、ＸＹテーブル制御回路１１４ａ、Ｚテーブル制御回路１１４ｂ、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置１１６、ディスプレイ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。
【０１７６】
図１７において、センサ回路１０６’、位置回路１０７、光量取得回路１０８’、角度制御回路１４’、展開回路１３１、参照回路１３２、比較回路１３３、光源制御回路１３４’、オートローダ制御回路１１３、ＸＹテーブル制御回路１１４ａ、Ｚテーブル制御回路１１４ｂといった各回路は、電気的回路で構成される。但し、検査装置１００’は、必ずしもこれらの電気的回路を必要とせず、それらの少なくとも一部を、同様の処理を制御計算機１１０によって行うことのできるソフトウェアに代えてもよい。また、電気的回路とソフトウェアの組み合わせとすることも可能である。尚、本願明細書において、「〜部」は、「〜回路」を包含する概念であり、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成したり、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やファームウェアとの組合せとによって実施されたりするものであってもよい。プログラムにより構成される場合、このプログラムは、例えば、磁気ディスク装置１０９に記録される。
【０１７７】
Ｚテーブル２は、Ｚテーブル制御回路１１４ｂによって制御されたモータ１７ｂによって駆動される。また、ＸＹテーブル３は、ＸＹテーブル制御回路１１４ａによって制御されたモータ１７ａによって駆動される。尚、上記の各モータには、例えば、ステップモータが用いられる。
【０１７８】
制御計算機１１０は、ＸＹテーブル制御回路１１４ａとＺテーブル制御回路１１４ｂをそれぞれ制御して、ＸＹテーブル３とＺテーブル２を駆動する。ＸＹテーブル３の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定されて位置回路１０７へ送られる。
【０１７９】
また、制御計算機１１０は、オートローダ制御回路１１３を制御して、オートローダ１３０を駆動する。オートローダ１３０は、試料１を自動的に搬送し、検査終了後には自動的に試料１を搬出する。
【０１８０】
データベース方式の基準データとなる設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９に格納されており、検査の進行に合わせて読み出されて展開回路１３１に送られる。尚、設計パターンデータは、実施の形態１で図１２を用いて説明した通りである。
【０１８１】
展開回路１３１では、設計パターンデータがイメージデータ（ビットパターンデータ）に変換される。
【０１８２】
展開回路１３１で変換されたイメージデータは、参照画像生成部としての参照回路１３２に送られて、参照画像（参照データとも称する。）の生成に用いられる。
【０１８３】
センサ回路１０６’から出力されたマスク採取データは、位置回路１０７から出力されたＸＹテーブル３上での試料１の位置を示すデータとともに、比較回路１３３に送られる。また、上述した参照画像も比較回路１３３に送られる。
【０１８４】
比較回路１３３では、マスク採取データと参照データとが、適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。図１７の構成であれば、反射画像同士での比較となるが、透過光学系を用いた構成であれば、透過画像同士での比較、あるいは、反射と透過を組み合わせた比較判定アルゴリズムが用いられる。比較の結果、両者の差異が所定の閾値を超えた場合、その箇所が欠陥と判定される。
【０１８５】
また、マスク採取データは、光量取得回路１０８’へも送られる。また、位置回路１０７からは、ＸＹテーブル３上での試料１の位置を示すデータが光量取得回路１０８’へ送られる。
【０１８６】
光量取得回路１０８’では、マスク採取データが画素毎の階調値で表される。例えば、２５６段階の階調値を有するグレースケールより、０階調から２５５階調のいずれかの値が各画素に与えられる。そして、第１のセンサ４００７および第２のセンサ４００８で撮像された各画像の階調値から、これらのセンサの各光量値が求められ、さらにこれらの値から、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比（１／Ａ）が求められる。次いで、２分の１波長板４００５の角度と光量比（１／Ａ）との関係が取得され、この関係から、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比がＡ：１となる角度θが求められる。
【０１８７】
光量取得回路１０８’で取得された角度θの情報は、角度制御回路１４’へ送られる。角度制御回路１４’は、２分の１波長板４００５の角度を制御する。具体的には、角度制御回路１４’は、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比がＡ：１となるように、２分の１波長板４００５に設けられた回転機構４００９を制御して、２分の１波長板４００５の角度を調整する。
【０１８８】
２分の１波長板４００５の角度が調整された後は、再び、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８によって試料１のパターンを撮像する。そして、光量取得回路１０８’で第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８の各光量値を求め、これらの値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、光量取得回路１０８’から光源制御回路１３４’へ信号が送られる。
【０１８９】
光源制御回路１３４’は、光量取得回路１０８’からの指示にしたがって、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８の各光量値が目標値となるよう、光源４００１から光学系に導入される光量を調整する。これにより、第１のセンサ４００７は、密パターン部に適した光量値での撮像が可能となり、第２のセンサ４００８は、疎パターン部に適した光量値での撮像が可能となる。
【０１９０】
次に、図１７の検査装置１００’を用いて試料１を検査する方法の一例を述べる。
【０１９１】
＜２分の１波長板の角度と光源の光量の調整工程＞
第１のセンサ４００７の光量値を密パターン部に適したものとし、第２のセンサ４００８の光量値を疎パターン部に適したものとするため、２分の１波長板４００５の角度を調整し、また、光源４００１の光量を調整する。具体的には、次のようにして行う。
【０１９２】
まず、試料１のパターンを第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８で撮像する。撮像するパターンは、試料１の全パターンである必要はないが、密パターン部と疎パターン部が撮像されるようにする。また、検査対象となる試料１のパターンではなく、予め定めた基準となるマスクのパターンを用いてもよい。
【０１９３】
次に、第１のセンサ４００７および第２のセンサ４００８で撮像された画像の階調値から、これらのセンサの各光量値を求める。そして、これらの値から、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比（１／Ａ）を求める。次いで、２分の１波長板４００５の角度と光量比（１／Ａ）との関係を取得し、この関係から、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比がＡ：１となる角度θを求める。
【０１９４】
光量取得回路１０８’で取得した角度θの情報は、角度制御回路１４’へ送られる。そして、角度制御回路１４’によって、２分の１波長板４００５の角度が制御される。すなわち、角度制御回路１４’は、第１のセンサ４００７に対する第２のセンサ４００８の光量比がＡ：１となるように、２分の１波長板４００５に設けられた回転機構４００９を制御して、２分の１波長板４００５の角度を調整する。
【０１９５】
２分の１波長板４００５の角度が調整された後は、再び、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８によって試料１のパターンを撮像する。そして、光量取得回路１０８’で第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８の各光量値を求め、これらの値が目標値に対して大き過ぎたり、小さ過ぎたりする場合には、光源の光量を調整する。
【０１９６】
具体的には、まず、光量取得回路１０８’から光源制御回路１３４’へ信号が送られる。光源制御回路１３４’は、光量取得回路１０８’からの指示にしたがって、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８の各光量値が目標値となるよう、光源４００１から光学系に導入される光量を調整する。これにより、第１のセンサ４００７は、密パターン部に適した光量値での撮像が可能となり、第２のセンサ４００８は、疎パターン部に適した光量値での撮像が可能となる。
【０１９７】
＜光学画像取得工程＞
上記のようにして、２分の１波長板４００５の角度と光源４００１の光量を調整することにより、第１のセンサ４００７の光量値は密パターン部に適したものとなり、第２のセンサ４００８の光量値は疎パターン部に適したものとなる。そこで、この状態で検査用の光学画像を取得する。
【０１９８】
試料１の光学画像は、図１７の構成部Ａで取得される。具体的な取得手順は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【０１９９】
図１７において、第１のセンサ４００７と第２のセンサ４００８に結像したパターンの像は、光電変換された後、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。その後、光学画像は、センサ回路１０６’から比較回路１３３へ送られる。
【０２００】
＜参照画像生成工程＞
（１）記憶工程
ダイ−トゥ−データベース比較方式による検査の場合、欠陥判定の基準となるのは、設計パターンデータから生成する参照画像である。検査装置１００’では、試料１のパターン形成時に用いた設計パターンデータが磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【０２０１】
（２）展開工程
展開工程においては、図１７の展開回路１３１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された試料１の設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換する。このイメージデータは参照回路１３２に送られる。
【０２０２】
（３）フィルタ処理工程
フィルタ処理工程では、図１７の参照回路１３２によって、図形のイメージデータである設計パターンデータに適切なフィルタ処理が施される。フィルタ係数の学習は、製造工程で決められた基準となるマスクのパターンを用いて行ってもよく、また、検査対象となる試料１のパターンの一部を用いて行ってもよい。後者であれば、学習に用いられた領域のパターン線幅やコーナーの丸まりの仕上がり具合を踏まえたフィルタ係数が取得され、マスク全体の欠陥判定基準に反映されることになる。また、試料１を使用する場合、製造ロットのばらつきや、検査装置のコンディション変動といった影響を排除したフィルタ係数の学習ができるという利点がある。しかし、試料１の面内で寸法変動があると、学習に用いた箇所に対しては最適なフィルタ係数になるが、他の領域に対しては必ずしも最適な係数とはならないため、疑似欠陥を生じる原因になり得る。そこで、面内での寸法変動の影響を受け難い試料１の中央付近で学習することが好ましい。あるいは、試料１の面内の複数の箇所で学習を行い、得られた複数のフィルタ係数の平均値を用いてもよい。
【０２０３】
＜比較工程＞
光源４００１の光量と、２分の１波長板４００５の角度の調整によって、第１のセンサ４００７は、密パターン部に適した光量値となっており、第２のセンサ４００８は、疎パターン部に適した光量値となっている。そこで、密パターン部の検査には、第１のセンサ４００７による画像を使用し、疎パターン部の検査には、第２のセンサ４００８による画像を使用する。
【０２０４】
光学画像取得工程で取得されたマスク採取データは、比較回路１３３へ送られる。ここで、マスク採取データには、第１のセンサ４００７で撮像されたデータと、第２のセンサ４００８で撮像されたデータとがある。また、参照回路１３２からは、参照データが比較回路１３３へ送られる。
【０２０５】
比較回路１３３では、マスク採取データと参照データとが、ダイ−トゥ−データベース方式によって比較される。具体的には、撮像されたストライプデータが検査フレーム単位に切り出され、検査フレーム毎に、欠陥判定の基準となるデータと適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。このとき、試料１の密パターン部については、第１のセンサ４００７で撮像したマスク採取データを参照データと比較する。一方、試料１の疎パターン部については、第２のセンサ４００８で撮像したマスク採取データを参照データと比較する。
【０２０６】
比較の結果、マスク採取データと参照データとの差が所定の閾値を超える場合、その箇所は欠陥と判定される。欠陥に関する情報は、マスク検査結果として保存される。例えば、制御計算機１１０によって、欠陥の座標、欠陥判定の根拠となった光学画像などが、マスク検査結果として磁気ディスク装置１０９に保存される。
【０２０７】
その後、マスク検査結果はレビュー装置に送られ、オペレータによって、検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかが判断される。そして、レビュー工程を経て判別された欠陥情報も、図１７の磁気ディスク装置１０９に保存される。レビュー装置で１つでも修正すべき欠陥が確認されると、試料１は、欠陥情報リストとともに、検査装置１００’の外部装置である修正装置に送られる。修正方法は、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって異なるので、欠陥情報リストには、凹凸の区別を含む欠陥の種別と欠陥の座標が添付される。
【０２０８】
以上述べたように、本実施の形態では、結像光学系に偏光ビームスプリッタを配置してセンサの直前で光を分岐するので、第１のセンサと第２のセンサにそれぞれ入射する光の制御が容易になる。また、本実施の形態においても、２分の１波長板の角度と光源の光量を調整して、第１のセンサの光量値を密パターン部の画像を得るのに適したものとし、第２のセンサの光量値を疎パターン部の画像を得るのに適したものとする。そして、密パターン部の検査には、第１のセンサによる画像を使用し、疎パターン部の検査には、第２のセンサによる画像を使用する。これにより、密パターン部と疎パターン部の何れに対しても精度よく検査することのできる検査装置と検査方法が提供される。
【０２０９】
尚、本発明は上記各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。
【０２１０】
例えば、上記各実施の形態における２分の１波長板や分岐素子、さらに実施の形態２における４分の１波長板は、検査装置から取り外し可能な構造とすることができる。これらを取り外すと、検査対象となる試料で反射または透過した光は分岐されずに第１のセンサおよび第２のセンサのいずれか一方に入射する。したがって、パターン密度に応じて複数の光学画像を取得して基準画像と比較する必要のない試料、例えば、パターンの微細度が高くないマスクなどを検査する場合には、この構成の検査装置を使用することができる。この場合、検査装置には、２分の１波長板、分岐素子、４分の１波長板を移動させるための駆動機構を設けることが好ましく、さらに、かかる駆動機構を検査装置の制御計算機によって制御できるようにすることがより好ましい。
【０２１１】
また、上記各実施の形態では、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、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ことは言うまでもない。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての焦点位置検出装置、焦点位置検出方法、検査装置および検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０２１２】
１  試料
２  Ｚテーブル
３  ＸＹテーブル
１４，１４’  角度制御回路
１７ａ，１７ｂ  モータ
２０１，２０２，２０３，２０４  ストライプ
９１，９３  ガラス基板
９２，９５  膜
９４  多層膜
１００，１００’  検査装置
１０６，１０６’  センサ回路
１０７  位置回路
１０８，１０８’  光量取得回路
１０９  磁気ディスク装置
１１０  制御計算機
１１３  オートローダ制御回路
１１４ａ  ＸＹテーブル制御回路
１１４ｂ  Ｚテーブル制御回路
１１５  磁気テープ装置
１１６  フレキシブルディスク装置
１１７  ディスプレイ
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
１３０  オートローダ
１３１  展開回路
１３２  参照回路
１３３  比較回路
１３４，１３４’  光源制御回路
２０１  ＣＡＤデータ
２０２  設計中間データ
２０３  フォーマットデータ
２０４  マスク採取データ
２０５  マスク検査結果
２０７  欠陥情報リスト
５００  レビュー装置
６００  修正装置
２００１，３００１，４００１  光源
２００２，３００２，４００５  ２分の１波長板
２００３，３００３  ロションプリズム
２００４，２００７，３００４，３００７，４００２  ハーフミラー
２００５，３００５，４００３  対物レンズ
２００６，３００６，４００４  マスク
２００８，３００８，４００７  第１のセンサ
２００９，３００９，４００８  第２のセンサ
２０１０，４００９  回転機構
３０００  ４分の１波長板
４００６  偏光ビームスプリッタ
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014209075.tif 000014
【図６】
2014209075.tif 000015
【図１１】
2014209075.tif 000016
【図１２】
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【図１６】
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【図１７】
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