(57)【要約】【課題】スペックルノイズを従来より低減することのできる照明装置を提供する。また、半導体素子の微細化に伴って要求される微細な欠陥を短時間で効率的に検出することを可能とする検査装置を提供する。【解決手段】第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０は、レーザ光の光軸方向に並んで２つ配置される。シリンドリカルレンズ６０ａ，７０ａは、それぞれ、隣接するシリンドリカルレンズ間の境界線が、レンズアレイの回転中心から放射状となるように配置される。また、シリンドリカルレンズ６０ａがレーザ光の光軸を横切る方向は、シリンドリカルレンズ７０ａがレーザ光の光軸を横切る方向と直交する。第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０の回転速度は異なることが好ましく、一方の回転速度は、他方の回転速度の整数倍でないことがより好ましい。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射するレンズアレイとを有し、
前記レンズアレイは、前記レーザ光の径と同一の径または前記レーザ光の径より大きい径の要素レンズが複数配置されており、前記レーザ光の光軸の周囲に回転可能であることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記レンズアレイは、前記レーザ光の光軸方向に並んで２つ配置され、
各レンズアレイにおいて、前記要素レンズは、隣接する要素レンズ間の境界線が、前記レンズアレイの回転中心から放射状となるように、また、一方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向と、他方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向とが直交するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記要素レンズはシリンドリカルレンズであって、
一方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有する方向は、他方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有しない方向と直交しており、
前記一方のレンズアレイは、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転し、
前記他方のレンズアレイも、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記２つのレンズアレイの回転速度が異なることを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記２つのレンズアレイのうちの一方の回転速度は、他方のレンズアレイの回転速度の整数倍でないことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
照明装置によって検査対象となる試料を照明し、前記試料を透過または反射した光を画像センサに入射させて前記試料の光学画像を撮像する光学画像取得部と、
前記光学画像を基準となる画像と比較して、これらの差分値が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する比較部とを有し、
前記照明装置は、レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射するレンズアレイとを具備し、
前記レンズアレイは、前記レーザ光の径と同一の径または前記レーザ光の径より大きい径の要素レンズが複数配置されており、前記レーザ光の光軸の周囲に回転可能であることを特徴とする検査装置。
【請求項７】
前記レンズアレイは、前記レーザ光の光軸方向に並んで２つ配置され、
各レンズアレイにおいて、前記要素レンズは、隣接する要素レンズ間の境界線が、前記レンズアレイの回転中心から放射状となるように、また、一方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向と、他方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向とが直交するように配置されることを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
【請求項８】
前記要素レンズはシリンドリカルレンズであって、
一方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有する方向は、他方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有しない方向と直交しており、
前記一方のレンズアレイは、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転し、
前記他方のレンズアレイも、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転することを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
【請求項９】
前記２つのレンズアレイの回転速度が異なり、
回転速度が遅い方のレンズアレイが１周する時間は、前記画像センサの撮像時間に一致することを特徴とする請求項７または８に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記２つのレンズアレイのうちの一方の回転速度は、他方のレンズアレイの回転速度の整数倍でないことを特徴とする請求項９に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Iｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路寸法は狭小化の一途を辿っている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパまたはスキャナ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。
【０００３】
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。ここで、歩留まりを低下させる大きな要因として、マスクパターンの形状欠陥が挙げられる。
【０００４】
最近の代表的なロジックデバイスでは、数十ｎｍの線幅のパターン形成が要求されるようになってきている。例えば、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ろうとしている。また、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶ディスプレイ）は大型化が進んでいる。具体的には、５００ｍｍ×６００ｍｍあるいはこれ以上のサイズになっている。一方、液晶基板上に設けられるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；薄膜トランジスタ）の微細化も進んでいる。
【０００５】
かかる状況に伴い、マスクパターンの形状欠陥も微細化している。また、マスクの寸法精度を高めることで、プロセス諸条件の変動を吸収しようとしてきたこともあり、マスク検査においては、極めて小さなパターンの欠陥を検出することが必要になっている。さらに、大面積のＬＣＤを短時間で効率的に検査することも必要になっている。
【０００６】
一方、微細パターンを形成する技術として、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）が注目されている。この技術は、ウェハ上のレジストに、ナノスケールの微細構造を有するモールド（型）を圧力印加することで、レジストに微細なパターンを形成するものである。
【０００７】
ナノインプリント技術では、生産性を上げるために、原版となるマスターテンプレートを用いて、複製のテンプレート（レプリカテンプレート）を複数作成し、各レプリカテンプレートを異なるナノインプリント装置に装着して使用する。レプリカテンプレートは、マスターテンプレートに正確に対応するように製造される必要がある。このため、レプリカテンプレートを検査する際にも高い検査精度が要求される。
【０００８】
こうしたことから検査装置では、分解能を高くするために、照明光の波長を短くすることが行われている。例えば、レーザ光源装置による波長２６６ｎｍ以下の深紫外光が用いられる。しかし、レーザ光源から発振される光はコヒーレント光となって、可干渉性から一定の干渉縞（スペックル）が発生してしまうという問題があった。
【０００９】
図１６は、従来法による照明方法を説明する図である。
【００１０】
図１６において、レンズアレイ１００１は、光源（図示せず）からの光線を分割して点光源群を生成する。点光源群となった光は、コンデンサレンズ１００２によって平行光とされた後に、対象物１００３に照明される。レンズアレイ１００１の位置は、対象物１００３のフーリエ面に相当し、この大きさが照明側の開口数ＮＡを決定する。ここで、光学系の解像特性は、照明側の開口数ＮＡの影響を受けるが、解像度を向上させるには、照明側の開口数ＮＡを受光側の開口数ＮＡと同等程度まで大きくするのが一般的である。このため、レンズアレイ１００１によって生成される点光源群には、ある程度の大きさが必要になる。
【００１１】
図１６に示す光学系において、レンズアレイ１００１を構成する要素レンズ１００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃの各々を透過した光は、異なる角度を有して対象物１００３の上で重なる。このため、レンズアレイ１００１の各々の要素レンズ１００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃに入射する光が互いに干渉性を持つと、対象物１００３の上で干渉縞を生じる。ここで、レンズアレイ１００１によって生じる点光源の個数は、一般的に数百〜数万という大きな数であること、そして、各々の要素レンズ１００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃを透過した光が対象物１００３上で重なるとき、各光の波面は必ずしも等位相面ではないことから、干渉縞はランダムな形状となる。さらに、空気の揺らぎや、機械的な振動を原因として、その形状はランダムに揺れ動く。こうしたランダムに揺れ動く干渉縞（スペックルノイズ）は、対象物１００３を均一に照明することが必要とされる照明装置の機能を損なう結果となる。
【００１２】
そこで、光源からの光を蝿の目レンズに透過させ、さらに回転位相板に透過させることによって、コヒーレント光の干渉性を除いてスペックルノイズを低減させる試みがなされている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−７２９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１７は、回転位相板を用いた従来の照明方法を説明する図である。この図は、レンズアレイ１００４を透過した光源（図示せず）からの光が、位相板１００５を透過し、さらにコンデンサレンズ１００６を透過して平行光となった後に、対象物１００７に照明される様子を示している。また、図１８は、図１７の領域Ｒを拡大した断面図である。
【００１５】
位相板１００５は、図１８に拡大して示すように、光が入射する側の断面が凹凸形状を有しており、点光源の各々にランダムな配置で０またはπの位相差を与える。図１７のように、回転機構１００８によって、位相板１００５が回転する構造とすることで、干渉縞を高速に変化させることが可能となる。そして、対象物１００７の像を撮像する画像センサ（図示せず）の露光時間内に生じる干渉縞の形状変化が大きくなるほど、撮像された光学画像に残存するスペックルノイズは小さくなる。
【００１６】
しかし、従来の照明方法では、位相板の回転数と、撮像素子の露光時間とによって定まる限界以上にスペックルノイズを低減することはできない。また、スペックルノイズを低減するには、回転数を増大させるか、あるいは、撮像素子の露光時間を長くする必要があるが、回転数の増大には限界があり、また、露光時間の増大はスループットの低下に繋がることから、いずれの方法も困難である。
【００１７】
こうしたことから、従来の照明装置では、半導体素子の微細化に伴って要求される分解能の実現に不十分であり、かかる問題を解決することのできる照明装置およびこれを用いた検査装置の開発が急務となっている。そこで、本発明の目的は、スペックルノイズを従来より低減することのできる照明装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、半導体素子の微細化に伴って要求される微細な欠陥を短時間で効率的に検出することを可能とする検査装置を提供することにある。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明の第１の態様は、レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射するレンズアレイとを有し、
前記レンズアレイは、前記レーザ光の径と同一の径または前記レーザ光の径より大きい径の要素レンズが複数配置されており、前記レーザ光の光軸の周囲に回転可能であることを特徴とする照明装置に関する。
【００２０】
本発明の第１の態様において、前記レンズアレイは、前記レーザ光の光軸方向に並んで２つ配置され、
各レンズアレイにおいて、前記要素レンズは、隣接する要素レンズ間の境界線が、前記レンズアレイの回転中心から放射状となるように、また、一方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向と、他方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向とが直交するように配置されることが好ましい。
【００２１】
上記場合において、前記要素レンズはシリンドリカルレンズであって、
一方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有する方向は、他方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有しない方向と直交しており、
前記一方のレンズアレイは、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転し、
前記他方のレンズアレイも、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転することが好ましい。
【００２２】
前記２つのレンズアレイの回転速度は異なることが好ましい。また、この場合、前記２つのレンズアレイのうちの一方の回転速度は、他方のレンズアレイの回転速度の整数倍でないことが好ましい。
【００２３】
本発明の第２の態様は、照明装置によって検査対象となる試料を照明し、前記試料を透過または反射した光を画像センサに入射させて前記試料の光学画像を撮像する光学画像取得部と、
前記光学画像を基準となる画像と比較して、これらの差分値が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する比較部とを有し、
前記照明装置は、レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射するレンズアレイとを具備し、
前記レンズアレイは、前記レーザ光の径と同一の径または前記レーザ光の径より大きい径の要素レンズが複数配置されており、前記レーザ光の光軸の周囲に回転可能であることを特徴とする検査装置に関する。
【００２４】
本発明の第２の態様において、前記レンズアレイは、前記レーザ光の光軸方向に並んで２つ配置され、
各レンズアレイにおいて、前記要素レンズは、隣接する要素レンズ間の境界線が、前記レンズアレイの回転中心から放射状となるように、また、一方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向と、他方のレンズアレイの要素レンズが前記レーザ光の光軸を横切る方向とが直交するように配置されることが好ましい。
【００２５】
上記場合において、前記要素レンズはシリンドリカルレンズであって、
一方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有する方向は、他方のレンズアレイのシリンドリカルレンズにおける前記レーザ光の入射面が曲率を有しない方向と直交しており、
前記一方のレンズアレイは、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転し、
前記他方のレンズアレイも、そのシリンドリカルレンズの前記入射面が曲率を有する方向に回転することが好ましい。
【００２６】
前記２つのレンズアレイの回転速度が異なり、
回転速度が遅い方のレンズアレイが１周する時間は、前記画像センサの撮像時間に一致することが好ましい。また、この場合、前記２つのレンズアレイのうちの一方の回転速度は、他方のレンズアレイの回転速度の整数倍でないことが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の態様によれば、スペックルノイズを従来より低減することのできる照明装置が提供される。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、半導体素子の微細化に伴って要求される微細な欠陥を短時間で効率的に検出することを可能とする検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施の形態における検査装置の構成図である。
【図２】図１の検査装置におけるデータの流れを示す概念図である。
【図３】試料に形成されたパターン欠陥を検出するための光学画像の取得手順を説明する図である。
【図４】本実施の形態の照明装置の説明図である。
【図５】本実施の形態において、入射光と同じ大きさの要素レンズを有するレンズアレイを走査したときの光の振る舞いを示す図である。
【図６】本実施の形態において、入射光と同じ大きさの要素レンズを有するレンズアレイを走査したときの光の振る舞いを示す図である。
【図７】本実施の形態において、入射光と同じ大きさの要素レンズを有するレンズアレイを走査したときの光の振る舞いを示す図である。
【図８】本実施の形態において、入射光と同じ大きさの要素レンズを有するレンズアレイを走査したときの光の振る舞いを示す図である。
【図９】本実施の形態の比較例であり、入射光より小さい要素レンズを有するレンズアレイを走査したときの光の振る舞いを示す図である。
【図１０】回転可能なレンズアレイの平面図である。
【図１１】図１の照明装置のレンズアレイ付近を拡大したものである。
【図１２】図１１の第１のレンズアレイと第２のレンズアレイを、コンデンサレンズの側から見た平面図である。
【図１３】Ｙ方向に走査される第１のレンズアレイの速度を、Ｘ方向に走査される第２のレンズアレイの速度の３倍としたときの点光源の動きを示す図である。
【図１４】点光源の走査位置が少しずつずれていく様子を示す図である。
【図１５】図１１の第１のレンズアレイのシリンドリカルレンズと、第２のレンズアレイのシリンドリカルレンズとの配置関係を示す図である。
【図１６】従来法による照明方法を説明する図である。
【図１７】回転位相板を用いた従来の照明方法を説明する図である。
【図１８】位相板の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１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Ａと制御部Ｂを有する。尚、検査装置１００は、図１に示す構成要素以外に必要な他の公知要素が含まれていてもよい。
【００３１】
以下では、検査装置１００を用いて、ダイ−トゥ−データベース方式によって検査する方法を述べる。この場合、検査対象の光学画像と比較される基準画像は、設計パターンデータをベースに作成された参照画像である。但し、検査装置１００は、ダイ−トゥ−ダイ方式による検査方法にも適用可能であり、その場合の基準画像は、検査対象とは異なる光学画像になる。
【００３２】
光学画像取得部Ａは、照明装置２と、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動可能なＸＹテーブル３と、対物レンズ１０４と、フォトダイオードアレイ１０５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。検査対象となる試料１は、ＸＹテーブル３の上に載置される。尚、ＸＹテーブル３は、回転方向（θ方向）にも移動可能な構造とすることができる。
【００３３】
制御部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、比較回路１０８、参照回路１１２、展開回路１１１、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、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）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。ＸＹテーブル３は、テーブル制御回路１１４によって制御されたＸ軸モータおよびＹ軸モータによって駆動される。これらのモータには、例えば、ステップモータを用いることができる。
【００３４】
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１１１に送られる。展開回路１１１では、設計パターンデータがイメージデータ（設計画素データ）に変換される。その後、このイメージデータは、参照回路１１２に送られて参照画像の生成に用いられる。
【００３５】
本実施の形態の照明装置２は、図１に示すように、レーザ光を出射する光源４と、光源４から発せられた光を透過させる第１のレンズアレイ６０および第２のレンズアレイ７０と、これらのレンズアレイを透過した光を平行光にするコンデンサレンズ６とを有する。レーザ光としては、例えば、波長２６６ｎｍ以下の深紫外光が挙げられる。
【００３６】
照明装置２は、図４に示すように、点光源群ではなく、単一の点光源を生成し、生成した点光源をある範囲内で高速走査する。この構成によれば、点光源が単一であるため、試料１上でスペックルは原理的に発生しない。また、走査範囲を、照明側における必要な開口数ＮＡを実現できる範囲とし、撮像素子の露光時間内に、この走査範囲を走査し終えるように設計することにより、点光源群を生成する場合と光学的に等価な条件を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態の照明装置を説明するために、まず、点光源を１次元で走査する例について述べる。この場合、入射する光の大きさ（すなわち、入射光の径。以下同様）と同一、または、それより大きい径の要素レンズを持つレンズアレイを使用する。これは、複数の点光源から発せられた光が、対象物上で重なって干渉縞を生じるのを防ぐためである。
【００３８】
図５〜図８は、入射光と同じ大きさの要素レンズを有するレンズアレイを走査したときの光の振る舞いを示したものである。
【００３９】
図５〜図８において、レンズアレイ５を構成する要素レンズ５ａ，５ｂ，５ｃの大きさは、入射する光の大きさと同じである。これらの図に示すように、単一の点光源は、コンデンサレンズ６によって平行光となった後、試料１を照明する。点光源をレンズアレイ５上で走査すると、図６や図７に示すように、２つの要素レンズ５ｂ，５ｃに入射光が跨ることがあるが、そうした場合であっても、要素レンズ５ｂ，５ｃを透過した光は、試料１上で分離する。すなわち、要素レンズ５ｂを透過した光と、要素レンズ５ｃを透過した光とが、試料１上で重なることがないため、干渉縞は生じない。
【００４０】
図９は、本実施の形態の比較例である。この例では、レンズアレイ９０１を構成する要素レンズ９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃの大きさが入射光の大きさより小さい。この場合、各要素レンズを透過した光は、コンデンサレンズ９０２で平行光となった後、対象物９０３の上で重なる。そのため、対象物９０３上で干渉縞を生成する。したがって、干渉縞が発生しないようにするには、要素レンズの大きさを入射光と同じ、または、入射光より大きくすることが必要である。
【００４１】
図５〜図８のように、点光源をレンズアレイ５上で走査すると、ある要素レンズに注目したとき、その要素レンズによって照明される試料１の領域と、レンズアレイ５に入射する光束の相対位置とは、連続的にずれる。これにより、レンズアレイ５に入射する光束にムラがあっても、光束が試料１上でシフトすることで平滑化されて、試料１を均一に照明することが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態の照明装置によれば、照明側の開口数ＮＡの大きさは、レンズアレイ５に入射する光束の大きさによって決まる。したがって、照明側の開口数ＮＡを大きくしたい場合には、入射光の径を大きくするとともに、要素レンズ５ａ，５ｂ，５ｃの径も大きくする必要がある。
【００４３】
点光源の高速走査は、例えば、レンズアレイを回転させることで実現できる。尚、レンズアレイを往復運動させることによっても、点光源の走査は可能である。しかし、往路から復路への折り返し時に走査が停止する瞬間があることにより、照明側の開口数ＮＡや試料上での照明光量にムラが生じることや、また、往復運動による機械振動が生じることなどの点で、往復運動よりも回転運動の方が好ましい。
【００４４】
図１０は、回転可能なレンズアレイの平面図である。レンズアレイ５０は、要素レンズとして、複数のシリンドリカルレンズ５０ａを有する。これらのシリンドリカルレンズ５０ａは、それらの稜線が、レンズアレイ５０の回転中心を中心とした放射状になるように配列されている。尚、レンズアレイ５０には、図示されない回転機構が設けられており、この回転機構によって矢印の方向に所定の速度で回転する。
【００４５】
図１０のレンズアレイ５０では、回転中心から入射光の照射位置までの距離を、シリンドリカルレンズ５０ａの幅より十分に大きくすることにより、シリンドリカルレンズ５０ａの開口を略矩形とみなすことができる。
【００４６】
上述した１次元の走査による照明装置は、Ｘ方向またはＹ方向における光学画像の解像度を問題としない場合に検査装置に適用可能である。次に、点光源を２次元で走査する例について述べる。
【００４７】
２次元での走査は、図１０で示したレンズアレイ５０を、図１１に示すように、光軸方向に２つ並べることで実現可能である。尚、図１１は、図１の照明装置２のレンズアレイ付近を拡大したものである。
【００４８】
図１１において、第１のレンズアレイ６０は、点光源をＹ方向に走査するレンズアレイであり、回転機構６０ｂによって回転可能な構造となっている。一方、第２のレンズアレイ７０は、点光源をＸ方向に走査するレンズアレイであり、回転機構７０ｂによって、第１のレンズアレイ６０と同一の方向に回転可能である。第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０を透過した光は、コンデンサレンズ６によって平行光となった後、試料１を照明する。
【００４９】
図１２は、図１１の第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０を、コンデンサレンズ６の側から見た平面図である。この図に示すように、（第１のレンズアレイ６０における）複数のシリンドリカルレンズ６０ａが描く稜線と、（第２のレンズアレイ７０における）複数のシリンドリカルレンズ７０ａが描く稜線とが、入射光照明位置で互いに直交するように、第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０とを配置する。このようにすることで、試料１上に矩形の照明エリアを形成することができる。
【００５０】
また、図１２のように、第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０を配置することにより、入射光照射位置において、第１のレンズアレイ６０はＹ方向に走査されるのに対し、第２のレンズアレイ７０はＸ方向に走査される。すなわち、２つのレンズアレイによって形成される点光源は、各々のレンズアレイの走査速度に応じて２次元的に走査される。
【００５１】
さらに、既に述べたように、第１のレンズアレイ６０と第２のレンズアレイ７０とに用いられる要素レンズは、いずれもシリンドリカルレンズであることが好ましい。これは、２つのレンズアレイが球面であると、両者のレンズ中心がずれることで光線が曲がり、試料１上における照明領域が大きく変動してしまうためである。これに対して、２つのレンズアレイにシリンドリカルレンズを用い、各々のレンズアレイに配置された複数のシリンドリカルレンズによって形成される稜線が互いに直交するようにこれらを配置することにより、互いの位置が相対的にずれたとしても、ずれによる影響を排除することができる。
【００５２】
本実施の形態において、２つのレンズアレイのうちの一方のレンズアレイの回転速度は、他方のレンズアレイの回転速度より速いことが好ましい。
【００５３】
図１３は、Ｙ方向に走査される第１のレンズアレイの速度を、Ｘ方向に走査される第２のレンズアレイの速度の３倍としたときの点光源の動きを矢印で示したものである。尚、実際には、２つのレンズアレイを透過した光のそれぞれが同時に対象物に照明されるときがあるため、点光源は２つ存在するが、図１３では、そのうちの１つの点光源に着目している。
【００５４】
図１３の例において、第２のレンズアレイが要素レンズの１つ分を横切る間に、第１のレンズアレイは要素レンズの３つ分を横切るので、点光源は矢印で示すように３本走査される。また、第２のレンズアレイが隣接する要素レンズを通過するときも、点光源は同じ軌跡を辿るため、点光源は継続して３本走査される。
【００５５】
ところで、光を試料上へ結像して解像性のよい光学像を得るうえでは、点光源をレンズアレイ上で隙間なく走査するのがよい。そのためには、点光源の走査本数を増やす必要がある。ここで、走査本数は、２つのレンズアレイの回転速度の差を大きくすることで増大させることができる。しかしながら、この方法によるのは実際上困難である。
【００５６】
図１３を例にとると、第２のレンズアレイの速度を遅くすれば、走査本数を増やすことができる。しかし、その場合、レンズアレイは撮像時間内に１周できなくなるため、レンズアレイを構成する要素レンズの個体差、すなわち、製造ばらつきなどの影響を受けて、光量変動や光量ムラなどを生じる。要素レンズによるこうした影響を最小限にするには、遅い方のレンズアレイが１周する時間と、撮像時間とを一致させる必要がある。したがって、第２のレンズアレイの回転速度を遅くすることによって、第１のレンズアレイとの間に速度差を設けるのには限界がある。一方、第１のレンズアレイの回転速度を速くするにも、構造上の点から限界がある。
【００５７】
そこで、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの速度差が整数倍以外の値をとるようにする。つまり、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間の速度差を調整して、図１４に示すように、点光源の走査位置が少しずつずれていくようにする。これにより、走査本数を大幅に増大させることが可能となる。
【００５８】
このように、本実施の形態の照明装置によれば、入射光の径と同一またはこれより大きい要素レンズが複数配置されたレンズアレイを使用して点光源を生成させるので、試料上に干渉縞が発生しないようにすることができる。したがって、従来法の照明装置のように、干渉縞を低減するために撮像素子の露光時間を長くしてスループットを低下させることがない。また、点光源をレンズアレイ上で走査することにより、入射光に光量ムラなどがあった場合であっても、試料上で平均化される。つまり、試料への均一な照明が可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態では、２つのレンズアレイを光軸方向に並べて配置し、これらを回転させる。このとき、各レンズアレイの要素レンズを、隣接する要素レンズ間の境界線が、レンズアレイの回転中心から放射状に配置されるようにするとともに、一方のレンズアレイの要素レンズが光軸を横切る方向と、他方のレンズアレイの要素レンズが光軸を横切る方向とが直交するようにする。これにより、点光源をレンズアレイ上でＸ軸方向とＹ軸方向に走査することが可能となる。また、この構成によれば、従来の照明装置における位相板を不要とすることができるので、安価な照明装置とすることも可能である。
【００６０】
レンズアレイを構成する要素レンズは、球面レンズよりもシリンドリカルレンズとすることが好ましい。球面レンズはそのレンズ中心が１点であるため、一方のレンズアレイの球面レンズの中心が、他方のレンズアレイの球面レンズの中心とずれると、透過光の光路が変わって試料上で所望の領域を照明できなくなるが、シリンドリカルレンズであれば、２つのレンズ中心がずれた場合であっても、その影響を最小限にすることができる。
【００６１】
また、シリンドリカルレンズを要素レンズとする場合、レンズが曲率を有する方向をＸ方向とし、これと直交する方向、すなわち、曲率を有しない方向をＹ方向とすると、一方のレンズアレイのシリンドリカルレンズのＸ方向が、他方のレンズアレイのシリンドリカルレンズのＹ方向と直交するように配置すれば、これらのシリンドリカルレンズによって光学的に球面レンズと同様の作用、すなわち、上述した２次元での走査が可能となる。
【００６２】
図１５は、図１１の第１のレンズアレイ６０のシリンドリカルレンズ６０ａと、第２のレンズアレイ７０のシリンドリカルレンズ７０ａとの配置関係を示す図である。この図に示すように、シリンドリカルレンズ６０ａにおける光の入射面６０ｃは、Ｘ方向に曲率を有する。一方、シリンドリカルレンズ７０ａにおける光の入射面７０ｃは、Ｙ方向に曲率を有する。そして、シリンドリカルレンズ６０ａのＹ方向と、シリンドリカルレンズ７０ａのＸ方向とは、互いに直交するように配置される。また、このとき、第１のレンズアレイ６０はＸ方向に回転し、第２のレンズアレイ７０はＹ方向に回転する。
【００６３】
さらに、本実施の形態の照明装置では、２つのレンズアレイの回転速度を変えることにより、レンズアレイ上における点光源の走査本数を増やして、試料上での結像特性を向上させることができる。この場合、２つのレンズアレイの速度差を整数倍以外の値とすることにより、整数倍としたときに比較して、走査線の本数を大幅に増やすことが可能である。但し、回転速度が遅い方のレンズアレイが１周する時間は、試料の光学画像を取得するための画像センサの撮像時間に一致するようにする。
【００６４】
次に、図１の検査装置１００を用いて試料１の欠陥検査を行う方法について述べる。
【００６５】
検査工程は、試料１の光学画像を取得する工程（光学画像取得工程）と、試料１に形成されたパターンの設計パターンデータを記憶する工程（記憶工程）と、参照画像を生成する工程の一例となる展開工程およびフィルタ処理工程と、光学画像と参照画像を比較する工程（比較工程）とを有する。
【００６６】
＜光学画像取得工程＞
光学画像取得工程では、図１の光学画像取得部Ａが、試料１の光学画像（測定データ）を取得する。ここで、光学画像は、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試料１の画像である。試料１としては、例えば、フォトリソグラフィ技術で使用されるマスクや、ナノインプリント技術で使用されるテンプレートなどが挙げられる。光学画像の具体的な取得方法の一例を、図１を用いて説明する。
【００６７】
試料１は、ＸＹテーブル３の上に載置される。ＸＹテーブル３は、制御計算機１１０の制御の下、テーブル制御回路１１４によって駆動され、Ｘ方向とＹ方向に駆動する駆動系を構成する、Ｘ軸モータとＹ軸モータによって移動可能となっている。これらのモータには、例えばステップモータを用いることができる。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に送られる。また、ＸＹテーブル３上の試料１は、オートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から自動的に搬送され、検査終了後には自動的に排出される。
【００６８】
照明装置２は、上記で説明した本実施の形態の照明装置であり、試料１に対して、欠陥検査用の光を照射する。試料１を透過した光は、対物レンズ１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像する。
【００６９】
図３は、試料１に形成されたパターンの欠陥を検出するための光学画像の取得手順を説明する図である。
【００７０】
図３で試料１は、図１のＸＹステージ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３に示すように、短冊状の複数のストライプ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。
【００７１】
光学画像は、ストライプ毎に取得される。すなわち、図３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３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、図１のフォトダイオードアレイ１０５に、図３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、走査幅Ｗの画像がフォトダイオードアレイ１０５に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３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。
【００７２】
図１のフォトダイオードアレイ１０５上に結像したパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、さらにセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。フォトダイオードアレイ１０５には、画像センサが配置されている。本実施の形態の画像センサとしては、例えば、撮像素子としての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。ＸＹテーブル３がＸ軸方向に連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによって試料１のパターンが撮像される。
【００７３】
以上のようにして得られた光学画像は、図１の比較回路１０８へ送られる。
【００７４】
図２は、図１の検査装置１００におけるデータの流れを示す概念図である。
【００７５】
図２に示すように、設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータ２０１は、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）毎に作成されて試料１に形成されるパターンデータが格納される。ここで、一般に、検査装置は、設計中間データ２０２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、異なるフォーマットデータが用いられている。このため、設計中間データ２０２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。
【００７６】
＜記憶工程＞
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、記憶装置（記憶部）の一例である、図１の磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【００７７】
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、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。
【００７８】
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、さらにフレームに配置される。フレームは、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程度の短冊状領域である。
【００７９】
＜展開工程＞
展開工程では、図１の展開回路１１１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。そして、このイメージデータは参照回路１１２に送られる。
【００８０】
図形データとなる設計パターンデータが展開回路１１１に入力されると、展開回路１１１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値ないしは多値の設計画像データを展開する。展開された設計画像データは、画像センサの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を演算する。そして、各画素内の図形占有率が画素値となる。
【００８１】
＜フィルタ処理工程＞
フィルタ処理工程では、図１の参照回路１１２によって、送られてきた図形のイメージデータである設計画像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。図１のセンサ回路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のアパーチャ効果などによってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続的に変化するアナログ状態にある。したがって、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設計パターン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。このようにして光学画像と比較する参照画像を作成する。
【００８２】
＜比較工程＞
上述した通り、センサ回路１０６からの光学画像データは、比較回路１０８へ送られる。また、設計パターンデータも、展開回路１１１および参照回路１１２により参照画像データに変換された後、比較回路１０８へ送られる。
【００８３】
比較回路１０８では，センサ回路１０６から送られた光学画像と、参照回路１１２で生成した参照画像とが、適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。
【００８４】
欠陥判定は、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。
【００８５】
比較判定の結果、光学画像と参照画像との差が所定の値を超えたとき、その箇所は欠陥と判定される。次いで、欠陥の座標と、欠陥判定の根拠となった光学画像および参照画像とが、磁気ディスク装置１０９に保存される。尚、保存されるデータは、図２の検査結果２０５に対応する。
【００８６】
検査結果２０５は、図２に示すように、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。具体的には、検査結果２０５がレビュー装置５００に送られ、オペレータによるレビューによって修正の要否が判断される。このとき、オペレータは、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レビューする。
【００８７】
レビュー装置５００では、欠陥１つ１つの座標が観察できるように、試料１が載置されたテーブルを移動させながら、試料１の欠陥箇所の画像を表示する。また同時に欠陥判定の判断条件や、判定の根拠となった光学画像と参照画像を確認できるよう、レビュー装置５００に備えられた計算機の画面上にこれらを並べて表示する。
【００８８】
尚、検査装置１００にレビュー装置５００が備えられている場合には、検査装置１００の観察光学系を使って、試料１の欠陥箇所の画像を表示する。また同時に欠陥判定の判断条件や、判定根拠になった光学画像と参照画像などは、図１に示す制御計算機１１０の画面を利用して表示される。
【００８９】
レビュー工程を経て判別された欠陥情報は、図１の磁気ディスク装置１０９に保存される。図２のレビュー装置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。
【００９０】
本実施の形態の検査装置は、レーザ光を光源としながら、スペックルノイズを従来より低減することのできる照明装置を有する。したがって、この検査装置によれば、半導体素子の微細化に伴って要求される微細な欠陥を短時間で効率的に検出することが可能となる。
【００９１】
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、図１の検査装置１００では、照明装置２を試料１の下方に配置し、試料１で反射した光を対物レンズ１０４でフォトダイオードアレイ１０５に結像させてもよい。
【００９２】
また、上記実施の形態では、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検査方法または検査装置は、本発明の範囲に包含される。さらに、本発明は、ダイ−トゥ−データベース方式による検査や、ダイ−トゥ−ダイ方式による検査に限定されず、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場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  試料
２  照明装置
３  ＸＹテーブル
４  光源
５，５０，９０１，１００１，１００４  レンズアレイ
５ａ，５ｂ，５ｃ，９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ，１００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃ  要素レンズ
６，９０２，１００２，１００６  コンデンサレンズ
６０  第１のレンズアレイ
６０ｂ，１００８  回転機構
６０ｃ，７０ｃ  光の入射面
７０  第２のレンズアレイ
１００  検査装置
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  フレキシブルディスク装置
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
１３０  オートローダ
２０１  ＣＡＤデータ
２０２  設計中間データ
２０３  フォーマットデータ
２０５  検査結果
２０７  欠陥情報リスト
５００  レビュー装置
６００  修正装置
９０３，１００３，１００７  対象物
１００５  位相板
【図３】
2014202679.tif 000003
【図５】
2014202679.tif 000004
【図６】
2014202679.tif 000005
【図７】
2014202679.tif 000006
【図８】
2014202679.tif 000007
【図９】
2014202679.tif 000008
【図１０】
2014202679.tif 000009
【図１１】
2014202679.tif 000010
【図１２】
2014202679.tif 000011
【図１３】
2014202679.tif 000012
【図１４】
2014202679.tif 000013
【図１５】
2014202679.tif 000014
【図１６】
2014202679.tif 000015
【図１７】
2014202679.tif 000016
【図１８】
2014202679.tif 000017
【図１】
2014202679.tif 000018
【図２】
2014202679.tif 000019
【図４】
2014202679.tif 000020