(57)【要約】【目的】露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために利用可能な偏光イメージを取得する装置及び方法を提供する。【構成】本発明の一態様の偏光イメージ取得装置は、マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズ１７１と、対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板１９０と、Ｐ偏光波の軌道とＳ偏光波の軌道とを分離するロションプリズム１９２と、ロションプリズムを通過したＰ偏光波とＳ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する結像レンズ１７２と、Ｐ偏光波とＳ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で他方を反射するミラー１７４と、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方の像を撮像するフォトダイオードアレイ１０５と、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の像を撮像するフォトダイオードアレイ２０５と、を備えたことを特徴する。【選択図】図１
2018072075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
前記マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置され、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
前記Ｐ偏光波の軌道と前記Ｓ偏光波の軌道とを分離するロションプリズムと、
前記ロションプリズムを通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する結像レンズと、
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で前記他方を反射するミラーと、
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方の像を撮像する第１のイメージセンサと、
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の像を撮像する第２のイメージセンサと、
を備えたことを特徴する偏光イメージ取得装置。
【請求項２】
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方による第１の光学画像と、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方による第２の光学画像とを合成する合成部と、
第１のダイにおける前記第１と第２の光学画像が合成された第１のダイ画像と、前記第１のダイと同様のパターンが形成された第２のダイにおける前記第１と第２の光学画像が合成された、前記第１のダイ画像に対応する第２のダイ画像と、を比較する比較部と、
をさらに備えたことを特徴する請求項１記載の偏光イメージ取得装置。
【請求項３】
パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
前記マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置され、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
前記Ｐ偏光波の軌道と前記Ｓ偏光波の軌道とを分離するロションプリズムと、
前記ロションプリズムを通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する結像レンズと、
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で前記他方を反射するミラーと、
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方の像を撮像する第１のイメージセンサと、
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の像を撮像する第２のイメージセンサと、
照明光を前記対物レンズに分岐すると共に、前記対物レンズを介して、前記マスク基板を反射した反射光を通過させるビームスプリッタと、
前記分割型１／２波長板と前記ロションプリズムとを光路上と光路外との間で移動させる第１の搬送機構と、
前記ビームスプリッタを前記光路上と前記光路外との間で移動させる第２の搬送機構と、
を備え、
偏光イメージを取得する場合に、前記分割型１／２波長板と前記ロションプリズムとが前記ビームスプリッタの代わりに前記光路上に配置され、パターン検査を行う場合に、前記ビームスプリッタが前記分割型１／２波長板と前記ロションプリズムとの代わりに前記光路上に配置され、
前記結像レンズは、前記パターン検査を行う場合に、前記透過光と前記反射光との一方を前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記一方の結像位置に結像すると共に、前記透過光と前記反射光との他方を前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の結像位置に結像し、
前記ミラーは、前記パターン検査を行う場合に、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の結像位置で前記透過光と前記反射光とのうちの前記他方を反射し、
前記第１のイメージセンサは、前記パターン検査を行う場合に、前記透過光と前記反射光とのうちの前記一方の像を撮像し、
前記第２のイメージセンサは、前記パターン検査を行う場合に、前記透過光と前記反射光とのうちの前記他方の像を撮像することを特徴するパターン検査装置。
【請求項４】
前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方による第１の光学画像と、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方による第２の光学画像とを合成する合成部と、
第１のダイにおける前記第１と第２の光学画像が合成された第１のダイ画像と、前記第１のダイと同様のパターンが形成された第２のダイにおける前記第１と第２の光学画像が合成された、前記第１のダイ画像に対応する第２のダイ画像と、を比較する比較部と、
をさらに備えたことを特徴する請求項３記載のパターン検査装置。
【請求項５】
パターンが形成された、露光用のマスク基板に照明光を結像する工程と、
前記照明光が前記マスク基板を透過した透過光を対物レンズに入射する工程と、
前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
ロションプリズムを用いて前記Ｐ偏光波の軌道と前記Ｓ偏光波の軌道とを分離する工程と、
結像レンズを用いて、前記ロションプリズムを通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する工程と、
ミラーを用いて、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で前記他方を反射する工程と、
第１のイメージセンサを用いて前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方の像を撮像する工程と、
第２のイメージセンサを用いて前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の像を撮像する工程と、
を備えたことを特徴する偏光イメージ取得方法。
【請求項６】
パターンが形成された、露光用のマスク基板に第１の照明光を結像する工程と、
前記第１の照明光が前記マスク基板を透過した第１の透過光を対物レンズに入射する工程と、
前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、前記対物レンズを通過後の前記第１の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
ロションプリズムを用いて前記Ｐ偏光波の軌道と前記Ｓ偏光波の軌道とを分離する工程と、
結像レンズを用いて、前記ロションプリズムを通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する工程と、
ミラーを用いて、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で前記他方を反射する工程と、
第１のイメージセンサを用いて前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方の像を撮像する工程と、
第２のイメージセンサを用いて前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の像を撮像する工程と、
前記分割型１／２波長板と前記ロションプリズムとを光路上から光路外へと移動させる工程と、
ビームスプリッタを前記光路外から前記光路上へと移動させる工程と、
透過検査照明光学系を用いて、前記マスク基板に第２の照明光を照明する工程と、
反射検査照明光学系を用いて、前記マスク基板に第３の照明光を照明する工程と、
前記第２の照明光が前記マスク基板を透過した第２の透過光と、前記第３の照明光が前記マスク基板から反射された反射光とを前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを介して前記結像レンズに入射する工程と、
前記結像レンズを用いて、前記第２の透過光と前記反射光との一方を前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記一方の結像位置に結像すると共に、前記第２の透過光と前記反射光との他方を前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の結像位置に結像する工程と、
前記ミラーを用いて、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方の結像位置で前記第２の透過光と前記反射光とのうちの前記他方を反射する工程と、
前記第１のイメージセンサを用いて、前記第２の透過光と前記反射光とのうちの前記一方の像を撮像する工程と、
前記第２のイメージセンサを用いて、前記第２の透過光と前記反射光とのうちの前記他方の像を撮像する工程と、
を備えたことを特徴するパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光イメージ取得装置、パターン検査装置、偏光イメージ取得方法、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露光用マスク基板の露光イメージの生成に利用可能な偏光イメージを取得する装置及び方法、並びにかかる露光用マスク基板のパターン欠陥を検査する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、露光装置でウェハ上に露光される露光イメージを取得することが望まれる。しかしながら、露光装置ではマスクパターンを縮小してウェハに結像するのに対して、検査装置ではマスクパターンを拡大してセンサに結像する。よって、マスク基板に対して２次側の光学系の構成がそもそも異なっている。よって、いくら照明光の状態を露光装置に合わせても、そのままでは露光装置で転写される場合のパターン画像を検査装置で再現することは困難である。
【０００６】
ここで、空中画像なる像を利用して、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開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【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】
上述したように、露光装置で転写される場合のパターン画像を再現することが求められている。そこで、発明者は、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために、本願出願時においてまだ公知になっていないが、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分けて撮像する手法について特許出願（特願２０１５−２１８２８７）を行った。かかる手法により、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを同時に撮像することができるようになったが、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分けて撮像する手法はこれに限るものではない。そのため、別の構成でのＰ偏光波とＳ偏光波とを分けて撮像する手法の開発も要望されている。
【０００９】
また、上述した手法により、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを同時に撮像することができるようになったが、偏光イメージではなく、パターン像を撮像して、比較する通常のパターン検査を行うにあたっては、透過検査と反射検査とを同時に行うことが困難になった。透過検査と反射検査とでは、同時に試料面上の異なる位置にそれぞれ検査光を照明して、かかる異なる位置でのパターンを一方では透過像として、他方では反射像として撮像する。これにより、像が透過と反射で重ならないので、それぞれの像を高精度に撮像できる。しかしながら、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分けて撮像する手法では、同じ位置の像をＰ偏光波とＳ偏光波とに分けるために、同じ結像光学系を用いると、透過検査と反射検査とを同時に行う場合の像とは結像位置がずれてしまう。そのため、望ましくは、偏光イメージの取得と通常のパターン検査との間で結像光学系を共用可能な偏光イメージを取得する新たな機構の開発が要望されている。
【００１０】
そこで、本発明の一態様は、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために利用可能な偏光イメージを取得する装置及び方法を提供する。また、本発明の他の態様は、結像光学系を偏光イメージの取得と通常のパターン検査との間で共用可能な装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の偏光イメージ取得装置は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
Ｐ偏光波の軌道とＳ偏光波の軌道とを分離するロションプリズムと、
ロションプリズムを通過したＰ偏光波とＳ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する結像レンズと、
Ｐ偏光波とＳ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で他方を反射するミラーと、
Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方の像を撮像する第１のイメージセンサと、
Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の像を撮像する第２のイメージセンサと、
を備えたことを特徴する。
【００１２】
また、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方による第１の光学画像と、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方による第２の光学画像とを合成する合成部と、
第１のダイにおける第１と第２の光学画像が合成された第１のダイ画像と、第１のダイと同様のパターンが形成された第２のダイにおける第１と第２の光学画像が合成された、第１のダイ画像に対応する第２のダイ画像と、を比較する比較部と、
をさらに備えると好適である。
【００１３】
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、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
Ｐ偏光波の軌道とＳ偏光波の軌道とを分離するロションプリズムと、
ロションプリズムを通過したＰ偏光波とＳ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する結像レンズと、
Ｐ偏光波とＳ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で他方を反射するミラーと、
Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方の像を撮像する第１のイメージセンサと、
Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の像を撮像する第２のイメージセンサと、
照明光を対物レンズに分岐すると共に、対物レンズを介して、マスク基板を反射した反射光を通過させるビームスプリッタと、
分割型１／２波長板とロションプリズムとを光路上と光路外との間で移動させる第１の搬送機構と、
ビームスプリッタを光路上と光路外との間で移動させる第２の搬送機構と、
を備え、
偏光イメージを取得する場合に、分割型１／２波長板とロションプリズムとがビームスプリッタの代わりに光路上に配置され、パターン検査を行う場合に、ビームスプリッタが分割型１／２波長板とロションプリズムとの代わりに光路上に配置され、
結像レンズは、パターン検査を行う場合に、透過光と反射光との一方をＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方の結像位置に結像すると共に、透過光と反射光との他方をＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の結像位置に結像し、
ミラーは、パターン検査を行う場合に、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の結像位置で透過光と反射光とのうちの他方を反射し、
第１のイメージセンサは、パターン検査を行う場合に、透過光と反射光とのうちの一方の像を撮像し、
第２のイメージセンサは、パターン検査を行う場合に、透過光と反射光とのうちの他方の像を撮像することを特徴する。
【００１４】
また、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方による第１の光学画像と、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方による第２の光学画像とを合成する合成部と、
第１のダイにおける第１と第２の光学画像が合成された第１のダイ画像と、第１のダイと同様のパターンが形成された第２のダイにおける第１と第２の光学画像が合成された、第１のダイ画像に対応する第２のダイ画像と、を比較する比較部と、
をさらに備えると好適である。
【００１５】
本発明の一態様の偏光イメージ取得方法は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板に照明光を結像する工程と、
照明光がマスク基板を透過した透過光を対物レンズに入射する工程と、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
ロションプリズムを用いてＰ偏光波の軌道とＳ偏光波の軌道とを分離する工程と、
結像レンズを用いて、ロションプリズムを通過したＰ偏光波とＳ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する工程と、
ミラーを用いて、Ｐ偏光波とＳ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で他方を反射する工程と、
第１のイメージセンサを用いてＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方の像を撮像する工程と、
第２のイメージセンサを用いてＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の像を撮像する工程と、
を備えたことを特徴する。
【００１６】
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、露光用のマスク基板に第１の照明光を結像する工程と、
第１の照明光がマスク基板を透過した第１の透過光を対物レンズに入射する工程と、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、対物レンズを通過後の第１の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
ロションプリズムを用いてＰ偏光波の軌道とＳ偏光波の軌道とを分離する工程と、
結像レンズを用いて、ロションプリズムを通過したＰ偏光波とＳ偏光波とをそれぞれ異なる結像位置に結像する工程と、
ミラーを用いて、Ｐ偏光波とＳ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置で他方を反射する工程と、
第１のイメージセンサを用いてＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方の像を撮像する工程と、
第２のイメージセンサを用いてＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の像を撮像する工程と、
分割型１／２波長板とロションプリズムとを光路上から光路外へと移動させる工程と、
ビームスプリッタを光路外から光路上へと移動させる工程と、
透過検査照明光学系を用いて、マスク基板に第２の照明光を照明する工程と、
反射検査照明光学系を用いて、マスク基板に第３の照明光を照明する工程と、
第２の照明光がマスク基板を透過した第２の透過光と、第３の照明光がマスク基板から反射された反射光とを対物レンズ及びビームスプリッタを介して上述した結像レンズに入射する工程と、
かかる結像レンズを用いて、第２の透過光と反射光との一方をＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方の結像位置に結像すると共に、第２の透過光と反射光との他方をＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の結像位置に結像する工程と、
かかるミラーを用いて、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の結像位置で第２の透過光と反射光とのうちの他方を反射する工程と、
第１のイメージセンサを用いて、第２の透過光と反射光とのうちの一方の像を撮像する工程と、
第２のイメージセンサを用いて、第２の透過光と反射光とのうちの他方の像を撮像する工程と、
を備えたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために利用可能な偏光イメージを取得できる。また、本発明の他の態様によれば、結像光学系を偏光イメージの取得と通常のパターン検査との間で共用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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の比較例におけるＳ偏光波とＰ偏光波の特性について説明するための図である。
【図４】実施の形態１及び比較例におけるイメージ側開口数とＳ偏光波とＰ偏光波との関係を比較するための図である。
【図５】実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図６】実施の形態１における偏光イメージ検査モードにおける検査光学系の構成の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１における分割型１／２波長板の構成と偏光成分の状態の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１における分割型１／２波長板の配置位置を説明するための図である。
【図９】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１０】実施の形態１における比較回路の内部構成の一部を示す図である。
【図１１】実施の形態１における通常検査モードにおける検査光学系の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、光学画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。
【００２０】
光学画像取得機構１５０（偏光イメージ取得装置）は、光源１０３、透過検査照明光学系１７０（透過照明光学系）、反射検査照明光学系１７５（反射照明光学系）、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、絞り１７３、拡大光学系１０４、分割型１／２波長板１９０（分割型λ／２波長板）、ロションプリズム１９２、ミラー１７４、ビームスプリッタ１９１、搬送機構１９４，１９５，１９６、２つのフォトダイオードアレイ１０５，２０５（センサの一例）、２つのセンサ回路１０６，２０６、２つのストライプパターンメモリ１２３，２２３、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、ウェハ等の半導体基板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。ここでは、同じ２つのパターンが左右に形成されている場合を示している。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。
【００２１】
透過検査照明光学系１７０は、投影レンズ１８０、照明形状切替機構１８１、及び結像レンズ１８２を有している。また、透過検査照明光学系１７０は、その他のレンズ、ミラー、及び／又は光学素子を有していても構わない。反射検査照明光学系１７５は、光源１０３から透過検査照明光と分離された反射検査照明光を照明する少なくとも１つのレンズを有する。反射検査照明光学系１７５は、その他のレンズ、ミラー、及び／又は光学素子を有していても構わない。
【００２２】
拡大光学系１０４は、対物レンズ１７１、結像レンズ１７２、及び結像レンズ１７６，１７８を有している。対物レンズ１７１、結像レンズ１７２、及び結像レンズ１７６，１７８は、それぞれ少なくとも１つのレンズによって構成される。また、拡大光学系１０４は、対物レンズ１７１と結像レンズ１７２の間、結像レンズ１７２と結像レンズ１７６の間、及び／又は結像レンズ１７２と結像レンズ１７８の間に、その他のレンズ、及び／又はミラーを有していても構わない。
【００２３】
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、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、モード切替制御回路１４０、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。同様に、センサ回路２０６は、ストライプパターンメモリ２２３に接続され、ストライプパターンメモリ２２３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。
【００２４】
搬送機構１９４は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、分割型１／２波長板１９０を光路上から光路外へ、及び光路外から光路上へと移動させる。搬送機構１９６は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、ロションプリズム１９２を光路上から光路外へ、及び光路外から光路上へと移動させる。搬送機構１９５は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、ビームスプリッタ１９１を光路上から光路外へ、及び光路外から光路上へと移動させる。
【００２５】
実施の形態１では、偏光イメージを取得して、かかる偏光イメージを利用した検査（偏光イメージ検査モード（１））と、高倍率のパターン像を撮像して、かかるパターン像を検査する検査（通常検査モード（２））とを切り替え可能に構成される。偏光イメージ検査モード（１）において、検査装置１００では、光源１０３、透過検査照明光学系１７０、ＸＹθテーブル１０２、絞り１７３、拡大光学系１０４、分割型１／２波長板１９０、ロションプリズム１９２、ミラー１７４、フォトダイオードアレイ１０５，２０６、及びセンサ回路１０６，２０６により高倍率の検査光学系が構成されている。通常検査モード（２）において、検査装置１００では、光源１０３、透過検査照明光学系１７０、反射検査照明光学系１７５、ＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、ビームスプリッタ１９１、ミラー１７４、フォトダイオードアレイ１０５，２０６、及びセンサ回路１０６，２０６により高倍率の検査光学系が構成されている。例えば、４００〜５００倍の倍率の検査光学系が構成されている。
【００２６】
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１７１は、制御計算機１１０の制御の下に図示しないオートフォーカス（ＡＦ）制御回路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。対物レンズ１７１は、例えば、図示しないピエゾ素子によって光軸方向（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。
【００２７】
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に格納されてもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
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、マスク基板３００に形成されたパターンを半導体基板に露光転写するステッパ等の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：被露光基板）へ結像する。なお、図２（ａ）では、１つの対物レンズ３０２（縮小光学系）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（イメージｉ側の開口数）は、例えば、ＮＡｉ＝１．４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＝１．４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＝０．３５となる。よって、露光装置では、開口数ＮＡｏ＝０．３５の光束のマスク基板３００からの透過光像を非常に広い開口数ＮＡｉ＝１．４の光束の像として半導体基板３０４に露光転写していることになる。
【００３０】
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）に検査装置１００の一部を示すように、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１１は、対物レンズを含む拡大光学系１０４に入射され、拡大光学系１０４を通過した光１２がフォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）へ結像する。その際、マスク基板１０１から拡大光学系１０４へ透過光１１が入射する場合の入射可能な対物レンズの開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、例えばＮＡｏ＝０．９に設定する。検査装置１００では、マスク基板３００からの透過光像を検査で比較可能にするために２００〜５００倍に拡大しているので、拡大光学系１０４のマスク基板１０１に対する感度は２００〜５００となる。よって、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、ＮＡｏの１／５００〜１／２００となり、例えば、開口数ＮＡｉ＝０．００４になる。
【００３１】
このように、ＮＡｏ＝０．３５となる露光装置の対物レンズ３０２が入手する光の情報量と例えばＮＡｏ＝０．９となる検査装置１００の対物レンズが入手する光の情報量とでは、そもそも異なっている。よって、半導体基板３０４上の像は、フォトダイオードアレイ１０５の受光面上の像とは、光束数自体が異なるため、同じ像を得ることは困難である。そこで、露光装置の対物レンズ３０２と等しくするため、絞り１７３で光束を絞ることで、検査装置１００の対物レンズのＮＡｏを例えばＮＡｏ＝０．３５に設定する。これにより、光束数を合わせることができる。しかしながら、検査装置１００では、マスク基板３００からの透過光像を検査で比較可能にするために２００〜５００倍に拡大しているので、拡大光学系１０４のマスク基板１０１に対する感度は２００〜５００となる。よって、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、露光装置の対物レンズ３０２のように非常に広い開口数ＮＡｉ＝１．４にはできず、ＮＡｏの１／５００〜１／２００となり、例えば、開口数ＮＡｉ＝０．００１になる。このように、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）よりも十分小さい開口数ＮＡｉになる。なお、図２（ｂ）では、拡大光学系１０４しか記載していないが、拡大光学系１０４内には複数のレンズが配置されている。拡大光学系１０４内には、上述したように、少なくとも対物レンズ１７１と結像レンズ１７２と結像レンズ１７６（及び結像レンズ１７８）とを有している。
【００３２】
よって、対物レンズ１７１は、マスク基板１０１が露光装置に配置された場合にマスク基板１０１からの透過光を入射して半導体基板３０４に結像する露光装置の対物レンズ３０２がマスク基板１０１からの透過光３０１を入射する場合と同様の開口数ＮＡｏ（ＮＡｏ＝０．３５）で、マスク基板１０１上に結像された照明光がマスク基板１０１を透過した透過光１９０を入射する。また、結像レンズ１７６（及び結像レンズ１７８）は、拡大光学系１０４内を通過した光を、露光装置の対物レンズ３０２よりも十分小さい開口数ＮＡｉ（ＮＡｉ＝０．００１）で結像させる。
【００３３】
図３は、実施の形態１の比較例におけるＳ偏光波とＰ偏光波の特性について説明するための図である。図３では、比較例となる露光装置の対物レンズ３０２を通った光３０５が半導体基板３０４に結像する状態の一例を示している。対物レンズ３０２の半導体基板３０４に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、非常に広い開口数ＮＡｉ＝１．４になるので、光の干渉の効果で光３０５の特にＰ偏光成分の振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまう。
【００３４】
図４は、実施の形態１及び比較例におけるイメージ側開口数とＳ偏光波とＰ偏光波との関係を比較するための図である。上述したように、露光装置では、対物レンズ３０２の半導体基板３０４側の開口数ＮＡｉが、ＮＡｉ＝１．４と非常に大きいため、図４に示すように、Ｐ偏光成分の振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまう。また、Ｓ偏光成分の振幅については、対物レンズ３０２の半導体基板３０４側の開口数ＮＡｉに関わらず、同じ状態を維持する。
【００３５】
一方、上述したように、検査装置１００では、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５側の開口数ＮＡｉが、ＮＡｉ＝０．００１と露光装置の対物レンズ３０２に比べて非常に（十分に）小さいため、かかるＰ偏光成分の振幅の減少等が生じない。Ｓ偏光成分の振幅については、同様に、同じ状態を維持する。
【００３６】
露光装置において半導体基板３０４に結像されるマスクパターン像の光も、検査装置１００においてフォトダイオードアレイ１０５に結像されるマスクパターン像の光も、共にＰ偏光成分とＳ偏光成分の合成光なので、Ｐ偏光成分が異なれば、得られる光学画像は同じイメージ像にはならない。
【００３７】
そこで、実施の形態１では、かかる現象を踏まえて、検査装置１００において、フォトダイオードアレイ１０５に結像されるマスクパターン像をＰ偏光成分の像とＳ偏光成分の像とに分離して取得する。これにより、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との合成の仕方（割合）等を調整することにより、フォトダイオードアレイ１０５で撮像された２種類の画像から露光イメージを生成することができる。
【００３８】
図５は、実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図５において、実施の形態１におけるパターン検査方法は、モード選択工程（Ｓ１０２）と、搬出工程（Ｓ１０４）と、搬入工程（Ｓ１０６）と、絞り解除処理工程（Ｓ１０８）と、照明光学系切り替え工程（Ｓ１１０）と、スキャン工程（Ｓ１１２）と、比較工程（Ｓ１１４）と、搬出工程（Ｓ２０４）と、搬入工程（Ｓ２０６）と、絞り処理工程（Ｓ２０８）と、照明光学系切り替え工程（Ｓ２１０）と、スキャン工程（Ｓ２１２）と、合成工程（Ｓ２１３）と、比較工程（Ｓ２１４）と、の各工程を実施する。
【００３９】
モード選択工程（Ｓ１０２）にて、偏光イメージを取得して、かかる偏光イメージを利用した偏光イメージ検査モード（１）を選択した場合、偏光イメージ検査モード（１）では、図５の各工程のうち、搬出工程（Ｓ２０４）と、搬入工程（Ｓ２０６）と、絞り処理工程（Ｓ２０８）と、照明光学系切り替え工程（Ｓ２１０）と、スキャン工程（Ｓ２１２）と、合成工程（Ｓ２１３）と、比較工程（Ｓ２１４）と、の各工程を実施する。
【００４０】
モード選択工程（Ｓ１０２）にて、高倍率のパターン像を撮像して、かかるパターン像を検査する通常検査モード（２）を選択した場合、通常検査モード（２）では、図５の各工程のうち、搬出工程（Ｓ１０４）と、搬入工程（Ｓ１０６）と、絞り解除処理工程（Ｓ１０８）と、照明光学系切り替え工程（Ｓ１１０）と、スキャン工程（Ｓ１１２）と、比較工程（Ｓ１１４）と、の各工程を実施する。
【００４１】
よって、まず、モード選択工程（Ｓ１０２）において、ユーザから偏光イメージ検査モード（１）と通常検査モード（２）との一方を選択させる。例えば、図示しないキーボード、マウス、タッチパネル等から、かかる検査モード（１）（２）の一方を選択させればよい。そして、かかる選択された検査モードの情報は、制御計算機１１０の制御のもと、モード切替制御回路１４０に出力される。モード切替制御回路１４０は、入力された検査モードの情報に従って、検査光学系の配置等を切り替える。まずは、偏光イメージ検査モード（１）を選択した場合について説明する。
【００４２】
図６は、実施の形態１における偏光イメージ検査モードにおける検査光学系の構成の一例を示す図である。図６では、図１の構成の一部を示している。図６において、点線は各レンズからの瞳位置を示している。なお、図１と図６の各構成の位置の縮尺等については一致させていない。
【００４３】
搬出工程（Ｓ２０４）として、搬送機構１９５は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、ビームスプリッタ１９１を光路上から光路外へと移動させる。もともとビームスプリッタ１９１が光路外に配置されていた場合にはかかる動作を省略すればよい。
【００４４】
搬入工程（Ｓ２０６）として、搬送機構１９４は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、分割型１／２波長板１９０を光路外から光路上へと移動させる。分割型１／２波長板１９０は、対物レンズ１７１に対してマスク基板１０１とは反対側の位置であって対物レンズ１７１の瞳位置付近に配置される。
【００４５】
また、搬送機構１９６は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、ロションプリズム１９２を光路外から光路上へと移動させる。具体的には、ビームスプリッタ１９１が光路内から光路外に搬出されたことによってできた光路上の空間領域付近に、ロションプリズム１９２を配置する。
【００４６】
絞り処理工程（Ｓ２０８）として、モード切替制御回路１４０は、絞り１７３の開口部の直径をしぼり、通過可能な光束を絞ることで、対物レンズ１７１のＮＡｏを露光装置の対物レンズ３０２と等しくする。例えば、検査装置１００の対物レンズのＮＡｏを例えばＮＡｏ＝０．３５に設定する。
【００４７】
照明光学系切り替え工程（Ｓ２１０）として、照明形状切替機構１８１は、透過検査用の照明光（検査光）の形状が露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状になるようにレンズ、及びミラー等を含む光学素子を切り替える。かかる光学素子は、露光装置の照明条件に合わせて予め切り換え可能に配置しておけばよい。
【００４８】
スキャン工程（Ｓ２１２）として、光学画像取得機構１５０は、マスク基板１０１上に形成されたパターンの光学画像を取得する。具体的には、次のように動作する。
【００４９】
図６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、投影レンズ１８０によって照明形状切替機構１８１に照明され、照明形状切替機構１８１によって、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される。かかる露光装置で使用する照明形状と同様の照明光（第１の照明光）が、結像レンズ１８２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（マスクパターン像）は、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）がマスク基板１０１からの透過光を入射する場合と同様の開口数ＮＡｏ（ＮＡｏ＝０．３５）に絞り１７３によって絞られた対物レンズ１７１に入射し、対物レンズ１７１によって平行に分割型１／２波長板１９０に投影される。よって、検査装置１００のここまでの光学条件は露光装置と同様にできる。
【００５０】
そして、分割型１／２波長板１９０は、対物レンズ１７１を通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える。方向を揃えることで、Ｐ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。或いはＳ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。
【００５１】
図７は、実施の形態１における分割型１／２波長板の構成と偏光成分の状態の一例を示す図である。図７の例では、分割型１／２波長板１９０の一例として、８分割型の１／２波長板が示されている。図７（ａ）に示すように、８分割型の１／２波長板１９０は、８領域に分割されており、各々の領域で点線で示す進相軸の方向が異なる。図７（ａ）に示すように、Ｓ偏光成分は、透過光の円周方向を向いており、８分割型の１／２波長板を通過させることで、例えば、ｘ方向に揃えられる。一方、図７（ｂ）に示すように、Ｐ偏光成分は、透過光の径方向を向いており、８分割型の１／２波長板を通過させることで、Ｓ偏光成分とは直交する、例えば、ｙ方向に揃えられる。図７（ａ）及び図７（ｂ）の例では、８分割型を示したが、これに限るものではない。４分割型であってもよいし、１６分割型であってもよいし、その他の分割型であってもよい。透過光（マスクパターン像）について、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを互いに直交する方向に揃えることができればよい。
【００５２】
図８は、実施の形態１における分割型１／２波長板の配置位置を説明するための図である。分割型１／２波長板１９０は、対物レンズ１７１に対してマスク基板１０１とは反対側の位置であって対物レンズ１７１の瞳位置付近に配置される。分割型１／２波長板１９０の位置での光線の広がりは、対物レンズ１７１の瞳径Ｄ（対物レンズ１７１を通過した軸上平行光束の最大径）の５％以下が望ましい。そのため、分割型１／２波長板１９０の配置位置の対物レンズ１７１の瞳位置からのずれ量ΔＬは、対物レンズ１７１の瞳径Ｄ、対物レンズ１７１の視野径ｄ、対物レンズ１７１の焦点距離ｆを用いて、以下の式（１）を満たすと好適である。
（１）  ΔＬ＜０．０５・Ｄ・ｆ／ｄ
【００５３】
よって、分割型１／２波長板１９０は、対物レンズ１７１の瞳位置から、かかる瞳位置のずれ量ΔＬ内に配置されると良い。
【００５４】
分割型１／２波長板１９０を透過した透過光は、ロションプリズム１９２に入射する。ロションプリズム１９２は、透過光のＰ偏光波の軌道とＳ偏光波の軌道とを分離する。図６の例では、透過光のＰ偏光波をそのまま通過させ、Ｓ偏光波の軌道を曲げて通過させている。軌道を変化させないで透過させる偏光成分と軌道を変化させて透過させる偏光成分との関係は逆であっても構わない。分割型１／２波長板１９０によって、同じ偏光波の方向が揃えられているので、ロションプリズム１９２によって、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分離できる。
【００５５】
ロションプリズム１９２を通過したＰ偏光波とＳ偏光波は、共に、結像レンズ１７２に入射する。ここで、実施の形態１では、ロションプリズム１９２によってＰ偏光波とＳ偏光波のうちの一方（ここでは例えばＳ偏光波）の軌道の方向を変えているので、Ｐ偏光波とＳ偏光波は、結像レンズ１７２に入射する位置が異なる。よって、結像レンズ１７２は、ロションプリズム１９２を通過したＰ偏光波とＳ偏光波とを異なる結像位置にそれぞれ結像する。図６の例では、結像レンズ１７２は、Ｐ偏光波を結像位置Ａに結像する。結像レンズ１７２は、Ｓ偏光波を結像位置Ｂに結像する。
【００５６】
ミラー１７４は、結像位置Ａ或いは結像位置Ｂに配置される。図６の例では、結像位置Ｂに反射面が位置するように配置される。そして、ミラー１７４は、Ｐ偏光波とＳ偏光波との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置でかかる他方を反射する。図６の例では、ミラー１７４は、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのＰ偏光波の結像位置Ａとは異なるＳ偏光波の結像位置ＢでかかるＳ偏光波を反射する。
【００５７】
ミラー１７４が光路上に配置されていないＰ偏光波とＳ偏光波との一方（図６の例ではＰ偏光波）は、結像位置Ａで一旦結像した後、そのまま直進して、結像レンズ１７６に入射する。結像レンズ１７６（第１の結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．００１）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。
【００５８】
フォトダイオードアレイ１０５（第１のイメージセンサ）は、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの一方の結像レンズ１７６により結像された像（例えばＰ偏光成分の像）（第１の像）を撮像する。
【００５９】
ミラー１７４が光路上に配置されたＰ偏光波とＳ偏光波との他方（図６の例ではＳ偏光波）は、結像位置Ｂで一旦結像した後、ミラー１７４で反射され、結像レンズ１７８に入射する。結像レンズ１７８（第２の結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．００１）でフォトダイオードアレイ２０５に結像させる。
【００６０】
フォトダイオードアレイ２０５（第２のイメージセンサ）は、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方の結像レンズ１７８により結像された像（例えばＳ偏光成分の像）（第２の像）を撮像する。
【００６１】
なお、フォトダイオードアレイ１０５，２０５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１０５，２０５（イメージセンサ）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対応する偏光成分の光学画像を撮像する。
【００６２】
図９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９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の移動によって、マスク基板１０１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１０５，２０５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１０５，２０５では、図９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１０５，２０５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。
【００６３】
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。
【００６４】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたＰ偏光光のパターンの像は、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と好適である。
【００６５】
一方、フォトダイオードアレイ２０５上に結像されたＳ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ２０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路２０６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２２３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２０５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と好適である。
【００６６】
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。
【００６７】
その後、Ｐ偏光光の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上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｐ偏光光の測定データ（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Ｐ偏光光のストライプ領域画像は、後述する記憶装置に格納される。
【００６８】
同様に、Ｓ偏光光の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上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｓ偏光光の測定データ（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Ｓ偏光光のストライプ領域画像は、後述する記憶装置に格納される。
【００６９】
以上のように、実施の形態１によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するための元になるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを同時に取得できる。そして、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）によって、振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまうＰ偏光成分の状態に、取得されたＰ偏光波の偏光イメージを合わせてからＳ偏光波の偏光イメージと合成することで、露光イメージ画像を作成できる。実施の形態１によれば、Ｓ偏光波とＰ偏光波を分離した状態で撮像しているので、一方の偏光成分画像の調整を可能にできる。
【００７０】
実施の形態１の検査装置１００は、さらに、かかるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを利用して、マスク基板１０１のパターン検査を行う。
【００７１】
図１０は、実施の形態１における比較回路の内部構成の一部を示す図である。図１０において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５８，６０，６６，６８、フレーム分割回路５４，５６、補正回路６２、合成回路６４、位置合わせ回路７０、及び比較処理回路７２が配置される。図１０では、偏光イメージ検査モード（１）において必要な構成について示している。通常検査モード（２）において必要な構成については従来の構成と同様で構わないので、図示を省略している。
【００７２】
比較回路１０８内では、検査ストライプ２０のＰ偏光波のストライプ領域画像（光学画像）は記憶装置５０に格納される。そして、フレーム分割回路５４（分割部）は、Ｐ偏光波のストライプ領域画像を読み出し、Ｐ偏光波のストライプ領域画像をｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）で分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。これにより、検査ストライプ２０が、例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅で分割された複数のフレーム領域３０（図９）について、各フレーム領域３０のＰ偏光波のフレーム画像を取得できる。Ｐ偏光波のフレーム画像は記憶装置５８に格納される。
【００７３】
同様に、検査ストライプ２０のＳ偏光波のストライプ領域画像（光学画像）は記憶装置５２に格納される。そして、フレーム分割回路５６（分割部）は、Ｓ偏光波のストライプ領域画像を読み出し、Ｓ偏光波のストライプ領域画像をｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）で分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。これにより、各フレーム領域３０のＳ偏光波のフレーム画像を取得できる。Ｓ偏光波のフレーム画像は記憶装置６０に格納される。
【００７４】
次に、補正回路６２（補正部）は、露光イメージに合わせるように、所定の割合でＰ偏光波のフレーム画像の階調値を減少させる。かかる減少割合は、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）によって、減少、無くなる、或いは反転してしまうＰ偏光成分の振幅量（比）に合わせればよい。
【００７５】
合成工程（Ｓ２１３）として、合成回路６４（合成部）は、補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）とを合成する。これにより、検査対象となるダイ（１）（第１のダイ）におけるＰ偏光波によるフレーム画像とＳ偏光波によるフレーム画像が合成された合成フレーム画像（第１のダイ画像）が生成される。ダイ（１）の合成フレーム画像は、記憶装置６６に格納される。
【００７６】
実施の形態１では、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」を行う。例えば、上述したストライプ領域画像には、同じパターンが形成された２つのダイの画像が含まれる。そこで、ダイ（１）の合成フレーム画像のフレーム領域３０に対応する、ダイ（２）（第２のダイ）のフレーム領域３０の合成フレーム画像（第２のダイ画像）を同様に生成する。ダイ（２）の合成フレーム画像は、記憶装置６８に格納される。
【００７７】
位置合わせ回路７０は、比較対象となるダイ（１）の合成フレーム画像（光学画像）と、比較対象となるダイ（２）の合成フレーム画像（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。
【００７８】
比較工程（Ｓ２１４）として、比較処理回路７２は、ダイ（１）における補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）が合成された合成フレーム画像（第１のダイ画像）と、ダイ（１）と同様のパターンが形成されたダイ（２）における補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）が合成された、合成フレーム画像（第１のダイ画像）に対応する合成フレーム画像（第２のダイ画像）と、を比較する。
【００７９】
ここで、実施の形態１によって生成される合成フレーム画像は、あえて露光装置と同じ条件に合わせて対物レンズ１７１の開口数ＮＡｏを設定している。そのため、対物レンズ１７１の開口数ＮＡｏが、従来の高分解能のパターン欠陥検査装置で使用する対物レンズの開口数ＮＡｏよりも小さい。よって、対物レンズ１７１に入射する光束が少ないので、像の分解能が従来の高分解能のパターン欠陥検査装置に比べて悪い。一方、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／及び短絡等が欠陥によって生じないのであれば、かかるパターンは集積回路として使用可能である。実施の形態１によって生成される合成フレーム画像は、あえて露光装置でウェハ上に露光される露光イメージに合わせて作成されているので、回路の断線或いは／及び短絡等をウェハ上に生じさせないかどうかを検査すればよい。そこで、比較処理回路７２は、個々の図形パターンの個別な形状欠陥を検査するのではなく、隣り合うパターン間距離を検査する。かかる場合、比較処理回路７２は、合成フレーム画像（第１のダイ画像）内の各パターンのパターン間距離を測定し、同様に、合成フレーム画像（第２のダイ画像）内の各パターンのパターン間距離を測定する。そして、合成フレーム画像（第１のダイ画像）のパターン間距離から、合成フレーム画像（第２のダイ画像）の対応するパターン間距離を引いた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。
【００８０】
以上のように、実施の形態１によれば、Ｓ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージが得られるので、かかるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを利用して、露光イメージでのマスク基板１０１のパターン検査ができる。
【００８１】
次に、モード選択工程（Ｓ１０２）において、通常検査モード（２）を選択した場合について説明する。
【００８２】
図１１は、実施の形態１における通常検査モードにおける検査光学系の構成の一例を示す図である。図１１では、図１の構成の一部を示している。なお、図１と図１１の各構成の位置の縮尺等については一致させていない。
【００８３】
搬出工程（Ｓ１０４）として、分割型１／２波長板１９０とロションプリズム１９２とを光路上と光路外との間で移動させる搬送機構を用いて、分割型１／２波長板１９０とロションプリズム１９２とを光路上から光路外へと移動させる。具体的には、搬送機構１９４（第１の搬送機構の一部）は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、分割型１／２波長板１９０を光路上から光路外へと移動させる。もともと分割型１／２波長板１９０が光路外に配置されていた場合にはかかる動作を省略すればよい。
【００８４】
また、搬送機構１９６（第１の搬送機構の他の一部）は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、ロションプリズム１９２を光路上から光路外へと移動させる。もともとロションプリズム１９２が光路外に配置されていた場合にはかかる動作を省略すればよい。
【００８５】
搬入工程（Ｓ１０６）として、ビームスプリッタ１９１を光路上と光路外との間で移動させる搬送機構を用いて、ビームスプリッタ１９１を光路外から光路上へと移動させる。具体的には、搬送機構１９５（第２の搬送機構）は、モード切替制御回路１４０による制御のもと、ビームスプリッタ１９１を光路外から光路上へと移動させる。具体的には、ロションプリズム１９２が光路内から光路外に搬出されたことによってできた光路上の空間領域付近に、ビームスプリッタ１９１を配置する。ビームスプリッタ１９１は、偏光ビームスプリッタでも良いし、無偏光ビームスプリッタでも良い。偏光ビームスプリッタを用いる場合には、１／４波長板１９７（λ／４波長板）を併せて用いると好適である。かかる場合、１／４波長板１９７は、ビームスプリッタ１９１と対物レンズ１７１との間に配置されると好適である。１／４波長板１９７を配置することで、偏光ビームスプリッタを通過した直線偏光光を円偏光の照明光に変換できる。これにより、照明光の偏光方向とパターン形状との関係を考慮する必要を無くすことができる。また、マスク基板１０１からの円偏光の反射光を直線偏光に変換できるので、１／４波長板１９７の配置角度を調整することにより、センサ側に向かって偏光ビームスプリッタを通過させる際の反射光の光量の損失を抑えることができる。円偏光の透過光についても直線偏光に変換できるので、センサ側に向かって偏光ビームスプリッタを通過させる際の透過光の光量の損失を抑えることができる。
【００８６】
絞り解除処理工程（Ｓ１０８）として、モード切替制御回路１４０は、絞り１７３の開口部の直径を大きくし、通過可能な光束を増やすことで、対物レンズ１７１のＮＡｏを通常の高解像の検査時と等しくする。例えば、検査装置１００の対物レンズのＮＡｏを例えばＮＡｏ＝０．９に設定する。或いは、絞り１７３の開口部を完全開放してもよい。
【００８７】
照明光学系切り替え工程（Ｓ１１０）として、照明形状切替機構１８１は、透過検査用の照明光（検査光）の形状が、通常の検査時に使用する照明形状になるように、露光装置の照明用の光学素子を光路上から光路外へと移動させる。或いは、通常検査用に、レンズ、及びミラー等を含む光学素子を切り替える。
【００８８】
スキャン工程（Ｓ１１２）として、光学画像取得機構１５０は、マスク基板１０１上に形成されたパターンの光学画像を取得する。具体的には、次のように動作する。
【００８９】
図１１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、図示しないハーフミラー等によって、透過検査用の検査光と反射検査用の検査光とに分岐される。透過検査用の検査光は、透過検査照明光学系１７０の投影レンズ１８０によって照明形状切替機構１８１を通過して、結像レンズ１８２に入射する。かかる透過検査用の検査光（第２の照明光）が、透過検査照明光学系１７０の結像レンズ１８２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（マスクパターン像）は、しぼりが解除された対物レンズ１７１に入射し、対物レンズ１７１によって平行にビームスプリッタ１９１を介して結像レンズ１７２に投影される。
【００９０】
一方、反射検査用の検査光（第３の照明光）は、反射検査照明光学系１７５によってビームスプリッタ１９１に投影される。ビームスプリッタ１９１で反射された反射検査用の検査光は、対物レンズ１７１に入射し、対物レンズ１７１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。その際、反射検査用の検査光は、パターン形成面のうち、透過検査用の検査光とは異なる位置に結像される。言い換えれば、反射検査照明光学系１７５は、マスク基板１０１のパターン形成面上で透過検査用の検査光とは異なる位置に反射検査用の検査光が結像されるように、反射検査用の検査光をビームスプリッタ１９１に投影する。実際には、透過検査用の検査光と反射検査用の検査光は、同じストライプ領域２０内の互いにごく近い位置を照明する。マスク基板１０１から反射された反射光（マスクパターン像）は、しぼりが解除された対物レンズ１７１に入射し、対物レンズ１７１によって平行にビームスプリッタ１９１を介して結像レンズ１７２に投影される。このように、ビームスプリッタ１９１は、照明光を対物レンズ１７１に分岐すると共に、対物レンズ１７１を介して、マスク基板１０１を反射した反射光を通過させる。
【００９１】
以上のように、透過検査用の検査光（第２の照明光）がマスク基板１０１を透過した透過光（第２の透過光）と、反射検査用の検査光（第３の照明光）がマスク基板１０１から反射された反射光とを対物レンズ１７１及びビームスプリッタ１９１を介して結像レンズ１７２に入射する。かかる場合に、透過検査用の検査光と反射検査用の検査光は、マスク基板１０１上の互いに異なる位置を照明しているため、マスク基板１０１の透過光と反射光は、対物レンズ１７１に入射する場合に光路が異なる。よって、マスク基板１０１の透過光と反射光は、対物レンズ１７１によって投影される結像レンズ１７２への入射位置も異なる位置にできる。
【００９２】
実施の形態１では、結像レンズ１７２は、通常パターン検査を行う場合に、透過光と反射光との一方（ここでは例えば透過光）をＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方（ここでは例えばＰ偏光波）の結像位置Ａに結像すると共に、透過光と反射光との他方（ここでは例えば反射光）をＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの他方（ここでは例えばＳ偏光波）の結像位置Ｂに結像する。
【００９３】
ミラー１７４は、マスク基板１０１の透過光と反射光との一方の結像位置とは異なる他方の結像位置でかかる他方を反射する。図１１の例では、ミラー１７４は、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうちＰ偏光波の結像位置Ａとは異なるＳ偏光波の結像位置Ｂでかかるマスク基板１０１の反射光を反射する。
【００９４】
ミラー１７４が光路上に配置されていないマスク基板１０１の透過光と反射光との一方（図１１の例では透過光）は、Ｐ偏光波の結像位置Ａで一旦結像した後、そのまま直進して、結像レンズ１７６に入射する。結像レンズ１７６（第１の結像レンズ）は、入射した光を通常検査用の開口数（ＮＡｉ＝０．００４）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。
【００９５】
フォトダイオードアレイ１０５（第１のイメージセンサ）は、マスク基板１０１の透過光と反射光とのうちの一方の結像レンズ１７６により結像された像（例えばマスク基板１０１の透過光の像）（第３の像）を撮像する。
【００９６】
ミラー１７４が光路上に配置されたマスク基板１０１の透過光と反射光との他方（図１１の例では反射光）は、Ｓ偏光波の結像位置Ｂで一旦結像した後、ミラー１７４で反射され、結像レンズ１７８に入射する。結像レンズ１７８（第２の結像レンズ）は、入射した光を通常検査用の開口数（ＮＡｉ＝０．００４）でフォトダイオードアレイ２０５に結像させる。
【００９７】
フォトダイオードアレイ２０５（第２のイメージセンサ）は、マスク基板１０１の透過光と反射光とのうちの他方の結像レンズ１７８により結像された像（例えば反射光の像）（第４の像）を撮像する。
【００９８】
なお、フォトダイオードアレイ１０５，２０５では、図９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点で偏光イメージ検査モード（１）と同様である。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１０５，２０５は、ＸＹθテーブル１０２と相対移動しながら、透過用の検査光と反射用の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同時に撮像する。
【００９９】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像された透過光のパターンの像は、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と好適である。
【０１００】
一方、フォトダイオードアレイ２０５上に結像された反射光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ２０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路２０６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２２３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２０５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と好適である。
【０１０１】
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。
【０１０２】
その後、透過光の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上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。透過光の測定データ（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Ｐ偏光光のストライプ領域画像は、後述する記憶装置に格納される。
【０１０３】
同様に、反射光の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上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。反射光の測定データ（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Ｓ偏光光のストライプ領域画像は、後述する記憶装置に格納される。
【０１０４】
実施の形態１の検査装置１００は、かかる透過光のパターン像についてパターン検査を行う。同様に、かかる反射光のパターン像についてパターン検査を行う。
【０１０５】
比較回路１０８内には、さらに、図示しない磁気ディスク装置等の記憶装置、フレーム分割回路、位置合わせ回路、及び比較処理回路が配置される。比較回路１０８内では、図示しないフレーム分割回路は、透過光のストライプ領域画像を読み出し、透過光のストライプ領域画像をｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）で分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。これにより、検査ストライプ２０が、例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅で分割された複数のフレーム領域３０（図９）について、各フレーム領域３０の透過光のフレーム画像を取得できる。透過光のフレーム画像は図示しない記憶装置に格納される。
【０１０６】
実施の形態１では、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」を行う。例えば、上述したストライプ領域画像には、同じパターンが形成された２つのダイの画像が含まれる。そこで、ダイ（１）のフレーム領域３０に対応する、ダイ（２）（第２のダイ）のフレーム領域３０のフレーム画像を同様に生成する。
【０１０７】
そして図示しない位置合わせ回路は、比較対象となるダイ（１）の透過光によるフレーム画像（第３の光学画像）と、比較対象となるダイ（２）の透過光によるフレーム画像（第４の光学画像）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。
【０１０８】
そして図示しない比較処理回路は、位置合わせされたダイ（１）の透過光によるフレーム画像（第３の光学画像）とダイ（２）の透過光によるフレーム画像（第４の光学画像）とを、画素毎に比較する。所定の判定閾値を用いて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。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥候補と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【０１０９】
或いは、マスク基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ（描画データ）から作成した参照画像と光学画像とを比較する「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」を行ってもよい。
【０１１０】
かかる場合、参照画像作成回路１１２は、マスク基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ（描画データ）に定義されたパターンデータに基づいて、フレーム領域３０毎に、参照画像を作成する。具体的には、以下のように動作する。まず、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して設計データ（描画データ）に定義された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に定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。
【０１１１】
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）、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が格納されている。
【０１１２】
かかる図形データとなる設計パターンデータが参照画像作成回路１１２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パターン画像データに展開し、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、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。
【０１１３】
次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。測定画像としての光学画像データは、光学系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。作成された参照画像の画像データは比較回路１０８に出力され、図示しないメモリに格納される。
【０１１４】
そして図示しない位置合わせ回路は、比較対象となる透過光によるフレーム画像（第３の光学画像）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。
【０１１５】
そして図示しない比較処理回路は、位置合わせされたフレーム画像（第３の光学画像）と、比較対象となる参照画像とを、画素毎に比較する。所定の判定閾値を用いて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。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥候補と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【０１１６】
反射光のストライプ領域画像についても、透過光のストライプ領域画像に対して行った処理と同様の処理を行う。これにより、透過光によるパターン検査と反射光によるパターン検査とを同時期に行うことができる。透過検査と反射検査の両方を行うことで、疑似欠陥を排除でき、検査精度を向上させることができる。
【０１１７】
以上のように、偏光イメージを取得する場合に、分割型１／２波長板１９０とロションプリズム１９２とがビームスプリッタ１９１の代わりに光路上に配置され、通常のパターン検査を行う場合に、ビームスプリッタ１９１が分割型１／２波長板１９０とロションプリズム１９１との代わりに光路上に配置される。そして、通常検査モード（２）における対物レンズ１７１、結像レンズ１７２、及びミラー１７４の配置位置を変えずにそのまま偏光イメージ検査モード（１）で利用できるように、例えば、ロションプリズム１９２の偏光面の角度を調整する。これにより、通常検査モード（２）においてマスク基板１０１上での異なる位置でのパターンを一方では透過像として、他方では反射像として撮像し、異なる位置に結像する場合でも、マスク基板１０１上での同じ位置の像をＰ偏光波とＳ偏光波とに分けた後に、ロションプリズム１９１で軌道をずらすために透過像の結像位置と反射像の結像位置の一方にＰ偏光波の結像位置とＳ偏光波の結像位置との一方を合わせることができる。同様に、透過像の結像位置と反射像の結像位置の他方にＰ偏光波の結像位置とＳ偏光波の結像位置との他方を合わせることができる。よって、偏光イメージ検査モード（１）ができるだけではなく、さらに、通常検査モード（２）における透過検査と反射検査の同時検査を可能にできる。
【０１１８】
以上のように、実施の形態１によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために利用可能な偏光イメージを取得できる。また、ミラー１７４を含めた結像光学系を偏光イメージの取得と通常のパターン検査との間で共用できる。
【０１１９】
以上の説明において、各「〜回路」は、処理回路を有し、その処理回路として、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、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ればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２等は、上述した少なくとも１つの回路で構成されてもよい。
同様に、フレーム分割回路５４，５６、補正回路６２、合成回路６４、位置合わせ回路７０、及び比較処理回路７２は、上述した処理回路で構成されればよい。
【０１２０】
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。上述した例では、露光イメージに合わせるように、Ｐ偏光波のフレーム画像の階調値を補正した上で、補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）とを合成する場合を説明したが、これに限るものではない。ダイ−ダイ検査なので、同じように画像が合成されていれば、露光イメージに合わせていなくても構わない。よって、露光イメージとは異なる比率で合成してもよい。また、合成せずに第１の光学画像と第２の光学画像を独立に検査に使用しても良い。また、上述した例では、隣り合うパターン間距離を検査する場合を説明したがこれに限るものではない。例えば、合成フレーム画像（第１のダイ画像）と合成フレーム画像（第２のダイ画像）とを画素毎に階調値を所定のアルゴリズムで比較してもよい。例えば、合成フレーム画像（第１のダイ画像）の階調値から合成フレーム画像（第２のダイ画像）の階調値を差し引いた差分が閾値よりも大きい場合に欠陥と判定してもよい。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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偏光イメージ取得装置、パターン検査装置、及び偏光イメージ取得方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  検査領域
２０  検査ストライプ
３０  フレーム領域
５０，５２，５８，６０，６６，６８  記憶装置
５４，５６  フレーム分割回路
６２  補正回路
６４  合成回路
７０  位置合わせ回路
７２  比較処理回路
１００  検査装置
１０１  マスク基板
１０２  ＸＹθテーブル
１０３  光源
１０４  拡大光学系
１０５，２０５  フォトダイオードアレイ
１０６，２０６  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
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
１２３，２２３  ストライプパターンメモリ
１４０  モード切替制御回路
１５０  光学画像取得機構
１６０  制御系回路
１７０  透過検査照明光学系
１７１  対物レンズ
１７２  結像レンズ
１７３  絞り
１７４  ミラー
１７５  反射検査照明光学系
１７６，１７８  結像レンズ
１８０  投影レンズ
１８１  照明形状切替機構
１８２  結像レンズ
１９０  分割型１／２波長板
１９１  ビームスプリッタ
１９２  ロションプリズム
１９４，１９５，１９６  搬送機構
１９７  １／４波長板
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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