(57)【要約】【課題】欠陥検査装置を用いた荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法であって、荷電粒子ビーム描画装置に不良が生じた場合にそれを初期段階で正しく検知することのできる方法を提供する。【解決手段】基板に対して、通常条件、欠陥を発生し難い安全条件、欠陥を発生し易い加速条件の３条件で描画を行い、レジストパターンを形成した後、欠陥検査装置を用いて領域毎の欠陥数を求める。そして、各条件について、検査感度と欠陥数の平均的な関係を求め、かかる関係から外れる値（欠陥数）があるか否かを調べる。例えば、安全条件で描画した領域と加速条件で描画した領域の双方において、平均値から同じように数が増加する欠陥があれば、この欠陥はプロセスに依存するものと推測できる。一方、これらの領域間で欠陥数に差がある欠陥については、電子ビーム描画装置に起因するものと推測できる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にレジスト膜が設けられた基板を準備する工程と、
前記レジスト膜に複数の描画条件の下で荷電粒子ビームを照射し、所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを検査装置で検査し、前記描画条件毎に所定の検査感度で欠陥数を求める工程と、
前記欠陥数の中で検査感度と欠陥数との前記描画条件に応じた平均的な関係から外れるものの有無と、前記外れるものがある場合に前記描画条件による相違の有無とを調べる工程とを有し、
前記描画条件は、欠陥の発生し易さの異なる少なくとも２つの条件であることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法。
【請求項２】
前記平均的な関係から外れる欠陥数がある場合には、同じ検査感度で再度欠陥数を求めるか、または、検査感度および描画条件の少なくとも一方を変えて欠陥数を求め、得られた欠陥数の中で前記平均的な関係から先の欠陥数と同様に外れるものの有無を調べる工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法。
【請求項３】
前記複数の描画条件は、セトリング時間、多重度、ステージの動作およびドーズ量の内から２つ以上を組み合わせ、組み合わせた各値を変えることで決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法。
【請求項４】
前記描画条件の構成要素の１つがセトリング時間であるとき、診断対象である荷電粒子ビーム描画装置で設定可能な最長のセトリング時間を最も欠陥の発生し難い条件とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法。
【請求項５】
前記描画条件の構成要素の１つが多重度であるとき、診断対象である荷電粒子ビーム描画装置で設定可能な最大の多重度を最も欠陥の発生し難い条件とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。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、マスクと総称することもある。）を用い、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。こうした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、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、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も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【０００３】
多大なコストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。一方、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おり、製造コストは益々増加の傾向にある。このため、歩留まりを低下させる要因を排除するための方策が急務となっている。
【０００４】
歩留まり低下の要因の１つに、電子ビーム描画装置の故障がある。これまでは、メンテナンス期間に、ＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｃｈｅｃｋ）マスクに電子ビームでパターンを描画し、得られたパターンの寸法や位置を計測器で測定することで、しかし、こうした測定は、マスク全面ではなく部分的に行われるので、寸法や位置に変動が生じたパターンがあっても、変動箇所で測定が行われない場合がある。特に、故障の初期段階であって、パターンに生じる変動が僅かなものであると、その変動を検知するのは困難であり、装置に故障が生じていても故障と認識されないことがあった。また、検出された欠陥の数が所定値を超えたところで、装置を停止して故障原因などを調査するので、緊急での対応が必要になる上、装置の稼働率を低下させる一因ともなっていた。こうしたことから、装置に不良が生じた場合にそれを初期段階で正しく検知することのできる方法が求められている。
【０００５】
ところで、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥検出には、欠陥検査装置が用いられる。この検査装置で行われる欠陥検出の手法には、ダイ−トゥ−ダイ（Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄｉｅ）検査方式とダイ−トゥ−データベース（Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄａｔａｂａｓｅ）検査方式がある。
【０００６】
ダイ−トゥ−ダイ検査方式は、同一のマスク内であって、その一部分または全体に同一のパターン構成を有する複数のチップが配置されている場合に、マスクの異なるチップ転写領域における同一のパターンを比較する検査方法である。この方式によれば、マスクのパターンを直接比較するので精度の高い検査が行える。一方、ダイ−トゥ−データベース検査方式は、レイアウトデータまたはレイアウトデータから擬似的に生成されるデータと、マスク上の実際のパターンとを比較する検査方法である。主に１つのマスクに１つのチップ転写領域しかない場合に、この方法を採用することが多い。
【０００７】
ダイ−トゥ−データベース検査では、光源から出射された光が光学系を介して検査対象であるマスクに照射される。マスクはテーブル上に載置されており、テーブルが移動することによって照射された光がマスク上を走査する。マスクを透過または反射した光はレンズを介して画像センサ上に結像し、画像センサで撮像された光学画像は測定データとして比較部へ送られる。比較部では、測定データと参照データとが適当なアルゴリズムにしたがって比較される。そして、これらのデータが一致しない場合には欠陥ありと判定される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
欠陥検査装置を用いた検査は、１枚のマスクに形成される全てのパターンに対して行われる。したがって、欠陥検査装置を用いれば、パターンに生じる僅かな変動も検知することが可能である。しかしながら、従来の欠陥検査装置は、マスクやレジスト膜が規格通りに作製されているか否かを検査するのに用いられてきた。例えば、特許文献２には、こうした検査を短時間で行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１１２１７８号公報
【特許文献２】特開平９−２１１８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、こうした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、欠陥検査装置を用いた荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法であって、荷電粒子ビーム描画装置に不良が生じた場合にそれを初期段階で正しく検知することのできる方法を提供することにある。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明は、表面にレジスト膜が設けられた基板を準備する工程と、
レジスト膜に複数の描画条件の下で荷電粒子ビームを照射し、所定のレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターンを検査装置で検査し、描画条件毎に所定の検査感度で欠陥数を求める工程と、
得られた欠陥数の中で検査感度と欠陥数との描画条件に応じた平均的な関係から外れるものの有無と、外れるものがある場合に描画条件による相違の有無とを調べる工程とを有し、
描画条件は、欠陥の発生し易さの異なる少なくとも２つの条件であることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法に関する。
【００１３】
平均的な関係から外れる欠陥数がある場合には、同じ検査感度で再度欠陥数を求めるか、または、検査感度および描画条件の少なくとも一方を変えて欠陥数を求め、得られた欠陥数の中で平均的な関係から先の欠陥数と同様に外れるものの有無を調べる工程をさらに有することが好ましい。
【００１４】
複数の描画条件は、セトリング時間、多重度、ステージの動作およびドーズ量の内から２つ以上を組み合わせ、組み合わせた各値を変えることで決定されることが好ましい。
【００１５】
描画条件の構成要素の１つがセトリング時間であるとき、診断対象である荷電粒子ビーム描画装置で設定可能な最長のセトリング時間を最も欠陥の発生し難い条件とすることが好ましい。
【００１６】
描画条件の構成要素の１つが多重度であるとき、診断対象である荷電粒子ビーム描画装置で設定可能な最大の多重度を最も欠陥の発生し難い条件とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、欠陥検査装置を用いた荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法であって、荷電粒子ビーム描画装置に不良が生じた場合にそれを初期段階で正しく検知することのできる方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。
【図２】電子ビームによる描画方法の説明図である。
【図３】描画条件と欠陥の発生しやすさとの関係を模式的に示した図である。
【図４】本実施の形態における検査装置の構成図である。
【図５】本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。
【図６】検査工程を示すフローチャートである。
【図７】光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図８】フィルタ処理を説明する図である。
【図９】描画条件毎に検査感度と欠陥数との関係を表した一例である。
【図１０】マスク基板に回路パターンと故障診断用のパターンとが配置された例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。
【００２０】
図１において、電子ビーム描画装置の試料室１内には、マスク基板２が設置されたステージ３が設けられている。ステージ３は、ステージ駆動回路４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路５により測定される。
【００２１】
試料室１の上方には、電子ビーム光学系１０が設置されている。この光学系１０は、電子銃６、各種レンズ７、８、９、１１、１２、ブランキング用偏向器１３、成形偏向器１４、ビーム走査用の主偏向器１５、ビーム走査用の副偏向器１６、および、２個のビーム成形用アパーチャ１７、１８等から構成されている。
【００２２】
図２は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、マスク基板２上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域５２に分割されている。電子ビーム５４による描画は、ステージ３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム５４は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２は、主偏向器１５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域５３は、副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。
【００２３】
副偏向領域５３内での電子ビーム５４の位置決めは、副偏向器１６で行われる。副偏向領域５３の位置制御は、主偏向器１５によってなされる。すなわち、主偏向器１５によって、副偏向領域５３の位置決めがされ、副偏向器１６によって、副偏向領域５３内でのビーム位置が決められる。さらに、成形偏向器１４とビーム成形用アパーチャ１７、１８によって、電子ビーム５４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ステージ３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画して行く。
【００２４】
設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータは、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データに変換される。設計中間データには、レイヤ（層）毎に作成されてマスク基板２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、電子ビーム描画装置は、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、電子ビーム描画装置の製造メーカ毎に、異なるフォーマットデータが用いられている。このため、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換された後に電子ビーム描画装置に入力される。図１の電子ビーム描画装置の場合、このデータは記憶媒体である入力部２１に記録される。記録されたデータは制御計算機２０によって読み出され、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３と描画データデコーダ２４に送られる。次いで、これらを介して、副偏向領域偏向量算出部３０、ブランキング回路２５、ビーム成形器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７、副偏向器ドライバ２８に送られる。
【００２５】
また、制御計算機２０には、偏向制御部３２が接続している。偏向制御部３２は、セトリング時間決定部３１に接続し、セトリング時間決定部３１は、副偏向領域偏向量算出部３０に接続し、副偏向領域偏向量算出部３０は、パターンデータデコーダ２３に接続している。また、偏向制御部３２は、ブランキング回路２５と、ビーム成形器ドライバ２６と、主偏向器ドライバ２７と、副偏向器ドライバ２８とに接続している。
【００２６】
パターンデータデコーダ２３からの情報は、ブランキング回路２５とビーム成形器ドライバ２６に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ２３で描画データに基づいてブランキングデータが作成され、ブランキング回路２５に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム寸法データも作成されて、副偏向領域偏向量算出部３０とビーム成形器ドライバ２６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ２６から、光学系１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の形状と寸法が制御される。
【００２７】
副偏向領域偏向量算出部３０は、パターンデータデコーダ２３で作成したビーム形状データから、副偏向領域５３における、１ショットごとの電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部３１に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。
【００２８】
セトリング時間決定部３１で決定されたセトリング時間は、偏向制御部３２へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部３２より、ブランキング回路２５、ビーム成形器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７、副偏向器ドライバ２８のいずれかに適宜送られる。
【００２９】
描画データデコーダ２４では、描画データに基づいて副偏向領域５３の位置決めデータが作成され、このデータは、主偏向器ドライバ２７と副偏向器ドライバ２８に送られる。そして、主偏向器ドライバ２７から、光学系１０の主偏向器１５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ２８から、副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域５３内での描画が行われる。この描画は、具体的には、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム５４を繰り返し照射することによって行われる。
【００３０】
次に、本実施の形態による荷電粒子ビーム描画装置の故障診断方法について、図面を参照しながら説明する。この診断方法は、荷電粒子ビーム描画装置に対して、例えば１〜２週間毎に１回程度の頻度で定期的に実施される。
【００３１】
本実施の形態による荷電粒子ビームの診断方法では、まず、表面にレジスト膜が設けられたマスク基板を準備し、このマスク基板に対して描画条件を変えながら描画を行う。具体的には、欠陥の発生しやすさの異なる複数の条件、本実施の形態では、セトリング時間と多重度（電子ビームの照射回数）を変えた複数の条件でパターンを描画する。これらの条件は、大別して、標準的な描画条件（以下、標準条件と称す。）、欠陥の発生し難い描画条件（以下、安全条件と称す。）、欠陥の発生し易い描画条件（以下、加速条件と称す。）の３種類に分けることができる。表１に各条件の一例を示す。尚、描画条件は、標準条件、安全条件および加速条件の内のいずれか２つ以上あればよい。
【００３２】
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【００３３】
表１では、各条件におけるセトリング時間と多重度を所定値に固定しているが、条件毎にセトリング時間と多重度をそれぞれ所定範囲で変えてもよい。
【００３４】
また、表１では、主偏向器、副偏向器、成形偏向器のそれぞれについて条件毎にセトリング時間を変えているが、これらの偏向器の中で少なくとも１つの偏向器のセトリング時間を変えればよい。例えば、いずれか１つの偏向器のセトリング時間と、多重度とを変えて描画を行う。そして、後述する検査結果を通じて電子ビーム描画装置の故障が疑われた場合に、他の１つまたは２つの偏向器のセトリング時間と多重度とを変えて同様に描画を行い、検査結果の再現性を見るようにしてもよい。
【００３５】
セトリング時間の各値は適宜設定することができるが、安全条件については電子ビーム描画装置で設定可能な最長の時間とすることが好ましい。
【００３６】
多重度についても適宜設定することができるが、最小値は１である。また、最大値は、電子ビーム描画装置で可能な最大値とすることが好ましく、一般的には８である。さらに、標準条件については２〜４とすることが好ましい。
【００３７】
尚、描画は、欠陥の発生しやすさに影響を及ぼす因子を変えて行えばよいので、セトリング時間や多重度以外の因子を変えることも可能である。例えば、ステージの動作やドーズ量を変えて描画してもよい。また、セトリング時間、多重度、ステージの動作およびドーズ量の内から２つ以上を組み合わせ、各値を変えて描画してもよい。
【００３８】
図３は、描画条件と欠陥の発生しやすさとの関係を模式的に示した図である。尚、図３で図１および図２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。
【００３９】
図３では、ステージ（図示せず）をＸ方向に移動させながら、電子ビームによってストライプ領域５５を描画する。続いて、Ｙ方向にステージをステップ送りして、隣接する次のストライプ領域５５を描画する。これを繰り返してマスク基板２の全面に描画を行う。
【００４０】
図３の例では、安全条件、標準条件、加速条件のそれぞれについて、セトリング時間と多重度を所定範囲で変えている。具体的には、Ｘ方向にセトリング時間の異なるパターンを配置し、Ｙ方向に多重度の異なるパターンを配置している。この場合、セトリング時間が遅く多重度の大きい条件は、欠陥の発生し難い安全条件Ｂとなる。一方、セトリング時間が速く多重度の小さい条件は、欠陥を発生し易い加速条件Ｃとなる。そして、これらの間に標準条件Ａがある。尚、図で各条件（Ａ〜Ｃ）を囲む線は、各条件に対応するパターン領域の位置をおおよそ示すものであって、パターン領域を厳密に区分けするものではない。
【００４１】
上記のようにして描画条件を変えて描画を行った後は、現像処理を行ってレジスト膜をパターニングする。その後、欠陥検査装置（以下では単に検査装置とも称す。）を用い、検査感度を変えて領域毎の欠陥数を求める。
【００４２】
図４は、本実施の形態における検査装置の構成図である。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。
【００４３】
光学画像取得部Ａは、光源１０３と、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ方向）に移動可能なＸＹθテーブル１０２と、透過照明系を構成する照明光学系１７０と、拡大光学系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。
【００４４】
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、オートローダ制御部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、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。ＸＹθテーブル１０２は、テーブル制御回路１１４によって制御されたＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびθ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。
【００４５】
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に送られて参照データの生成に用いられる。
【００４６】
尚、図４では、本実施の形態で必要な構成要素を記載しているが、検査に必要な他の公知要素が含まれていてもよい。
【００４７】
図５は、本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。
【００４８】
図５に示すように、本実施の形態の描画条件に対応した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）毎に作成されて基板上に形成されるパターンデータが格納される。上述したように、電子ビーム描画装置３００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ので、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータ２０３に変換された後に電子ビーム描画装置３００に入力される。同様に、検査装置１００もＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されておらず、電子ビーム描画装置３００と互換性のあるフォーマットデータ２０３に変換された上でデータ入力される。尚、検査装置１００に固有のフォーマットデータに変換された上でデータ入力される場合もある。
【００４９】
ところで、描画用または検査用のフォーマットデータ、あるいは、これらに変換する前のＯＡＳＩＳデータには、マスクに描画するパターンの解像度を高めるための補助パターンや、パターンの線幅および空隙の精度を維持することを目的としてパターン形状を複雑に加工するための図形が付加されている。それ故、パターンデータの容量は肥大化しており、電子ビーム描画装置や検査装置では、描画時間や検査時間の停滞を防ぐための工夫がなされている。具体的には、パターンデータを読み出してデータ展開する機構部分に、大容量で高速処理が可能な並列処理計算機と、処理に必要な読み出し速度に十分対応できるよう設計されたハードディスク装置とが組み合わされるなどしている。
【００５０】
図６は、検査工程を示すフローチャートである。
【００５１】
図６に示すように、検査工程は、光学画像取得工程（Ｓ２０２）と、設計パターンデータの記憶工程（Ｓ２１２）と、設計画像データ生成工程の一例となる展開工程（Ｓ２１４）およびフィルタ処理工程（Ｓ２１６）と、比較工程（Ｓ２２６）とを有する。
【００５２】
Ｓ２０２の光学画像取得工程では、図４の光学画像取得部Ａが、マスク基板２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。光学画像の具体的な取得方法は、例えば、次に示す通りである。
【００５３】
検査試料となるマスク基板２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向および回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置される。そして、マスク基板２に形成されたパターンに対し、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置された光源１０３から光が照射される。より詳しくは、光源１０３から照射される光束が、照明光学系１７０を介してマスク基板２に照射される。マスク基板２の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６が配置されている。マスク基板２を透過した光は、拡大光学系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。ここで、拡大光学系１０４は、図示しない自動焦点機構によって自動的に焦点調整がなされるよう構成されていてもよい。
【００５４】
図７は、光学画像の取得手順を説明するための図である。
【００５５】
検査領域は、図７に示すように、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１４０に仮想的に分割され、さらにその分割された各検査ストライプ１４０が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図７に示されるようなスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。そして、第１の検査ストライプ１４０における画像を取得した後、第２の検査ストライプ１４０における画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。そして、第３の検査ストライプ１４０における画像を取得する場合には、第２の検査ストライプ１４０における画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ１４０における画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。
【００５６】
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、センサが配置されている。このセンサの例としては、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサが挙げられる。ＸＹθテーブル１０２がＸ軸方向に連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによってマスク基板２のパターンが撮像される。ここで、光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成される。
【００５７】
ＸＹθテーブル１０２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、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軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータには、例えばステップモータを用いることができる。そして、ＸＹθテーブル１０２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、ＸＹθテーブル１０２上のマスク基板２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様になっている。
【００５８】
センサ回路１０６から出力された測定データ（光学画像）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上でのマスク基板２の位置を示すデータとともに、比較回路１０８に送られる。測定データは、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を表現している。
【００５９】
図６のＳ２１２は記憶工程であり、マスク基板２のパターン形成時に用いた設計パターンデータが、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【００６０】
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。
【００６１】
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、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクの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。
【００６２】
図６のＳ２１４は展開工程である。この工程においては、図４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、読み出されたマスク基板２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。
【００６３】
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、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。
【００６４】
図６のＳ２１６はフィルタ処理工程である。この工程では、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。
【００６５】
図８は、フィルタ処理を説明する図である。
【００６６】
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、拡大光学系１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続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画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにして光学画像と比較する参照画像（光学データ）を作成する。
【００６７】
測定データは、上述したように、比較回路１０８に送られる。そして、設計パターンデータは、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、比較回路１０８に送られる。
【００６８】
比較回路１０８では、センサ回路１０６から得られた光学画像と参照回路１１２で生成した参照画像を適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較し、誤差が所定の値を超えた場合にその箇所を欠陥と判断する。欠陥と判断した場合には、その座標と、欠陥判定の根拠となったセンサ撮影画像（光学画像）および参照画像とを検査結果として保存する。
【００６９】
本実施の形態においては、標準条件、安全条件、加速条件の各描画条件について、検査感度を変えて欠陥数を求める。そして、検査感度と欠陥数との平均的な関係を求め、かかる関係から外れる値（欠陥数）があるか否かを調べる。例えば、平均値を中心として±３σの範囲外にある値は上記関係から外れるものとすることができる。電子ビーム描画装置に起因する欠陥であれば、その数は加速条件、標準条件、安全条件の順に減少していく。各条件で一律に欠陥数が増大している場合は、電子ビーム描画装置に起因する欠陥ではないと判断され、描画装置に対する故障個所の調査が必要ないことが分かる。つまり、検査感度を変えた欠陥数の測定により、欠陥数の増加が、電子ビーム描画装置に起因するものなのか、それとも、その他のプロセスやパーティクルなどに起因するものなのかの切り分けを初期に判定することが可能となる。
【００７０】
図９は、標準条件、安全条件、加速条件の各描画条件について、検査感度と欠陥数との関係を表した一例である。本実施の形態では、検査感度を低、中、高の３段階に大別する。検査感度のレベルは、比較回路における所定の値を変えることで変えられる。
【００７１】
図９では、領域Ｓ１は検査感度：低に対応し、領域Ｓ２は検査感度：中に対応し、領域Ｓ３は検査感度：高に対応する。ここで、検査感度：中は、通常の欠陥検査、すなわち、マスクやレジスト膜が規格通りに作製されているか否の検査で定義されるレベルとすることができる。尚、領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、説明の都合上設けたに過ぎず、検査感度のレベルを厳密に区分けするものではない。
【００７２】
図９において、各描画条件に対応する直線は、それぞれ、検査感度による欠陥数の平均値を表している。検査感度が高くなるほど当然のことながら欠陥数は増加する。このような欠陥数の平均値を予め描画条件毎に取得した上で、表面にレジスト膜が設けられたマスク基板に対して描画条件を変えながら描画を行う。そして、得られたレジストパターンに対し、例えば、検査感度を高として描画条件毎の欠陥数を求める。
【００７３】
図９で、Ｃ１は、加速条件で描画したパターンの検査感度：高における欠陥数データの１つであるが、このデータは平均値を示す直線から外れている。また、Ａ１は、Ｃ１と同じレジストパターンの一部であって標準条件で描画したパターンの検査感度：中における欠陥数データである。Ａ１もＣ１と同様に平均値を示す直線から外れている。さらに、Ｂ１は、Ｃ１およびＡ１と同じレジストパターンの一部であって安全条件で描画したパターンの検査感度：低における欠陥数データである。Ｂ１もＣ１やＡ１と同様に平均値を示す直線から外れている。Ｃ１、Ａ１、Ｂ１を比較すると、これらは平均値に比較して同様の増加割合を示している。つまり、欠陥数は描画条件に関係なく同様に増加している。したがって、欠陥増加の原因は、電子ビーム描画装置ではなく、現像などのパターン形成プロセスにあると推測される。
【００７４】
図９で、Ｃ２は、加速条件で描画したパターンの検査感度：高における欠陥数データの１つである。このデータも平均値を示す直線から外れている。また、Ａ２は、Ｃ２と同じプロセスで形成されたレジストパターンの一部であって標準条件で描画したパターンの検査感度：中における欠陥数データである。Ａ２はＣ２とは異なり、平均値を示す直線上に位置している。さらに、Ｂ２は、Ｃ２およびＡ２と同じプロセスで形成されたレジストパターンの一部であって安全条件で描画したパターンの検査感度：低における欠陥数データである。Ｂ２もＡ２と同様に平均値を示す直線上に位置している。つまり、Ｃ２は平均値から増加しているが、Ａ２およびＢ２は平均値を示しており、この場合には描画条件によって欠陥数に違いが生じていることになる。つまり、欠陥数増加の原因は、パターン形成プロセスではなく電子ビーム描画装置にあると推測される。
【００７５】
Ｃ２、Ａ２、Ｂ２のような欠陥数の違いが見られた場合には、再度、検査感度：高で欠陥数を求めてその再現性を見る。あるいは、場合に応じて、検査感度や描画条件を変えて欠陥数を求め、得られた各値に平均値からの増加が見られるかどうかを調べる。例えば、検査感度を中にして各描画条件について欠陥数を調べる。また、検査感度：低についても同様にして欠陥数を調べてもよい。あるいは、主偏向器のみのセトリング時間を変えている場合には、副偏向器や成形偏向器のセトリング時間も変えて調べてもよい。さらに、セトリング時間や多重度以外の描画条件、例えば、ステージの動作やドーズ量を変えて描画し、検査感度を変えて欠陥数を調べるのもよい。新たに得られた欠陥数についても描画条件による違いが見られた場合には、電子ビーム描画装置に故障が生じていると判断し、装置を停止して故障箇所の調査・メンテナンスを行う。
【００７６】
以上述べたように、１枚のマスク基板に描画条件を変えて描画し、得られたパターンを検査装置で検査して所定の検査感度における欠陥数を調べ、その値と、対応する描画条件と検査感度での欠陥数の平均値とを比較することで、電子ビーム描画装置に故障が起きているか否かを診断することができる。この方法によれば、欠陥数の検出に検査装置を用いるので、所定箇所におけるパターンの寸法や位置を測定して欠陥を検出する方法に比べて、欠陥の検出精度を格段に上げることができる。したがって、電子ビーム描画装置の故障の初期段階におけるパターンの僅かな変動も捉えられる。よって、故障が進行する前に計画的な対応、例えば、装置を計画的に停止して故障個所を調査するなどの対応をとることが可能である。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、上記実施の形態では、１枚のマスクに対して描画条件を変えて描画し、電子ビーム描画装置の故障診断を行う行為を、例えば、１〜２週間毎に１回程度の頻度で定期的に実施する。これに対して、本発明では、製品マスクの周囲、すなわち、製品となる回路パターンが描画される領域の周囲に、描画条件を変えてパターンを描画し、このパターンを電子ビーム描画装置の故障診断に利用してもよい。
【００７９】
図１０は、マスク基板２’に回路パターンと故障診断用のパターンとが配置された例である。この図において、Ｐ１は、製品となる回路パターンが描画される領域である。また、Ｐ２は、故障診断用のパターンが描画される領域であり、セトリング時間と多重度を変えて描画されるパターンが配置される。具体的には、Ｘ方向にセトリング時間の異なるパターンが配置され、Ｙ方向に多重度の異なるパターンが配置される。この場合、セトリング時間が遅く多重度の大きい条件で描画されたパターン（図１０で右上に位置するパターン）は、欠陥が比較的発生し難いパターンである。一方、セトリング時間が速く多重度の小さい条件で描画されたパターン（図１０で左下に位置するパターン）は、欠陥が比較的発生し易いパターンである。
【００８０】
図１０のように、製品マスクの周囲に故障診断用のパターンを配置することにより、マスクの製造を行いながら同時に故障診断もできるようになる。すなわち、所定期間毎に故障診断のみを目的とした描画を行わなくても、通常の製造プロセスに合わせて故障診断を行える。この方法によれば、上記実施の形態で述べた方法に比べてサンプル数を容易に稼ぐことができるので、例えば、欠陥数の平均値取得に必要なサンプル数に至るのも容易である。
【００８１】
また、上記実施の形態では、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１    試料室
２、２’    マスク基板
３    ステージ
４    ステージ駆動回路
５、１０７    位置回路
６    電子銃
７、８、９、１１、１２    各種レンズ
１０    光学系
１３    ブランキング用偏向器
１４    成形偏向器
１５    主偏向器
１６    副偏向器
１７、１８    ビーム成形用アパーチャ
２０、１１０    制御計算機
２１    入力部
２２    パターンメモリ
２３    パターンデータデコーダ
２４    描画データデコーダ
２５    ブランキング回路
２６    ビーム成形器ドライバ
２７    主偏向器ドライバ
２８    副偏向器ドライバ
３０    副偏向領域偏向量算出部
３１    セトリング時間決定部
３２    偏向制御部
５１    描画されるパターン
５２    フレーム領域
５３    副偏向領域
５４    電子ビーム
５５    ストライプ領域
１００    検査装置
１０２    ＸＹθテーブル
１０３    光源
１０４    拡大光学系
１０５    フォトダイオードアレイ
１０６    センサ回路
１０８    比較回路
１０９    磁気ディスク装置
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
１４０    検査ストライプ
１７０    照明光学系
２０１    ＣＡＤデータ
２０２    設計中間データ
２０３    フォーマットデータ
３００    電子ビーム描画装置
【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】
2011129624.tif 000012
【図１０】
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