(57)【要約】【課題】位相欠陥と、パターン欠陥または異物とを、同時に検出可能な検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】検査装置１００は、透過照明光学系３０１によってマスク１０１の一方の面に光を照射し、マスク１０１を透過した透過光を透過結像光学系３０３を介して第１のフォトダイオードアレイ１０４に結像する。また、反射照明光学系３０２によってマスク１０１の他方の面に光を照射し、マスク１０１で反射した反射光を反射結像光学系３０４を介して第２のフォトダイオードアレイ１０５に結像する。透過照明光学系３０１の瞳面には第１の開口絞り２０３が配置され、透過結像光学系３０３の瞳面には、第１の開口絞り２０３と共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞り２０８が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過照明光学系によって検査対象の一方の面に光を照射し、前記検査対象を透過した透過光を透過結像光学系を介して第１の画像センサに結像するとともに、
反射照明光学系によって前記検査対象の他方の面に光を照射し、前記検査対象で反射した反射光を反射結像光学系を介して第２の画像センサに結像して、前記検査対象の欠陥を検査する検査装置において、
前記透過照明光学系および前記反射照明光学系のいずれか一方の瞳面に第１の開口絞りが配置され、
前記透過結像光学系および前記反射結像光学系のいずれか一方であって、前記第１の開口絞りが配置された照明光学系からの光が透過する光学系の瞳面に、前記第１の開口絞りと共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞りが配置されていることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記第１の開口絞りおよび前記第２の開口絞りは、光路上から移動可能なように構成されてい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】
前記透過照明光学系の瞳面に前記１の開口絞りが配置され、前記透過結像光学系の瞳面に前記第２の開口絞りが配置されてい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】
透過照明光学系によってマスクの一方の面に光を照射し、前記マスクを透過した透過光を透過結像光学系を介して第１の画像センサに結像するとともに、
反射照明光学系によって前記マスクの他方の面に光を照射し、前記マスクで反射した反射光を反射結像光学系を介して第２の画像センサに結像して、前記マスクの欠陥を検査する検査方法において、
前記透過照明光学系および前記反射照明光学系のいずれか一方の瞳面に第１の開口絞りを配置し、
前記透過結像光学系および前記反射結像光学系のいずれか一方であって、前記第１の開口絞りが配置された照明光学系からの光が透過する光学系の瞳面に、前記第１の開口絞りと共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞りを配置して、
前記第１の画像センサおよび前記第２の画像センサのいずれか一方であって、前記第２の開口絞りを透過した光が結像するセンサで検知された信号に基づいて、前記マスクの位相欠陥を検出し、
前記他方のセンサで検知された信号に基づいて、前記マスクのパターン欠陥を検出することを特徴とする検査方法。
【請求項５】
透過照明光学系によってマスクブランクスの一方の面に光を照射し、前記マスクブランクスを透過した透過光を透過結像光学系を介して第１の画像センサに結像するとともに、
反射照明光学系によって前記マスクブランクスの他方の面に光を照射し、前記マスクブランクスで反射した反射光を反射結像光学系を介して第２の画像センサに結像して、前記マスクブランクスの欠陥を検査する検査方法において、
前記透過照明光学系および前記反射照明光学系のいずれか一方の瞳面に第１の開口絞りを配置し、
前記透過結像光学系および前記反射結像光学系のいずれか一方であって、前記第１の開口絞りが配置された照明光学系からの光が透過する光学系の瞳面に、前記第１の開口絞りと共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞りを配置して、
前記第１の画像センサおよび前記第２の画像センサのいずれか一方であって、前記第２の開口絞りを透過した光が結像するセンサで検知された信号に基づいて、前記マスクブランクスの位相欠陥を検出し、
前記他方のセンサで検知された信号に基づいて、前記マスクブランクスの異物欠陥を検出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、マスクやマスクブランクスなどの検査対象の欠陥検出に用いられる検査装置および検査方法に関する。
【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。以下では、マスクと総称する。）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、ウェハに直接回路パターンを描画する場合にも用いられる。
【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の１つにマスクのパターン欠陥が挙げられる。このため、マスクの欠陥を検出する検査装置の重要性が高まっている。
【０００４】
マスクには、光を透過する透過部と、光を遮蔽する遮光部とからなるバイナリマスクがある。また、透過する光の位相を変化させる位相シフタを備えた位相シフタマスクもある。位相シフタマスクは、ＬＳＩに転写されるパターンの最小寸法が転写に用いられる光の波長と同程度になってきていることに鑑みて開発されたものである。代表的な位相シフトマスクとしては、レベンソン型、ハーフトーン型、リム型などが挙げられる。これらはいずれも、マスクを透過する光の一部の位相を１８０°ずらすことによって、光の干渉による解像度や焦点深度の低下を改善できる。光に位相差をつけるには、マスク基板上に厚さｄで屈折率ｎの透明な薄膜（シフタ）を設ければよい。例えば、ハーフトーンマスクのシフタには、Ｃｒ酸化膜、ＭｏＳｉ酸化膜またはこれらの積層膜などが使用される。シフタの厚さｄを次式で与えられるようにすれば、１８０°の位相差を得ることができる。
ｄ（ｎｍ）＝λ（ｎｍ）／２（ｎ−１）
【０００５】
バイナリマスクで見られるパターン欠陥は、ウェハに転写されるパターンの欠陥であり、マスクに光を照射しその透過光や反射光を検出することで検知可能である。一方、位相欠陥は、位相シフタの欠陥であり、シフタの厚さｄが設計値から変動したり、シフタそのものが欠落したりすることによって生じる。位相欠陥は、バイナリマスクで見られるようなパターン欠陥と異なり透明である。このため、マスクからの透過光や反射光を検出する方法では、信号強度が弱くなって欠陥を検知し難い。
【０００６】
そこで、従来は、パターン欠陥の検出と、位相欠陥の検出とは、それぞれ別々の装置を用いて行われていた。このため、１つの検査装置でパターン欠陥と位相欠陥の両方を検出できる検査装置が望まれていた。こうした問題に対して、特許文献１には、位相差顕微鏡型のマスク検査装置と透過顕微鏡型のマスク検査装置とを両立させた検査装置が開示されている。
【０００７】
特許文献１の検査装置は、対物光学系瞳面に０次回折光の位相をシフトさせる位相差フィルタを挿入し、照明光学系瞳面に位相差フィルタと共役な絞りを挿入することで、透過型パターン欠陥検査装置を位相差顕微鏡型の欠陥検査装置にする。また、位相差フィルタと絞りのそれぞれと切替可能な円形開口絞りを備えることで、透過型顕微鏡型のバイナリマスクパターンの検査装置の機能を持たせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−４９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、特許文献１の検査装置は、位相差フィルタと絞りをそれぞれ円形開口絞りと切り替えることで、位相欠陥を検出可能な構成からパターン欠陥を検出可能な構成へと変化させる。つまり、この検査装置では、位相欠陥とパターン欠陥を同時に検出することはできず、いずれか一方を検出するための検査を終えた後に、構成を変えて他方を検出するための検査を行わねばならない。また、パターニングされる前のマスクブランクスについて、その位相欠陥と異物を検出する場合にも、それぞれ別々に検査することが必要になる。
【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、位相欠陥と、パターン欠陥または異物とを、同時に検出可能な検査装置および検査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】
本発明の第１の態様は、透過照明光学系によって検査対象の一方の面に光を照射し、検査対象を透過した透過光を透過結像光学系を介して第１の画像センサに結像するとともに、
反射照明光学系によって検査対象の他方の面に光を照射し、検査対象で反射した反射光を反射結像光学系を介して第２の画像センサに結像して、検査対象の欠陥を検査する検査装置において、
透過照明光学系および反射照明光学系のいずれか一方の瞳面に第１の開口絞りが配置され、
透過結像光学系および反射結像光学系のいずれか一方であって、第１の開口絞りが配置された照明光学系からの光が透過する光学系の瞳面に、第１の開口絞りと共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞りが配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第１の態様において、第１の開口絞りおよび第２の開口絞りは、光路上から移動可能なように構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の第１の態様においては、透過照明光学系の瞳面に１の開口絞りが配置され、透過結像光学系の瞳面に第２の開口絞りが配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、透過照明光学系によってマスクの一方の面に光を照射し、マスクを透過した透過光を透過結像光学系を介して第１の画像センサに結像するとともに、
反射照明光学系によってマスクの他方の面に光を照射し、マスクで反射した反射光を反射結像光学系を介して第２の画像センサに結像して、マスクの欠陥を検査する検査方法において、
透過照明光学系および反射照明光学系のいずれか一方の瞳面に第１の開口絞りを配置し、
透過結像光学系および反射結像光学系のいずれか一方であって、第１の開口絞りが配置された照明光学系からの光が透過する光学系の瞳面に、第１の開口絞りと共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞りを配置して、
第１の画像センサおよび第２の画像センサのいずれか一方であって、第２の開口絞りを透過した光が結像するセンサで検知された信号に基づいて、マスクの位相欠陥を検出し、
他方のセンサで検知された信号に基づいて、マスクのパターン欠陥を検出することを特徴とする検査方法に関する。
【００１６】
本発明の第３の態様は、透過照明光学系によってマスクブランクスの一方の面に光を照射し、マスクブランクスを透過した透過光を透過結像光学系を介して第１の画像センサに結像するとともに、
反射照明光学系によってマスクブランクスの他方の面に光を照射し、マスクブランクスで反射した反射光を反射結像光学系を介して第２の画像センサに結像して、マスクブランクスの欠陥を検査する検査方法において、
透過照明光学系および反射照明光学系のいずれか一方の瞳面に第１の開口絞りを配置し、
透過結像光学系および反射結像光学系のいずれか一方であって、第１の開口絞りが配置された照明光学系からの光が透過する光学系の瞳面に、第１の開口絞りと共役な形状であって位相差フィルタを備えた第２の開口絞りを配置して、
第１の画像センサおよび第２の画像センサのいずれか一方であって、第２の開口絞りを透過した光が結像するセンサで検知された信号に基づいて、マスクブランクスの位相欠陥を検出し、
他方のセンサで検知された信号に基づいて、マスクブランクスの異物欠陥を検出することを特徴とする検査方法に関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、位相欠陥と、パターン欠陥または異物とを、同時に検出可能な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】
【００１８】
【図１】本実施の形態における検査装置のシステム構成図である。
【図２】第１の開口絞りの模式的な平面図の一例である。
【図３】第２の開口絞りの模式的な平面図の一例である。
【図４】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５】フィルタ処理を説明する図である。
【図６】マスク測定データの取得手順を説明するための図である。
【図７】本実施の形態の検査装置の変形例である。
【図８】光源を１つとした本実施の形態の検査装置の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
欠陥検出をする手法には、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。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の同一パターン同士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比較的簡単な装置構成で精度の高い検査が行える。しかし、比較するパターンの両方に共通して存在する欠陥は検出することができない。一方、ダイ−トゥ−データベース検査方式は、マスク製造に使用された設計パターンデータから生成される参照データと、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。参照画像を生成するための機構が必要になるので装置が大掛かりになるが、設計パターンデータとの厳密な比較が行える。１つのマスクに１つのチップ転写領域しかない場合にはこの方法しか採れない。本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース検査方式による検査装置を例にとるが、ダイ−トゥ−ダイ検査方式であってもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本実施の形態における検査装置のシステム構成図である。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。光学画像取得部Ａは、マスクに光を照射して光学画像を得る部分であり、得られた光学画像は、制御部Ｂでマスクの設計データから作成された参照画像と比較される。
【００２２】
光学画像取得部Ａは、位相欠陥とパターン欠陥を同時に検出可能な構成となっている。
【００２３】
図１に示すように、光学画像取得部Ａは、第１の光源２０１および第２の光源２０１’と、第１の光源２０１からの光を透過照明光としてマスク１０１に照射する透過照明光学系３０１と、第２の光源２０１’からの光を反射照明光としてマスク１０１に照射する反射照明光学系３０２と、マスク１０１を透過した光を集光して第１のフォトダイオードアレイ１０４に結像する透過結像光学系３０３と、マスク１０１で反射した光を第２のフォトダイオードアレイ１０５に結像する反射結像光学系３０４とを有する。
【００２４】
透過照明光学系３０１は、第１の光源２０１から射出された光をコリメートするコリメータレンズ２０２と、瞳面に配置された第１の開口絞り２０３と、第１の開口絞り２０３を透過した光をマスク１０１上に集光する集光レンズ２０４とを有する。
【００２５】
図２は、第１の開口絞り２０３の模式的な平面図の一例である。第１の開口絞り２０３は、遮光部２０３ａと、透光部２０３ｂとを有しており、後述する第２の開口絞り２０８と共役な形状である。
【００２６】
第１の光源２０１から射出されてコリメータレンズ２０２を透過した光は、第１の開口絞り２０３を透過した後、集光レンズ２０４で集光されて、マスク１０１の裏面、すなわち、パターンが形成されていない基板面に照射される。
【００２７】
マスク１０１を透過した光は、透過結像光学系３０３に入射する。すなわち、マスク１０１を透過し、対物レンズ２０５と第１のビームスプリッタ２０６を透過した光は、第２のビームスプリッタ２０７を透過した後、透過結像光学系３０３の瞳面に配置された第２の開口絞り２０８を透過し、集光レンズ２０９によって第１のフォトダイオードアレイ１０４に結像される。そして、第１のフォトダイオードアレイ１０４で検知された信号に基づいて、マスク１０１の位相欠陥が検出される。
【００２８】
図３は、第２の開口絞り２０８の模式的な平面図の一例である。図３から分かるように、第２の開口絞り２０８は、第１の開口絞り２０３と共役な形状であって、位相差フィルタとしてのλ／４板２０８ａと、透光部２０８ｂとを有している。ここで、λ／４板２０８は、マスク１０１を透過した高次回折光が通過する領域に設けられており、透光部２０８ｂは、マスク１０１を透過した０次回折光が通過する領域に設けられている。このような構造とすることにより、マスク１０１を透過した０次回折光は、そのまま第１のフォトダイオードアレイ１０４に至る。一方、高次回折光は、λ／４板２０８ａによって位相が変化した後、０次回折光と干渉して打消し合うか、あるいは、強め合って、第１のフォトダイオードアレイ１０４に至る。
【００２９】
図１において、反射照明光学系３０２の第２の光源２０１’から射出された光は、コリメータレンズ２１１を透過し、第１のビームスプリッタ２０６で反射された後、マスク１０１の表面、すなわち、パターンが形成された面に照射される。その後、マスク１０１で反射された光は、第２のビームスプリッタ２０７で反射された後、反射結像光学系３０４の集光レンズ２１０によって第２のフォトダイオードアレイ１０５に結像される。そして、第２のフォトダイオードアレイ１０５で検知された信号に基づいて、マスク１０１のパターン欠陥が検出される。
【００３０】
このように、検査装置１００は、透過照明光学系３０１の瞳面に第１の開口絞り２０３を配置し、透過結像光学系３０３の瞳面に、第１の開口絞り２０３と共役な形状の第２の開口絞り２０８を配置している。これにより、マスク１０１の位相欠陥を検出することが可能である。また、検査装置１００は、反射照明光学系３０２と反射結像光学系３０４を有しているので、マスク１０１からの反射光を検知してパターン欠陥を検出することも可能である。すなわち、検査装置１００によれば、マスク１０１の位相欠陥とパターン欠陥を１回の検査で同時に検出することができる。尚、マスク１０１に代えてマスクブランクスを検査対象とした場合には、位相欠陥と異物を同時に検出することができる。
【００３１】
検査装置１００において、第１の開口絞り２０３と第２の開口絞り２０８は、光路上から移動可能な構造、例えば、着脱またはスライド可能な構造としておくことが好ましい。これにより、透過照明光学系３０１と透過結像光学系３０３によって、透過光を用いたパターン欠陥検査をすることが可能になる。例えば、第１の開口絞り２０３と第２の開口絞り２０８をスライドさせて光路上から除くと、第１の光源２０１から射出されてコリメータレンズ２０２を透過した光は、集光レンズ２０４で集光されてマスク１０１に照射される。マスク１０１を透過した光は、対物レンズ２０５、第１のビームスプリッタ２０６、第２のビームスプリッタ２０７を順次透過した後、集光レンズ２０９によって第１のフォトダイオードアレイ１０４に結像される。そして、第１のフォトダイオードアレイ１０４で検知された信号に基づいて、マスク１０１のパターン欠陥が検出される。
【００３２】
次に、第１のフォトダイオードアレイ１０４と第２のフォトダイオードアレイ１０５で検知された信号から光学画像を取得するとともに、マスク１０１の設計データから参照画像を作成し、これらの画像を比較して欠陥検査を行う方法について、パターン欠陥を例にとり説明する。
【００３３】
図１において、光学画像取得部Ａは、上述した、第１の光源２０１および第２の光源２０１’、透過照明光学系３０１、反射照明光学系３０２、透過結像光学系３０３、反射結像光学系３０４の他に、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、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。
【００３４】
また、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、ステップモータが用いられる。
【００３５】
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（ビットパターンデータ）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、基準画像となる参照画像の生成に用いられる。
【００３６】
尚、図１では、本実施の形態で必要な構成成分を記載しているが、マスク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。尚、ダイ−トゥ−ダイ検査方式の場合には、マスク内の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。
【００３７】
図４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。
【００３８】
図４に示すように、設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータ４０１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４０２に変換される。設計中間データ４０２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１００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１００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４０３に変換された後に検査装置１００に入力される。尚、フォーマットデータ４０３は、検査装置１００に固有のデータとすることができるが、描画装置と互換性のあるデータとしてもよい。
【００３９】
フォーマットデータ４０３は、図１の磁気ディスク装置１０９に入力される。すなわち、マスク１０１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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１１１によって読み出される。
【００４３】
展開回路１１１は、設計パターン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。
【００４４】
上記のようにして２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換された設計パターンデータは、次に参照回路１１２に送られる。参照回路１１２では、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対して適切なフィルタ処理が施される。
【００４５】
図５は、フィルタ処理を説明する図である。
【００４６】
後述する、センサ回路１０６から得られた光学画像としてのマスク測定データ４０４は、光学系の解像特性やフォトダイオードアレイのアパーチャ効果等によってぼやけを生じた状態、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。したがって、画像強度（濃淡値）がデジタル値となった、設計側のイメージデータであるビットパターンデータにもフィルタ処理を施すことで、マスク測定データ４０４に合わせることができる。このようにしてマスク測定データ４０４と比較する参照画像を作成する。
【００４７】
次に、図１および図６を用いてマスク測定データ４０４の取得方法を説明する。
【００４８】
図１において、光学画像取得部Ａによって、マスク１０１の光学画像、すなわち、マスク測定データ４０４が取得される。ここで、マスク測定データ４０４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。マスク測定データ４０４の具体的な取得方法は、例えば、次に示す通りである。
【００４９】
検査対象となるマスク１０１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１０１に形成されたパターンに対し、上述のしたように、第１の光源２０１および第２の光源２０１’から光を照射して、第１のフォトダイオードアレイ１０４と第２のフォトダイオードアレイ１０５に光学像を結像する。
【００５０】
図６は、マスク測定データ２０４の取得手順を説明するための図である。
【００５１】
検査領域は、図６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２０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２０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。第１のフォトダイオードアレイ１０４と第２のフォトダイオードアレイ１０５には、図６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。第１の検査ストライプ２０における画像を取得すると、今度はＸＹθテーブル１０２が逆方向に移動しながら、第２の検査ストライプ２０について同様にスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。第３の検査ストライプ２０については、第２の検査ストライプ２０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２０における画像を取得した方向に移動しながら取得する。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。
【００５２】
第１のフォトダイオードアレイ１０４と第２のフォトダイオードアレイ１０５に結像したパターンの像は、これらによってそれぞれ光電変換された後、さらにセンサ回路１０６でＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。
【００５３】
第１のフォトダイオードアレイ１０４と第２のフォトダイオードアレイ１０５には、それぞれ画像センサが設けられている。画像センサの例としては、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが挙げられる。例えば、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１０１のパターンが撮像される。
【００５４】
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。Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータには、例えば、ステップモータが用いられる。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１０１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ようになっている。
【００５５】
センサ回路１０６から出力されたマスク測定データ４０４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１０１の位置を示すデータとともに、比較回路１０８に送られる。マスク測定データ４０４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。また、上述した参照画像も比較回路１０８に送られる。
【００５６】
比較回路１０８では、センサ回路１０６から送られたマスク測定データ４０４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。比較は、透過画像のみ、反射画像のみ、または、透過と反射を組み合わせたアルゴリズムで行われる。比較の結果、両者の差異が所定の値を超えた場合にその箇所を欠陥と判断する。欠陥と判断されると、その座標と、欠陥判定の根拠となったマスク測定データ４０４および参照画像とが、マスク検査結果４０５として磁気ディスク装置１０９に保存される。
【００５７】
マスク検査結果４０５は、検査装置１００の外部装置であるレビュー装置５００に送られる。レビューは、オペレータによって、検出された欠陥が問題となるものであるかどうかを判断する動作である。レビュー装置５００では、欠陥１つ１つの欠陥座標が観察できるように、マスクが載置されたテーブルを移動させながら、マスク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を確認できるよう、画面上にこれらを並べて表示する。マスク上での欠陥とウェハ転写像への波及状況とをレビュー工程で並べて表示することで、マスクパターンを修正すべきか否かを判断するのが容易になる。尚、一般に、マスクからウェハへは１／４程度の縮小投影が行われるので、並べて表示する際にはこの縮尺も考慮する。
【００５８】
検査装置１００が検出した全欠陥は、レビュー装置５００で判別される。判別された欠陥情報は、検査装置１００に戻されて磁気ディスク装置１０９に保存される。そして、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、マスクは、欠陥情報リスト４０６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。パターン欠陥では、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって修正方法が異なるので、欠陥情報リスト４０６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。例えば、遮光膜を削るのか補填するのかの区別、および、修正装置で修正すべき箇所のパターンを認識するための切り出したパターンデータが添付される。ここで、パターンデータには、上述のマスク測定データ４０４を利用できる。
【００５９】
尚、検査装置１００自身がレビュー機能を有していてもよい。この場合には、マスク検査結果２０５が、検査装置１００のＣＲＴ１１７、または、別途準備される計算機の画面上に、欠陥判定の付帯情報とともに画像表示される。
【００６０】
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、上記実施の形態における第１の開口絞り２０３と第２の開口絞り２０８は矩形状であるが、これに限定されるものではなく、環状または円形状としてもよい。
【００６１】
図７は、本実施の形態の検査装置の変形例である。尚、図１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。
【００６２】
図７の検査装置１００’では、反射照明光学系３０２’の瞳面に第１の開口絞り２１２が配置され、反射結像光学系３０４’の瞳面に、第１の開口絞り２１２と共役な形状の第２の開口絞り２１３が配置されている。第１の開口絞り２１２は、図２の第１の開口絞り２０３と同様の形状とすることができ、第２の開口絞り２１３は、図３の第２の開口絞り２０８と同様の形状とすることができる。
【００６３】
第２の光源２０１’から射出された光は、コリメータレンズ２１１と第１の開口絞り２１２を透過した後、第１のビームスプリッタ２０６で反射され、マスク１０１の裏面、すなわち、パターンが形成されていない基板面に照射される。その後、マスク１０１で反射された光は、第１のビームスプリッタ２０６を透過した後、第２のビームスプリッタ２０７で反射される。その後、第２の開口絞り２１３と集光レンズ２１４を透過して、第２のフォトダイオードアレイ１０５に結像される。
【００６４】
図７の構成によれば、マスク１０１で反射し、第２のビームスプリッタ２０７で反射した０次回折光は、そのまま第２のフォトダイオードアレイ１０５に至る。一方、高次回折光は、第２の開口絞り２１３のλ／４板によって位相が変化した後、０次回折光と干渉して打消し合うか、あるいは、強め合う。そして、第２のフォトダイオードアレイ１０５で検知された信号に基づいて、マスク１０１の位相欠陥が検出される。
【００６５】
一方、第１の光源２０１から射出された光は、コリメータレンズ２０２と集光レンズ２０４を透過した後、マスク１０１の表面、すなわち、パターンが形成された面に照射される。その後、マスク１０１を透過した光は、対物レンズ２０５、第１のビームスプリッタ２０６、第２のビームスプリッタ２０７を順次透過した後、集光レンズ２０９によって第１のフォトダイオードアレイ１０４に結像される。これにより、マスク１０１のパターン欠陥が検出される。
【００６６】
このように、検査装置１００’は、反射照明光学系３０２’の瞳面に第１の開口絞り２１２を配置し、反射結像光学系３０４’の瞳面に、第１の開口絞り２１２と共役な形状の第２の開口絞り２１３を配置している。これにより、マスク１０１の位相欠陥を検出することが可能である。また、検査装置１００’は、透過照明光学系３０１’と透過結像光学系３０３’を有しているので、マスク１０１からの透過光を検知してパターン欠陥を検出することも可能である。すなわち、図７の検査装置１００’によっても、マスク１０１の位相欠陥とパターン欠陥を１回の検査で同時に検出することができる。尚、マスク１０１に代えてマスクブランクスを検査対象とした場合には、位相欠陥と異物とが同時に検出される。
【００６７】
本実施の形態において、高次回折光の強度が大きくなり、光量損失を小さくできる点からは、透過結像光学系に位相差フィルタを備えた開口絞りを配置し、透過照明光学系にこれと共役な形状の開口絞りを配置する、図１の検査装置の方が好ましいと言える。
【００６８】
検査装置１００’において、第１の開口絞り２１２と第２の開口絞り２１３は、光路上から移動可能な構造、例えば、着脱またはスライド可能な構造としておくことが好ましい。これにより、反射照明光学系３０２’と反射結像光学系３０４’によって、反射光を用いたパターン欠陥検査をすることが可能になる。例えば、第１の開口絞り２１２と第２の開口絞り２１３をスライドさせて光路上から除くと、第２の光源２０１’から射出された光は、コリメータレンズ２１１を透過した後、第１のビームスプリッタ２０６で反射されてマスク１０１に照射される。その後、マスク１０１で反射された光は、第１のビームスプリッタ２０６を透過した後、第２のビームスプリッタ２０７で反射される。その後、集光レンズ２１４を透過して、第２のフォトダイオードアレイ１０５に結像される。そして、第２のフォトダイオードアレイ１０５で検知された信号に基づいて、マスク１０１のパターン欠陥が検出される。
【００６９】
尚、検査装置１００’において、第１のフォトダイオードアレイ１０４と第２のフォトダイオードアレイ１０５で検知された信号から光学画像を取得するとともに、マスク１０１の設計データから参照画像を作成し、これらの画像を比較して欠陥検査を行う方法は、検査装置１００で説明したのと同様である。
【００７０】
また、図１や図７の検査装置では、２つの光源を用いているが、１つのみの光源を用いてもよい。これにより、検査装置を小型化することができる。
【００７１】
図８は、光源を１つとした本実施の形態の検査装置の一部拡大断面図である。尚、図１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。
【００７２】
図８において、光源２０１’’から出射されて第３のビームスプリッタ２１５を透過した光は、ミラー２１６で反射された後、コリメータレンズ２０２、第１の開口絞り２０３、集光レンズ２０４を順次透過してマスク１０１に照射される。一方、光源２０１’’から出射されて第３のビームスプリッタ２１５で反射された光は、ミラー２１７で反射され、コリメータレンズ２１１を透過し、第１のビームスプリッタ２０６で反射された後、マスク１０１に照射される。
【００７３】
さらに、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パターン検査装置またはパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７４】
２０  検査ストライプ
１００、１００’  検査装置
１０１  マスク
１０２  ＸＹθテーブル
１０４  第１のフォトダイオードアレイ
１０５  第２の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、２０１’、２０１’’  光源
２０２、２１１  コリメータレンズ
２０３、２１２  第１の開口絞り
２０３ａ  遮光部
２０３ｂ、２０８ｂ  透光部
２０４、２０９、２１４  集光レンズ
２０５  対物レンズ
２０６  第１のビームスプリッタ
２０７  第２のビームスプリッタ
２０８、２１３  第２の開口絞り
２０８ａ  λ／４板
２１５  第３のビームスプリッタ
２１６、２１７  ミラー
３０１、３０１’  透過照明光学系
３０２、３０２’  反射照明光学系
３０３、３０３’  透過結像光学系
３０４、３０４’  反射結像光学系
４０１  ＣＡＤデータ
４０２  設計中間データ
４０３  フォーマットデータ
４０４  マスク測定データ
４０５  マスク検査結果
４０６  欠陥情報リスト
５００  レビュー装置
６００  修正装置
【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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