(57)【要約】【目的】コヒレント光源ごとのビーム質経時劣化のばらつきに影響されることなく、複数のコヒレント光源の実質的なビーム結合を可能にし、十分な光量の照明光を得ることを目的とする。【構成】本発明の照明装置２００は、複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源２０２，２０４と、反射面が移動自在に配置され、各コヒレント光を反射する複数の凹面鏡２３２，２３４と、複数の凹面鏡２３２，２３４により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する凸面鏡２４０と、凸面鏡２４０により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導くコリメートレンズ２４２と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
反射面が移動自在に配置され、前記各コヒレント光を反射する複数の第１の反射鏡と、
前記複数の第１の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の第１の反射鏡における各反射面の向きと位置とを移動させる複数の移動機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記コヒレント光のビーム質変化に基づいて、前記各反射面の向きと位置を移動させることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
前記各コヒレント光を反射し、反射面の形状が可変自在な複数の第１の反射鏡と、
前記複数の第１の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記コヒレント光のビーム質変化に基づいて、前記各反射面の形状を変化させることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
【請求項６】
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
前記各コヒレント光を反射する複数の第１の反射鏡と、
前記複数のコヒレント光源の各コヒレント光源と前記複数の第１の反射鏡の各第１の反射鏡との間に光軸方向に移動自在に配置される複数の第１のレンズと、
前記複数の第１のレンズの各第１のレンズと前記複数の第１の反射鏡の各第１の反射鏡との間に配置され、対応する各前記第１のレンズとの相互作用により、前記複数の第１の反射鏡により反射された各コヒレント光の焦点距離を変化させる複数の第２のレンズと、
前記複数の第１の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
前記各コヒレント光のビーム質変化に基づいて、各第１のレンズを移動させることを特徴とする請求項６記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の第１の反射鏡は、凹面鏡が用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の照明装置。
【請求項９】
前記第２の反射鏡は、凸面鏡が用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか記載の照明装置と、
前記照明装置からの出力光を均一照射面に結像させる第２の光学系と、
前記第２の光学系の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査する検査部と、
を備えたことを特徴とするパタン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びパタン検査装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパタン欠陥を検査するパタン検査用の照明技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパタン検査用の照明装置及び検査装置に関する。
【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、回路パタンが形成された原画パタン（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、微細な回路パタンを描画することができるパタン描画装置を用いる。かかるパタン描画装置を用いてウェハに直接パタン回路を描画することもある。パタン描画装置については、電子ビームやレーザビームを用いて描画する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。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パタン寸法の微細化に伴って、パタ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ン検査装置の高精度化が必要とされている。
【０００４】
一方、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、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパタンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパタン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパタン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査するパタン検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
ここで、従来のパタン検査装置では、リソグラフィマスク等の試料上に形成されているパタンを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ことが知られている。例えば、パタン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パタンを撮像した光学画像同士を比較する「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ検査」や、パタン設計されたＣＡＤデータをマスクにパタ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を検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパタ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、照明装置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、光学画像と参照画像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、パタン欠陥有りと判定する。
【０００６】
ここで、上述したようなパタン検査装置の照明光としては、コヒレント光が用いられる。従来、照明用にコヒレント光を用いる場合、その光強度はコヒレント光発生装置の能力によって規定されていた。一台のコヒレント光源で達し得ない高照度が必要とされる場合には、複数のコヒレント光源から発生する複数のコヒレント光を結合させるビーム結合系が必要である。例えば、カタディオプトリック光学系に代表される反射型望遠鏡を用いる場合（例えば、特許文献１参照）と、偏光結合による手法などがある。そして、ビーム結合系の出力は、ホモジナイザ等に入力された後、分割され、そして均一照射面に結合される。そして、この出力光がパタン検査装置の照明光として用いられる。
【０００７】
ビーム合成時に、最もよく用いられる偏光結合による手法では、結合される前のコヒレント光は、互いにコヒレントでは無いので、結合後のビームの偏光に対する制御が困難であった。また、同位相のコヒレント光のコヒレント結合が可能であれば、或いはそれぞれの位相の制御が自在であれば、コヒレント加算による結合後の偏光制御が可能になるが、現時点での技術水準は未成熟である。
【０００８】
一方、カタディオプトリック光学系などの反射型望遠鏡を用いる場合、結合されるビーム質が異なる場合には、結合後のビーム質を制御することが出来ず、照明光として不適切となる場合があった。さらに、結合される前のビーム質が、時間的に一定でない場合には、結合後の照明光の品質を維持することが困難であった。特に、結合前のコヒレント光源が、波長変換光源である場合、波長変換素子の経時変化により出力ビーム特性が変化し、この場合のビーム結合は、良好な照明光としての特性を維持できるものではなかった。
【特許文献１】特開平９−１７９３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、複数のコヒレント光源を用いることにより、コヒレント光発生原理に基づく単一光源の出力制限を受けることなく、十分な光量の照明光を得ることを目的とする。さらに、コヒレント光源ごとのビーム質経時劣化のばらつきに影響されることなく、実質的なビーム結合を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の照明装置は、
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
反射面が移動自在に配置され、前記各コヒレント光を反射する複数の第１の反射鏡と、
前記複数の第１の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の態様の照明装置は、
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
前記各コヒレント光を反射し、反射面の形状が可変自在な複数の第１の反射鏡と、
前記複数の第１の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の態様の照明装置は、
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
各コヒレント光を反射する複数の第１の反射鏡と、
複数のコヒレント光源の各コヒレント光源と複数の第１の反射鏡の各第１の反射鏡との間に光軸方向に移動自在に配置される複数の第１のレンズと、
複数の第１のレンズの各第１のレンズと複数の第１の反射鏡の各第１の反射鏡との間に配置され、対応する各第１のレンズとの相互作用により、複数の第１の反射鏡により反射された各コヒレント光の焦点距離を変化させる複数の第２のレンズと、
複数の第１の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第２の反射鏡と、
第２の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様のパタン検査装置は、
上述したいずれかの照明装置と、
前記照明装置からの出力光を均一照射面に結像させる第２の光学系と、
前記第２の光学系の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査する検査部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、単一光源の出力制限を受けることなく、十分な光量の照明光を得ることができる。さらに、コヒレント光源毎のビーム質経時劣化のばらつきに影響されることなく、実質的なビーム結合を可能にすることができる。よって、高精度なパタン検査を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。
図１において、パタン検査装置３００は、パタン検査部１００とコヒレント照明装置２００を備えている。コヒレント照明装置２００は、複数のコヒレント光源２０２，２０４，２０６，２０８と偏光維持ビーム結合光学系２０１とデータ処理部１６２を有している。パタン検査部１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を有している。光学画像取得部１５０は、ホモジナイザ３３０、光量センサ３４２、及びその他、照明光学系や撮像部を有している。コヒレント光源２０２，２０４，２０６，２０８とは、レーザー光源及びその波長変換をおこなった光源である。本実施の形態１では、コヒレント光源２０２，２０４，２０６，２０８として、波長１９９ｎｍの波長変換光源を用いる。波長変換光源は、波長変換結晶の劣化により経時的にビーム質が変化する。現状では、その変化の挙動は、個々の結晶個体の特性に依存し、規則的な変化をするものではない。ビーム質の変化については後述する。また、偏光維持ビーム結合光学系２０１については、本実施の形態では最も簡単な例で後述する。そして、各コヒレント光源２０２，２０４，２０６，２０８からは、それぞれ、コヒレント光であるビーム２１２，２１４，２１６，２１８が発生する。そして、各ビーム２１２，２１４，２１６，２１８は、偏光維持ビーム結合光学系２０１で結合され、結合光となるビーム２２０がホモジナイザ３３０に入射する。ホモジナイザ３３０は、コヒレント照明装置２００からの出力光を整形し、均一照射面３３１に照射する。
【００１６】
図２は、実施の形態１におけるパタン検査部の内部構成を示す概念図である。
図２において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料のパタン欠陥を検査するパタン検査装置２００におけるパタン検査部１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、ホモジナイザ３３０、光量センサ３４２、照明光学系１７０、ＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、及びピエゾ素子１４２を備えている。ＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、及びピエゾ素子１４２は、図１の撮像部に配置される。光量センサ３４２は、照明光学系１７０内に配置される。制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機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、展開回路１１１、参照回路１１２、オートフォーカス制御回路１４０、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、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、パタンモニタ１１８、プリンタ１１９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。図１及び図２では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パタン検査装置２００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００１７】
図３は、実施の形態１におけるホモジナイザ３３０の作用を説明するための概念図である。ホモジナイザ３３０は、入射したビーム２２０を分割レンズ３３４で分割して、フィールドレンズ３３２を通過させることで、それぞれを均一照射面３３１に結像して重ね合わせる。ホモジナイザ３３０は、このように光学系を構成する。これにより、照射強度を均一化するものである。ここで、図３からわかるように、ホモジナイザ３３０の入射口径よりもビーム２２０が大きく入射された場合には、入射した部分のみ分割されて、結像面で重ねあわされて、均一化される。すなわち、入射開口からはみ出した光量は、損失となる。他方、入射開口よりも小さいビームサイズで入射したビーム２２０は、分割レンズ３３４の周辺部への入射がなくなり、ビーム分割数が小さくなり、ビーム重ねあわせ回数がその分だけ減少し、均一化の効果が小さくなる。すなわち、入射するビーム２２０は、ホモジナイザ３３０の口径に対して、常に適切なサイズに保たれる必要がある。そこで、本実施の形態では、複数の入射ビームサイズの制御を自動で行い、常に十分な照明光量を与えるものである。
【００１８】
図４は、実施の形態１における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。図４では、コヒレント光源からの出力ビームの偏光を維持したまま結合する最も簡単な構成として、２台のコヒレント光源２０２，２０４と、反射鏡構成による偏光維持ビーム結合光学系２０１を示す。偏光維持ビーム結合光学系２０１は、凹面鏡２３２，２３４、凸面鏡２４０、コリメートレンズ２４２、直進ステージ２５２，２５４、及び回転ステージ２６２，２６４を有している。直進ステージ２５２，２５４、及び回転ステージ２６２，２６４は移動機構の一例である。図４では、２台のコヒレント光源２０２，２０４を用いているので、凹面鏡２３２，２３４、直進ステージ２５２，２５４、及び回転ステージ２６２，２６４は、それぞれ２つずつであるが、コヒレント光源が３つ以上であれば、その数に合わせて配置される。回転ステージ２６２は、直進ステージ２５２上に配置される。同様に、回転ステージ２６４は、直進ステージ２５４上に配置される。しかし、これにかぎるものではなく、配置関係はどちらが上でも構わない。ここで、それぞれのコヒレント光源からの出力は、同一方向に偏光し、かつそれぞれ同一平面内で伝播し反射されるので、出力の偏光は維持される。また、これにより、２台のコヒレント光源２０２，２０４は、同一面内での偏光とすることができる。すなわち、偏光を維持したまま、光ビームは結合される。
【００１９】
図４において、コヒレント光源２０２からのビーム２１２が最初に反射される凹面鏡２３２（反射鏡）は、放物面鏡で、直進ステージ２５２及び回転ステージ２６２上に配置される。そして、直進ステージ２５２により凹面鏡２３２の位置は、入射光軸上を移動することができる。この際、凸面鏡２４０後のコリメートレンズ２４２出射後の光軸を維持するため、直線移動をする際には、回転ステージ２６２も同時に作動する。そして、凹面鏡２３２の向きを移動させる。同様に、コヒレント光源２０４からのビーム２１４が最初に反射される凹面鏡２３４（反射鏡）は、放物面鏡で、直進ステージ２５４及び回転ステージ２６４上に配置される。そして、直進ステージ２５４により凹面鏡２３４の位置は、入射光軸上を移動することができる。この際、凸面鏡２４０後のコリメートレンズ２４２出射後の光軸を維持するため、直線移動をする際には、回転ステージ２６４も同時に作動する。そして、凹面鏡２３４の向きを移動させる。この直線および回転運動の制御に関しては、後述する。このように、複数の凹面鏡２３２，２３４は、反射面が移動自在に配置され、各コヒレント光のビーム２１２，２１４を反射する。そして、凸面鏡２４０は、凹面鏡２３２，２３４により反射された複数のビーム２１２，２１４を同一面で反射する。そして、コリメートレンズ２４２は、凸面鏡２４０により反射された複数のビーム２１２，２１４を同軸方向に導く。ここでは、凸面鏡２４０の出力後の光学系をコリメートレンズ２４２だけで形成しているが、これに限るものではなく、その他のレンズ等を組合せても構わないことは言うまでもない。
【００２０】
図１では、コヒレント光源からの複数出力が、偏光を維持したまま同一光軸上に出射され、ホモジナイザ３３０を経由して光量が平面的に平坦化された照明光を形成する。そして、均一照射面３３１または、その光学的リレー面、すなわち、共役面で被照明試料を照明し、撮影され、その撮影データから、被照明試料の検査をすることが示されている。
本実施の形態１では、均一照明面３３１での光量を光量センサ３４２でモニターし、その光量を最大にするように、図４に示す直進ステージ２５２，２５４および回転ステージ２６２，２６４のそれぞれを制御する。なお、このモニターは、図１または図２に示すような独立した光量センサ３４２による測定に限るものではなく、均質なモニター用試料を撮影する際の撮影電子データそのものを用いて実行可能である。
【００２１】
さて、２台のコヒレント光源２０２，２０４を用いた本実施の形態１を説明する。コヒレント光源２０２，２０４のビーム質は、特定位置におけるビーム径と、波面曲率で示すことができる。図４に示す２台のコヒレント光源２０２，２０４は、同質のものを用意した。それぞれの出力はともに、波長１９９ｎｍ、出力１２０ｍＷであり、２台の出力を結合することで、２４０ｍＷのビームを形成する。これらのコヒレント光源２０２，２０４の出力ビームの特性は、経時劣化を経ていない場合には、出力部で、半径０．５ｍｍ、波面の曲率半径は無限大であった。時間経過とともに、ビーム質は劣化し、出力ビームの径および波面曲率は変化する。
【００２２】
図４において、反射鏡である凹面鏡２３２，２３４は、放物面鏡であり、一例として、最大曲率５００ｍｍを用いる。反射鏡である凸面鏡２４０は、例えば、曲率４００ｍｍの双曲面の凸面鏡を用いる。凹面鏡２３２と凸面鏡２４０の光学距離は、直進ステージ２５２及び回転ステージ２６２の動作により可変である。同様に、凹面鏡２３４と凸面鏡２４０の光学距離は、直進ステージ２５４及び回転ステージ２６４の動作により可変である。また、例えば、図４における凸面鏡２４０とホモジナイザ３３０の入り口までの距離を３０００ｍｍに設定する。ホモジナイザ３３０の入射開口は直径２．２ｍｍとする。この開口に対し、ガウシアンモードで９９．３％のパワー透過率を持つビームサイズは、半径０．７ｍｍである。これ以上のビームサイズの入射は、開口での回折等により損失を受ける。これより小さすぎるビームサイズは、図３に示す概念図からわかるようにホモジナイザ３３０でのビーム分割回数が減少し、照射面でのビーム平坦度が劣化する。
【００２３】
シミュレーションの結果、コヒレント光源２０２，２０４の経時劣化が無い場合には、凹面鏡２３２と凸面鏡２４０の光学距離、及び凹面鏡２３４と凸面鏡２４０の光学距離は、５０ｍｍが最適であった。このときのホモジナイザ３３０入射時のビームサイズは半径０．７ｍｍであった。時間とともに、コヒレント光源の劣化が進み、照明画質も劣化した。そこで、実施の形態１では、撮影前に均一照射面での平坦度が±５％以内になるように、凹面鏡２３２と凸面鏡２４０の光学距離と凹面鏡２３４と凸面鏡２４０の光学距離を自動調整した。これは、被写体の無い場合の白色像の光量分布が±５％以内になり、かつ、最大光量になるように、直進ステージ２５２，２５４及び回転ステージ２６２，２６４を作動させることにより行ったものである。実際のパタン検査の際は、光量センサ３４２の出力をデータ処理部１６２が入力し、最大光量になるように直進ステージ２５２，２５４及び回転ステージ２６２，２６４を制御すればよい。このように、コヒレント光のビーム質変化に基づいて、各反射面の向きと位置を移動させた。このステージ作動量の調整の詳細は、ここでは省くが、遺伝的アルゴリズムを用いて行うことができる。
【００２４】
図５は、実施の形態１におけるコヒレント光源（１）の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。
図６は、実施の形態１におけるコヒレント光源（２）の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。
それぞれの光源出力の時間変化が異なるのに対し、図５及び図６に示すように、反射鏡位置の調整動作を行なうことにより、ビーム質の経時変化によらず、均一な照射強度が得られるようになった。
【００２５】
そして、パタン検査部１００は、ホモジナイザ３３０の出力光を照明光として、被検査試料のパタンを検査する。
光学画像取得工程として、光学画像取得部１５０は、設計データに基づいて設計データに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク１０１における光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
被検査試料となるフォトマスク１０１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に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置され、フォトマスク１０１に形成されたパタンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されているホモジナイザ３３０によって光が照射される。ホモジナイザ３３０から照射される光束は、照明光学系１７０を介して試料となるフォトマスク１０１を照射する。フォトマスク１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５及びセンサ回路１０６が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク１０１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し、入射する。フォトマスク１０１のたわみやＸＹθテーブル１０２のＺ方向への変動を吸収するため，オートフォーカス制御回路１４０により制御されるピエゾ素子１４２を用いてフォトマスク１０１への焦点合わせを行なう。
【００２６】
図７は、実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。
被検査領域は、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に仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプ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の画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプ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の画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプ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。
【００２７】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパタンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、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。フォトダイオードアレイ１０５には、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料となるフォトマスク１０１のパタンを撮像する。深紫外光源となるホモジナイザ３３０を含め、これらの照明光学系１７０、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。
【００２８】
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、位置回路１０７に供給される。また、ＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク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、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。
【００２９】
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上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に送られる。測定パタンデータは例えば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。
【００３０】
一方、フォトマスク１０１のパタン形成時に用いた設計データは、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。
そして、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に読み出される。
そして、展開工程として、展開回路１１１は、読み出された被検査試料となるフォトマスク１０１の設計図形データを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。そして、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータに適切なフィルタ処理を施す。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定パタンデータは、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にあると言える。この状態では両者の特性に差異があるので、設計側のイメージデータにもフィルタ処理を施すことにより、測定パタン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。
【００３１】
そして、比較工程として、比較回路１０８は、試料となるフォトマスク１０１から得られる透過画像に基づいてセンサ回路１０６で生成された被検査パタン画像となる光学画像と、展開回路１１１と参照回路１１２で生成した検査基準パタン画像となる参照画像とを取り込み、所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。そして、判定結果を出力する。
【００３２】
以上のように構成することで、利用効率の高い照明光を用いて信頼性の高いパタン検査方法を実現することができる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１では、凹面鏡２３２，２３４自体を移動させることで、各ビーム２１２，２１４の焦点距離を変化させていたが、実施の形態２では、レンズを用いて変化させる場合について説明する。
【００３４】
図８は、実施の形態２における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。図８では、レンズ２７２，２７３，２７４，２７５をさらに備えた点と、凹面鏡２３２，２３４を移動させる直進ステージ２５２，２５４及び回転ステージ２６２，２６４の代わりレンズ２７２を光軸方向に移動させる直進ステージ２５３とレンズ２７４を光軸方向に移動させる直進ステージ２５５とをさらに備えた点以外は、図４の構成と同様である。レンズ２７２は、コヒレント光源２０２と凹面鏡２３２との間に光軸方向に移動自在に配置される。レンズ２７３は、レンズ２７２と凹面鏡２３２との間に配置される。そして、レンズ２７２，２７３は、相互作用により凹面鏡２３２により反射されたビームの焦点距離を変化させる。同様に、レンズ２７４は、コヒレント光源２０４と凹面鏡２３４との間に光軸方向に移動自在に配置される。レンズ２７５は、レンズ２７４と凹面鏡２３４との間に配置される。そして、レンズ２７４，２７５は、相互作用により凹面鏡２３４により反射されたビームの焦点距離を変化させる。図８でも、２台のコヒレント光源２０２，２０４を用いているので、凹面鏡２３２，２３４、レンズ２７２，２７４、レンズ２７３，２７５、直進ステージ２５３，２５５は、それぞれ２つずつであるが、コヒレント光源が３つ以上であれば、その数に合わせて配置される。レンズ２７２は、直進ステージ２５３上に配置される。同様に、レンズ２７４は、直進ステージ２５５上に配置される。偏光維持ビーム結合光学系２０１の内部構成の一部が異なる以外は、実施の形態１と同様である。ここでも、それぞれのコヒレント光源からの出力は、同一方向に偏光し、かつそれぞれ同一平面内で伝播し反射されるので、出力の偏光は維持される。よって、２台のコヒレント光源２０２，２０４は、同一面内での偏光とすることができる。すなわち、偏光を維持したまま、光ビームは結合される。
【００３５】
実施の形態１では、凹面鏡２３２，２３４の直進回転運動の制御により目的を達したが、実施の形態２では凹面鏡２３２，２３４位置は固定されており、図８に示すような固定レンズ２７３，２７５と直進運動するレンズ２７２，２７４を用いて目的を達成させる。ビーム質の変化に合わせてレンズ２７２，２７４の直進運動を実施の形態１と同様に制御することにより目的は達せられる。ここでは、例えば、レンズ２７２，２７３，２７４，２７５についてそれぞれ焦点距離２００ｍｍのものを用いた。もちろん、本方式では焦点距離は２００ｍｍに限定されるものではなく、全体の光学系が成立する値が選ばれればよい。他の光学系や、ホモジナイザ３３０、光量センサ３４２及びデータ処理部１６２等のモニター系は、実施の形態１と同じものを用いた。コヒレント光源の劣化が見られないときには、レンズ間隔は４００ｍｍであり、焦点距離２００ｍｍのレンズ２枚とこの距離の組み合わせは、１：１の望遠鏡を構成し、実施の形態１と同じ機能を持つ。それぞれのコヒレント光源の劣化にあわせて最適なレンズ間距離を与え、均一照明品質を維持するように制御する。すなわち、各ビーム２１２，２１４のビーム質変化に基づいて、各レンズ２７２，２７４を移動させる。具体的には、光量センサ３４２で最大光量が検出されるようにレンズ２７２，２７４を移動させればよい。
【００３６】
図９は、実施の形態２におけるコヒレント光源（１）の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。
図１０は、実施の形態２におけるコヒレント光源（２）の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。
図９と図１０に示されるようなレンズ間隔の制御により、±５％の平坦度で常に最大照明強度が得られるようにすることができた。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態１では、凹面鏡２３２，２３４自体を移動させることで、各ビーム２１２，２１４の焦点距離を変化させていたが、実施の形態３では、凹面鏡２３２，２３４の反射面形状を変化させることで各ビーム２１２，２１４の焦点距離を変化させる場合について説明する。
【００３８】
図１１は、実施の形態３における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。図１１では、凹面鏡２３２，２３４の代わりに、デフォーマブル凹面鏡２３３，２３５を備えた点、及び直進ステージ２５２，２５４及び回転ステージ２６２，２６４を省略した点以外は、図４の構成と同様である。図１１でも、２台のコヒレント光源２０２，２０４を用いているので、デフォーマブル凹面鏡２３３，２３５は、２つであるが、コヒレント光源が３つ以上であれば、その数に合わせて配置される。偏光維持ビーム結合光学系２０１の内部構成の一部が異なる以外は、実施の形態１と同様である。ここでも、それぞれのコヒレント光源からの出力は、同一方向に偏光し、かつそれぞれ同一平面内で伝播し反射されるので、出力の偏光は維持される。よって、２台のコヒレント光源２０２，２０４は、同一面内での偏光とすることができる。すなわち、偏光を維持したまま、光ビームは結合される。
【００３９】
実施の形態３では、図１１に示すようにデフォーマブルミラーを用いて、コヒレント光源の劣化にあわせて、放物面鏡の曲率を変化させることで目的を達するものである。デフォーマブル凹面鏡２３３は、形状が可変自在な反射面でビーム２１２を反射する。同様に、デフォーマブル凹面鏡２３５は、形状が可変自在な反射面でビーム２１４を反射する。実施の形態３の構成は、実施の形態１における凹面鏡２３２，２３４の位置を固定し、それぞれデフォーマブルミラーとしたものと等価となる。デフォーマブルミラーは、ミラー裏面に設置された１つまたは複数のアクチエータを動作させ、ミラー（反射面）形状を制御するものである。実施の形態３、一例として、電歪素子の印加電圧を制御することによりミラー形状を制御するものを用いた。そして、各コヒレント光のビーム質変化に基づいて、各反射面の形状を変化させる。具体的には、光量センサ３４２で最大光量が検出されるように各反射面の形状を変化させればよい。
【００４０】
図１２は、実施の形態３におけるコヒレント光源（１）の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
図１３は、実施の形態２におけるコヒレント光源（２）の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
±５％の平坦度で常に最大照明強度が得られるように制御した結果、制御された凹面鏡の曲率は、光源の劣化特性により、コヒレント光源１では図１２のように、コヒレント光源２では図１３のようになった。
【００４１】
以上の説明において、上述した各実施の形態では、いずれの構成も、照明装置としては、結合前のコヒレント光源のビーム質の変化に対応して、光路中の第一の曲率を変化させることと等価である。
【００４２】
以上のように、上述した各実施の形態によれば、複数のコヒレント光源出力を適切に結合させ照明光として使用することが出来、所望の照明強度を得ることができる。さらに、結合前のそれぞれのコヒレント光源の経時変化に伴う、ビーム質の変化が独立に生じた場合でも、照明品質を維持することが出来る。
【００４３】
以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、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る。例えば、演算制御部を構成するテーブル制御回路１１４、展開回路１１１、参照回路１１２、比較回路１０８等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。
【００４４】
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。例えば、図１では、簡単のため２ビームの結合を説明しているが、配置できる限りのコヒレント光源で本発明が成立することは、言うまでも無い。さらに、説明を容易にするため、ビーム質変化が極端に異なる２光源のビーム結合を示したが、メンテナンス経過時間が異なり、それぞれのビーム質特性が異なる、同等の複数のコヒレント光源の結合に適用することができる。また、等価的に反射曲率の変化手法として、文中に記述のある電歪素子以外のいかなるデファオーマブルミラーを用いた手法も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００４５】
また、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いる構成にしてもよい。検査基準パタンデータとなる参照画像は設計データから生成しているが、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パタンのデータを用いても良い。言い換えれば、ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ検査でもｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ検査でも構わない。
【００４６】
また、各実施の形態では、ＸＹθテーブル１０２が移動することで検査位置が走査されているが、ＸＹθテーブル１０２を固定してその他の光学系が移動するように構成しても構わない。すなわち、相対移動すればよい。
【００４７】
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。
【００４８】
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パタン検査装置或いはパタン検査装置用の照明装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態１におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるパタン検査部の内部構成を示す概念図である。
【図３】実施の形態１におけるホモジナイザ３３０の作用を説明するための概念図である。
【図４】実施の形態１における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。
【図５】実施の形態１におけるコヒレント光源（１）の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。
【図６】実施の形態１におけるコヒレント光源（２）の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。
【図７】実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図８】実施の形態２における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。
【図９】実施の形態２におけるコヒレント光源（１）の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２におけるコヒレント光源（２）の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。
【図１１】実施の形態３における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。
【図１２】実施の形態３におけるコヒレント光源（１）の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
【図１３】実施の形態２におけるコヒレント光源（２）の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１００  パタン検査部
１０１  フォトマスク
１０２  ＸＹθテーブル
１０４  拡大光学系
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
１５０  光学画像取得部
１６０  制御系回路
１７０  データ処理部
２００  照明装置
２０１  偏光維持ビーム結合光学系
２０２，２０４，２０６，２０８  コヒレント光源
２１２，２１４，２１６，２１８，２２０  ビーム
２３２，２３４  凹面鏡
２３３，２３５  デフォーマブル凹面鏡
２４０  凸面鏡
２４２  コリメートレンズ
２５２，２５３，２５４，２５５  直進ステージ
２６２，２６４  回転ステージ
２７２，２７３，２７４，２７５  レンズ
３００  パタン検査装置
３３０  ホモジナイザ
３３２フィールドレンズ
３３４  分割レンズ
３３１  均一照射面
３４２  光量センサ
【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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【図１２】
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【図１３】
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