(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法であって、
光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐し、
前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記各偏光ビームで順次走査させることで、全体としてＮ回重複走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、
前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビームを形成し、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査させることを特徴とする微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項２】
微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法であって、
光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐すると共に、これらの偏光ビームを互いに走査幅分の間隔で離隔する態様で、前記微細構造物の検査対象面に照射させ、
前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記各偏光ビームで順次走査させることで、全体としてＮ回重複走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、
前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビームを形成し、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査させることを特徴とする微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項３】
微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法であって、
光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐し、
前記Ｎ本の偏光ビームを重ね、重ねた前記Ｎ本の偏光ビームで前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、
前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビーム成分を形成し、形成された前記楕円ビーム成分の重ね合わせからなる前記Ｎ本の偏光ビームで前記検査領域を走査させることを特徴とする微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記微細構造物が、高精度パターンが形成されたレチクル又はフォトマスク、又は前記レチクル又は前記フォトマスクを用いて作成された微小電気機械部品又は電子デバイスからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記Ｎ本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離するコンフォーカル光学系を用いて分離し、前記反射画像、前記透過画像、又は前記散乱画像、又は前記複数種の画像を採取することを特徴とする請求項１又は２記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記Ｎ本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離する偏光分離光学系を用いて分離し、前記反射画像、前記透過画像、又は前記散乱画像、又は前記複数種の画像を採取することを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項７】
実画像として採取した前記Ｎ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又は前記Ｍ×Ｎ枚の複数種の画像と、設計データとしての参照画像とを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、前記微細構造物の欠陥の有無を検査することを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項８】
前記Ｎ本の偏光ビームは、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光との２本の光ビームからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記Ｎ本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光とを含む、３本の光ビームからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記Ｎ本の偏光ビームは、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光の２本の光ビームからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項１１】
前記Ｎ本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光とを含む、３本の光ビームからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項１２】
前記Ｎ本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光とを含む、５本の光ビームからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微細構造物の欠陥検査方法。
【請求項１３】
微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置であって、
前記微細構造物を載置して移動を行うＸＹステージと、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、
前記微細構造物の検査対象面上に設定された検査領域を前記各偏光ビームで走査する走査手段と、
前記走査手段と前記ＸＹステージとの駆動を制御して、前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記走査手段に前記各偏光ビームで順次走査させ、全体としてＮ回重複走査させる走査制御手段と、
前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の２つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、
該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、
前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビームが形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査することを特徴とする微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項１４】
微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置であって、
前記微細構造物を載置して移動を行うＸＹステージと、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐すると共に、これらＮ本の偏光ビームを互いに走査幅分の間隔で離隔する態様で、前記微細構造物の検査対象面上に設定された検査領域に照射させる光ビーム分岐手段と、
前記検査対象面上の前記検査領域を前記各偏光ビームで走査する走査手段と、
前記走査手段と前記ＸＹステージとの駆動を制御して、前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記走査手段に前記各偏光ビームで順次走査させ、全体としてＮ回重複走査させる走査制御手段と、
前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の２つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、
該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、
前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビームが形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査することを特徴とする微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項１５】
微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置であって、
前記微細構造物を載置して移動を行うＸＹステージと、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、
前記Ｎ本の偏光ビームを重ね、重ねた前記Ｎ本の偏光ビームで前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査する走査手段と、
前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の２つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、
該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、
前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビーム成分が形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビーム成分の重ね合わせからなる前記Ｎ本の偏光ビームで前記検査領域を走査することを特徴とする微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項１６】
前記微細構造物が、高精度パターンが形成されたレチクル又はフォトマスク、又は前記レチクル又は前記フォトマスクを用いて作成された微小電気機械部品又は電子デバイスからなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項１７】
前記Ｎ本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離して前記検出信号生成手段に受光させるコンフォーカル光学系が付加されてなることを特徴とする請求項１３又は１４記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項１８】
前記Ｎ本の偏光ビームの反射光、透過光、又は散乱光を空間分離して前記検出信号生成手段に受光させる偏光分離光学系が付加されてなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項１９】
前記画像処理手段では、実画像として得られた前記Ｎ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又は前記Ｍ×Ｎ枚の複数種の画像と、設計データとしての参照画像とを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、前記微細構造物の欠陥の有無を検査することを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項２０】
前記Ｎ本の偏光ビームは、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光との２本の光ビームからなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項２１】
前記Ｎ本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光とを含む、３本の光ビームからなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項２２】
前記Ｎ本の偏光ビームは、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光の２本の光ビームからなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項２３】
前記Ｎ本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光とを含む、３本の光ビームからなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【請求項２４】
前記Ｎ本の偏光ビームは、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光とを含む、５本の光ビームからなることを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載の微細構造物の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、微細構造物の欠陥検査方法及び欠陥検査装置に係り、詳しくは、検査対象たる微細構造物の形状欠陥や異物付着の有無等を検査するための微細構造物の欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の欠陥検査装置としては、従来から、光学顕微鏡の結像を利用する方式のものが知られている。この方式の欠陥検査装置は、微細な回路・素子パターンが形成されているレチクルやフォトマスク、さらには、レチクルやフォトマスクの微細な回路・素子パターンを縮小転写して作成されたＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）と呼ばれる微小電気機械部品や、ＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）等の電子デバイス等の微細構造物をステージの上に載置し、ステージ上の微細構造物の検査対象面を撮像することにより、微細構造物の形状欠陥や異物の有無等について検査する構成となっている。
【０００３】
この方式の欠陥検査装置にあっては、観察視野内でむらのない良好な顕微鏡画像を得ることに重点が置かれていたため、観察視野を均一に照明し、かつ、微細構造物の検査対象面を照明する光としては、全方向に均等な光学特性を有する光、つまり、無偏光（円偏光、ランダム偏光）状態の光が、好ましいとされていた。
ところで、近年、ＬＳＩ、ＭＥＭＳ等の微細構造化、これに伴うレチクルパターンやフォトマスクパターンの微細化が進むにつれて、これら微細構造物の検査対象面のパターン形状をより鮮明に解像できる、分解能の高い欠陥検査装置の必要性が高まっている。
【０００４】
ここで、光学顕微鏡の分解能εは、光の波長λと対物レンズの開口数ＮＡとによって、ε＝ｋ1×λ×ＮＡで表される（ｋ1は、光源の条件等で決まる定数）ので、微細な表面構造を解像するためには、短波長化と高ＮＡ化が必要である。
短波長化には、高出力で安定した光源と、高精度で短波長に対しても劣化が少なく、観察視野を均一に照明する結像光学系が必要である。しかしながら、観察視野内を均一な光量で照明するのは光学的に容易ではない、という問題がある。また、観察視野内を同時に照射するため、輝度が非常に低くなり、このため、高いＳ／Ｎ比を得るためには、受光素子（ＣＣＤ等多素子型イメージセンサ）の露光時間を相当量長くしなければならない、という問題もある。それゆえ、現時点で技術的に利用可能な短波長（波長２００ｎｍ程度）を用いて、精度の高い結像光学系を実現するのは、技術的難度が高く、それゆえ、実現できても、大変高価なものとなる。
高ＮＡ化についても同様で、近年注目されている液浸レンズ等で高ＮＡ化を実現しようとしても、技術的難度が高く、したがって、大変高価なものとなる。このような欠陥検査装置の高騰化は、ひいては、レチクルやフォトマスク、ＬＳＩ、及びＭＥＭＳ等の微細構造物の単価を上げる要因の一つとなるので、好ましくない。
【０００５】
そこで、結像顕微鏡方式を利用する欠陥検査装置の問題点を解消するために、特許文献１に記載されている走査型のパーティクル測定装置が提供されている。
特許文献１に記載のパーティクル測定装置では、Ｐ偏光するレーザ光とＳ偏光するレーザ光とからなる２種類のレーザ光を、ステージに置かれたウエハ上の同一領域に垂直に同時照射する構成となっている。ウエハ上で反射された光は偏光ビームスプリッタにより、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。分離されたＰ偏光成分はＰ偏光成分の受光部で電気信号に変換され、また、分離されたＳ偏光成分はＳ偏光成分の受光部で電気信号に変換される。そして、これらの信号出力が、コンピュータに送られて、計算処理されて、パーティクルの有無が検出される。２種類のレーザ光は、ウエハを載せたステージの移動と協働して、所定の走査幅でウエハ上を走査する。この動作を繰り返すことで、ウエハ全面をレーザ光が走査できる。このようにして、ウエハ全面のパーティクル測定を行うことができる。
【０００６】
特許文献１に記載のパーティクル測定装置の構成によれば、レーザ光がウエハ上を走査するので、結像顕微鏡方式の欠陥検査装置に較べて、レーザ光の集光スポット径を小さくできるので、非常に高い輝度を得ることができる。それゆえ、照明の光量問題が解決されるので、高いＳ／Ｎ比と高いスループットとを確保できる。
加えて、各粒径に対する散乱光強度が偏光特性に応じて異なることに着目して、Ｐ偏光とＳ偏光との２種類のレーザ光を用いて測定を行うので、各粒径に対して最も感度の高いパーティクル測定を行うことができる。
【特許文献１】特開平０８−００５５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、レチクルやフォトマスク、ＬＳＩ、及びＭＥＭＳ等の微細構造物では、形状・構造の微細化が益々進むにつれて、照射光の偏光特性に依存して、微細構造物の検査対象面の光学特性（反射率や透過率や散乱強度）が異なる事態が顕になってきている。このため、互いに直交するＰ偏光とＳ偏光との２種類の直線偏光しか用いない特許文献１の構成では、感度や解像度の面で、より微細化が進んだ微細構造物の検査に対応できなくなってきている。
また、Ｐ偏光とＳ偏光とを微細構造物の検査対象面に設定された同一の検査領域に同時照射する特許文献１の構成では、微細化が進む中、微細構造物の形状やパターン如何によっては、Ｐ偏光の反射光とＳ偏光の反射光とを確実に分離検出することができない事態が発生することも予想され、このような場合には、高解像度の反射画像を得ることができない、という不具合が懸念される。
【０００８】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、微細構造物のさらなる微細化が進む状況下でも、安価で簡素な構造と方法により、微細構造物の形状欠陥や異物付着の有無等を高解像度かつ高感度で検査することができる微細構造物の欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法に係り、光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐し、前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記各偏光ビームで順次走査させることで、全体としてＮ回重複走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビームを形成し、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査させることを特徴としている。
【００１０】
この発明の第２の構成は、微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査方法に係り、光源から出力される前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐し、前記Ｎ本の偏光ビームを重ね、重ねた前記Ｎ本の偏光ビームで前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査させて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種類の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を採取して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査すると共に、前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームを大きな開口数で集光して、その偏光方向に広がる楕円ビーム成分を形成し、形成された前記楕円ビーム成分の重ね合わせからなる前記Ｎ本の偏光ビームで前記検査領域を走査させることを特徴としている。
【００１１】
この発明の第３の構成は、微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置に係り、前記微細構造物を載置して移動を行うＸＹステージと、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、前記微細構造物の検査対象面上に設定された検査領域を前記各偏光ビームで走査する走査手段と、前記走査手段と前記ＸＹステージとの駆動を制御して、前記検査対象面上に設定された同一の検査領域を、前記走査手段に前記各偏光ビームで順次走査させ、全体としてＮ回重複走査させる走査制御手段と、前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の２つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビームが形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビームで前記検査領域を走査することを特徴としている。
【００１２】
この発明の第４の構成は、微細構造物の欠陥の有無を光ビームで検査するための微細構造物の欠陥検査装置に係り、前記微細構造物を載置して移動を行うＸＹステージと、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、前記Ｎ本の偏光ビームを重ね、重ねた前記Ｎ本の偏光ビームで前記微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査する走査手段と、前記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の２つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、該検出信号生成手段から出力される前記検出信号を用いて、前記検査対象面上の前記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を取得して、前記微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えてなると共に、前記Ｎ本の偏光ビームは、互いに直交する偏光面を有する２本の直線偏光ビームを少なくとも含み、かつ、前記各直線偏光ビームは大きな開口数で集光されて、その偏光方向に広がる楕円ビーム成分が形成され、前記走査手段は、形成された前記楕円ビーム成分の重ね合わせからなる前記Ｎ本の偏光ビームで前記検査領域を走査することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の構成によれば、微細パターンの形状やサイズに応じて、互いに異なる偏光特性を有する複数の偏光ビームによる複数の画像の中から、とくに感度や解像力の良い偏光ビームによる画像を選択できるので、光学分解能の向化を達成できる。
また、異なる偏光特性のビーム走査は同時に行われるため、スループットの低下を伴うことなく、光学分解能の向化を達成できる。
加えて、この発明の欠陥検査装置は、従来のビームスキャン型装置の大掛りな改造ではなく、比較的簡単な改造にて達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、偏光特性について説明する。検査対象面に集光されたビームスポットが直線偏光の場合、以下の偏光依存が現われる。(１)高ＮＡで集光した場合は、直線偏光の偏光方向に広がった楕円ビームになる。(２)高ＮＡで集光した場合に、Ｐ偏光、Ｓ偏光の直交する直線偏光は入射角度（ＮＡ）が大きくなると透過率、反射率の差が大きくなる、すなわち、入射角度（ＮＡ）が大きくなると、Ｐ偏光の透過率は、Ｓ偏光のそれよりも高く、一方、Ｓ偏光の反射率は、Ｐ偏光のそれよりも高くなる。(３)波長程度の大きさの非常に細かいスリット又はＬ／Ｓパターン（回折格子）では、スリットの方向と平行な直線偏光＞円偏光＞直交する直線偏光の順で透過率が減少する。
上記は、直線偏光の方向と直交する方向の分解能が向上することを意味しており、検査パターンによって最適な偏光特性が存在することを示している。
【００１５】
上記偏光特性と分解能とが密接の関係を揺することに着目して、この発明の実施品としての欠陥検査装置は、光源から出力される光ビームを互いに特性の異なるＮ本（Ｎは２以上の自然数）の偏光ビームに分岐する光ビーム分岐手段と、検査対象面上に設定された検査領域を各偏光ビームで走査する走査手段と、該走査手段とＸＹステージとの駆動を制御して、検査対象面上に設定された同一の検査領域を、走査手段に各偏光ビームで順次走査させ、全体としてＮ回重複走査させる走査制御手段と、上記検査領域から反射する反射光、同検査領域を透過する透過光、又は同検査領域にて散乱する散乱光、又は反射光、透過光、及び散乱光のうち、任意の２つ又は全部を受光して電気信号に変換し、検出信号を生成する検出信号生成手段と、該検出信号生成手段から出力される上記検出信号を用いて、検査対象面上の上記検査領域を写すＮ枚の反射画像、Ｎ枚の透過画像、又はＮ枚の散乱画像、又はこれら複数種の画像のうち、任意の２種又は全種からなるＭ×Ｎ枚（Ｍは２又は３）の複数種の画像を取得して、微細構造物の欠陥の有無を検査する画像処理手段とを備えるようにした。
【００１６】
なお、上記走査制御手段は、同一の検査領域を、走査手段に各偏光ビームで順次走査させ、全体としてＮ回重複走査させる構成であるが、これに代えて、走査手段が、Ｎ本の偏光ビームを重ね、重ねたＮ本の偏光ビームで検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査するように構成しても良い。
【実施形態１】
【００１７】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図、図２(ａ)は、同欠陥検査装置の光学系を構成する分離ミラーの動作を説明するための概略拡大図、図３は、各種の検査対象物を示す断面図、図４は、同欠陥検査装置によるＰ偏光とＳ偏光とによる非同時の重複走査動作を概念的に示す斜視図、図５は、同重複走査動作の説明に供される図、また、図６は、この実施形態による画像処理の手順方法の説明に供される図である。
【００１８】
まず、全体構成から説明すると、この欠陥検査装置は、検査対象物たる微細構造物の反射画像を取得して検査領域の欠陥の有無を検査する走査型反射顕微鏡方式の検査装置に係り、同図に示すように、光ビームＬ１を出力する光源１と、偏向走査手段（走査手段）２と、第１の偏光ビームスプリッタ（光ビーム分岐手段）３と、ミラー４、５と、第２の偏光ビームスプリッタ６と、ハーフミラー７と、対物レンズ８と、検査対象物（微細構造物）９ａを載置して移動を行うＸＹステージ９と、走査制御回路（走査制御手段）１０と、分離ミラー１１と、光電変換器（検出信号生成手段）１２、１３と、画像処理システム（画像処理手段）１４と、参照画像記憶部１５と、検査データ記憶部１６とから概略構成されている。
【００１９】
次に、装置各部について説明する。光源１としては、この実施形態では、走査型光学顕微鏡の分解能を高めるために、検査対象面上に照射される集光スポット径を小さくすることが好ましく、このため、短波長光源が用いられる。また、Ｓ／Ｎを向上させるために、高輝度な光源が好ましい。この理由のため、光源１には、例えば、波長２６６ｎｍの遠紫外レーザを用いるのが良い。必要に応じて、より短波長の光ビームを出力できる波長２５３ｎｍの遠紫外レーザや波長１９９ｎｍの遠紫外レーザを用いるのが好ましい。
【００２０】
偏向走査手段２は、例えば、音響光学偏向器、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等の走査光学系やビームエキスパンダや二分の一波長板等から構成されている。光源１から入射される光ビームＬ１を、所望のビーム径に変換し、かつ、高速に偏向して光ビームＬ２として出射する。
【００２１】
第１の偏光ビームスプリッタ３は、偏向走査手段２にて高速偏向されて入射される光ビームＬ２をＰ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とに分岐する。すなわち、第１の偏光ビームスプリッタ３は、偏向走査手段２から入射される光ビームＬ２のうち、Ｐ偏光成分Ｐ１を透過し、Ｓ偏光成分Ｓ１を反射することで、光ビームＬ２をＰ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とに分割する。ミラー４、５は、第１の偏光ビームスプリッタ３にて反射されるＳ偏光ビームＳ１の進行方向を１８０度変えて、第２の偏光ビームスプリッタ６の裏面に入射させる。
【００２２】
第２の偏光ビームスプリッタ６は、第１の偏光ビームスプリッタ３を透過して表面に入射するＰ偏光ビームＰ１を透過する一方、第１の偏光ビームスプリッタ３、ミラー４、５にて順次反射されて裏面に入射するＳ偏光ビームＳ１を反射する。ここで、第２の偏光ビームスプリッタ６は、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とを、互いに、走査方向に走査幅相当のずれ量で平行移動した状態で合成する。走査幅は、検査パターンのサイズに応じて、適宜変更可能であり、この例では、検査対象面（パターン形成面）９ｂ上で４０−７０μｍの範囲内に設定される。しかし、走査幅は、上記の範囲に限定されない。
【００２３】
ハーフミラー７は、走査幅分ずれた状態で合成されたＰ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とを部分的に透過させる一方、検査対象物９ａからの反射光Ｐ２、Ｓ２を部分的に反射して反射光Ｐ２、Ｓ２の進行方向を変える。対物レンズ８は、図４に示すように、入射したＰ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とを検査対象面９ｂに集光させる。具体的には、対物レンズ８は、例えば、ＮＡ（開口数）０．８以上の大きな開口を有し、検査対象物９ａの検査対象面９ｂ上に、φ０．３−０．４μｍの微小なＰ偏光ビームＰ１の集光スポットＰｘと、微小なＳ偏光ビームＳ１の集光スポットＳｘとを形成する。
【００２４】
ここで、検査対象物９ａとしては、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術で用いられるレチクルやフォトマスク等のような平面に限りなく近い微細構造物９１や、同図（ｂ）に示すように、超紫外線露光技術(Extreme UltraViolet lithography)で用いられるＥＵＶマスクのような微細かつ深い溝を有する微細構造物９２や、同図（ｃ）に示すように、ＭＥＭＳのような平面上の微細立体構造物９３等を挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではない。
【００２５】
ＸＹステージ９は、検査対象物９ａを載置して、Ｘ方向、Ｙ方向に２次元移動する図示せぬ駆動系を備えている。走査制御回路１０は、偏向走査手段２とＸＹステージ９の駆動系を制御して、検査対象面９ｂを、偏向走査手段２に、互いに走査幅相当隔てられるＰ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとで走査させる（図４及び図６）。走査制御回路１０は、例えば、図４及び図５に示すように、偏向走査手段２を制御して、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとで、１次元の検査領域の走査始点位置から走査終点位置までの走査幅の距離をＹ(+)方向（図５では、Ａｙ、Ｂｙ方向）に走査させると共に、ＸＹステージ９の駆動系を制御して、走査終点位置から次の走査始点位置にまで戻る際に、検査対象物９ａをＸ(-)方向に移動させる。これにより、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとは、矢印Ａｘ方向、Ｂｘ方向（図４及び図５）に相対的に進み、これを繰り返すことで、互いに偏光面が直交する２種類の集光スポットＰｘ、Ｓｘで２次元の検査領域（図６）を隈なく走査できるようになっている。さらに、この実施形態では、後述するように、各検査領域については、Ｐ偏光の集光スポットＰｘによる偏光ビーム走査とＳ偏光の集光スポットＳｘによる偏光ビーム走査との２重の非同時走査を行う構成となっている（図４及び図６）。
【００２６】
分離ミラー１１は、検査対象物９ａの検査対象面９ｂと共焦点をなす位置に配置されて、検査対象物９ａと対物レンズ８とハーフミラー７と共に、コンフォーカル光学系を構成する。このようなコンフォーカル光学系の機能により、検査対象物９ａの検査対象面９ｂに走査幅分だけ空間的に分離して照射される集光スポットＰｘ、Ｓｘ（Ｐ偏光ビームＰ１、Ｓ偏光ビームＳ１）の反射光Ｐ２、Ｓ２は、空間的に分離した状態で分離ミラー１１に入射する。分離ミラー１１は、図２(ａ)に示すように、検査対象物９ａの検査対象面９ｂから反射し、対物レンズ８を逆戻りして、ハーフミラー７にて反射した末に入射するＰ偏光ビームＰ１の反射光Ｐ２を透過する透過領域１１ａと、入射するＳ偏光ビームＳ１の反射光Ｓ２を反射する反射領域１１ｂとから構成され、空間的に分離されて入射するＰ偏光ビームＰ１の反射光Ｐ２とＳ偏光ビームＳ１の反射光Ｐ２とをさらに確実に空間分離する。
【００２７】
光電変換器１２、１３は、フォトダイオードや光電子増倍管等から構成され、光電変換器１２は、図２(ａ)に示すように、分離ミラー１１の透過領域１１ａを透過するＰ偏光ビームＰ１の反射光Ｐ２を受光してＰ反射画像検出信号（電気信号）ＰＲを生成する。また、光電変換器１３は、分離ミラー１１の反射領域１１ｂにて反射するＳ偏光ビームＳ１の反射光Ｓ２を受光してＳ反射画像検出信号（電気信号）ＳＲを生成する。
参照画像記憶部１５は、設計データとしての参照画像ＲＥＦを蓄積する。画像処理システム１４は、光電変換器１２、１３から供給されるＰ反射画像検出信号ＰＲとＳ反射画像検出信号ＳＲとに基づいて、２種類の２次元反射画像（Ｐ反射画像とＳ反射画像）を実画像として生成採取し、生成採取された実画像と設計データとしての参照画像とを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、検査対象物９ａの欠陥の有無を検査する。検査データ記憶部１６は、検査対象物９ａに対する欠陥有無の検査結果ＤＲを保存する。
【００２８】
次に、図１乃至図６を参照して、この実施形態による欠陥検査装置の動作について説明する。
光源１から出力された光ビームＬ１は、偏向走査手段２によって、所望のビーム径に変換され、さらに、高速に偏向されて光ビームＬ２として光路を進む。高速偏向を受けている光ビームＬ２は、偏向走査手段２に入射して、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とに分岐される。分岐されたＳ偏光ビームＳ１は、ミラー４、５で反射して、第２の偏光ビームスプリッタ６に到達し、第２の偏光ビームスプリッタ６にて、Ｐ偏光ビームＰ１と合成される。このとき、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とは、互いに、走査方向に走査幅相当のずれ量で平行移動した状態（図１、図５及び図６）で合成される。合成されたＰ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１は、対物レンズ８によって集光されて、φ０．３−０．４μｍの微小なＰ偏光の集光スポットＰｘと、Ｓ偏光の集光スポットＳｘとして、検査対象面９ｂ上を照射する。
【００２９】
ここで、互いに直交するＰ偏光の集光スポットＰｘと、Ｓ偏光の集光スポットＳｘとは、図４及び図５に示すように、走査方向(矢印Ｙ(+)の方向)に、例えば、４０−７０μｍの走査幅Ｗ程度、互いに離隔分離して検査対象面９ｂを照射し走査する。すなわち、Ｐ偏光の集光スポットＰｘは、矢印Ａｙの方向に走査され、Ｓ偏光の集光スポットＳｘが走査方向(矢印Ｙ(+)の方向)に走査幅Ｗ分ずれて（矢印Ａｙと平行の）矢印Ｂｙの方向に走査される。実際には、検査範囲を完全に網羅するために、図５に示すように、幅ΔＷ分の境界領域だけ、Ｐ偏光の集光スポットＰｘによる走査とＳ偏光の集光スポットＳｘによる走査とをオーバーラップさせるようにするのが好ましいい。それゆえ、厳密にいえば、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとの離隔距離は、図５に示すように、走査方向(矢印Ｙ(+)の方向)に、走査幅Ｗから重複領域の幅ΔＷを減じた距離となる。
【００３０】
走査制御回路１０は、偏向走査手段２とＸＹステージ９との駆動を制御して、検査対象物９ａの検査対象面９ｂを、互いに偏光面が直交する集光スポットＰｘと集光スポットＳｘとで順次走査し（図４及び図６）、各検査領域については、Ｐ偏光の集光スポットＰｘによる走査（Ｐ偏光ビーム走査Ａｙ）とＳ偏光の集光スポットＳｘによる走査（Ｓ偏光ビーム走査Ｂｙ）との非同時２重走査を行う（図４及び図６）。ここで、Ｐ偏光の集光スポットＰｘによるＰ偏光ビーム走査ＡｙとＳ偏光の集光スポットＳｘによるＳ偏光ビーム走査Ｂｙは、図５に示すように、互いに走査幅程度(Ｗ−ΔＷ)、離隔した状態で繰り返し行われる。そして、Ｐ偏光ビーム走査ＡｙとＳ偏光ビーム走査Ｂｙとが繰り返される度に、ＸＹステージ９の駆動系を制御して、検査対象物９ａを、走査方向Ｙ(+)と直交するＸ(-)方向に移動させる。この結果、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとは、図４及び図５に示すように、検査対象面９ｂ上を、Ｘ(-)方向と平行かつ反対方向の矢印Ａｘ方向、Ｂｘ方向に相対移動（副走査）し、これにより、２次元のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘと２次元のＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｘとが検査対象面９ｂ上で実施される。
【００３１】
このとき、図示せぬレーザ干渉計によるＸＹステージ９のＸ(-)方向移動距離の測長が行われる。そして、走査制御回路１０は、レーザ干渉計から得られる測長データに基づいて、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとが、次の走査が行われる１次元の検査領域（走査位置）に到達したか否かを判断して、偏光ビーム走査Ａｙ／Ｂｙ毎の走査開始タイミングを決定する。具体的には、図５に示すように、Δｘ（例えば、１００ｎｍ）の距離毎に偏光ビーム走査Ａｙ／Ｂｙをしたいときは、レーザ干渉計が、ＸＹステージ９がΔｘ（１００ｎｍ）進んだことを測定する度に、走査制御回路１０は、偏向走査手段２に走査開始の命令を出す。
【００３２】
２次元のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘと２次元のＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｘとが、図４に示すように、検査対象物９ａの２次元の検査領域の終端に達すると、走査制御回路１０は、ＸＹステージ９の駆動系を制御して、載置する検査対象物９ａをＹ(-)方向に走査幅分（厳密には(Ｗ−ΔＷ)の距離）ステップ送りさせる。これにより、同図に示すように、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとは、検査対象面９ｂ上を相対移動して隣の２次元の検査領域の始端に移る。
【００３３】
この後、走査制御回路１０は、今度は、前回のＸ(-)方向とは逆方向のＸ(+)方向にＸＹステージ９を移動（逆進）させながら、Ｐ偏光ビーム走査ＡｙとＳ偏光ビーム走査Ｂｙとを繰り返す。この結果、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとは、同図に示すように、検査対象面９ｂ上を、今度は、矢印Ａｘ方向、Ｂｘ方向とは逆向きの矢印Ａｒ方向、Ｂｒ方向に相対移動（副走査）し、これにより、２次元のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・ＡｒとＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｒとが、検査対象面９ｂ上で実施される。以後、同様の動作を繰り返し、検査対象面９ｂ上を蛇行しながら検査範囲を全走査する。
【００３４】
図６は、検査対象面９ｂ上を蛇行して（一例として、３往復の）Ｐ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘ、Ａｙ・ＡｒとＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｘ、Ｂｙ・Ｂｒとが実施される様子を示す模式図であり、同図(ａ)が、Ｐ偏光の集光スポットＰｘによる蛇行走査を示し、同図（ｂ）が、Ｓ偏光の集光スポットＳｘによる蛇行走査を示している。
ここで、Ｐ偏光の集光スポットＰｘは、Ｓ偏光の集光スポットＳｘよりも、図６中の上方に、概略走査幅相当（Ｗ−ΔＷ）の距離だけ、離隔分離されて形成されるため、初回のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘが行われる走査範囲１−１の領域（同図(ａ)）のように、Ｐ偏光の集光スポットＰｘのみによる走査範囲が存在する。同様に、Ｓ偏光の集光スポットＳｘは、Ｐ偏光の集光スポットＰｘよりも、図６中の下方に、走査幅相当の距離だけ、離隔分離されて形成されるため、最終回のＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｒが行われる走査範囲２−６の領域（同図(ｂ)）のように、Ｓ偏光の集光スポットＳｘのみによる走査範囲が存在する。
【００３５】
走査範囲のうち、走査範囲１−１、２−６以外の領域は、２重走査範囲として、Ｐ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘ、Ａｙ・ＡｒとＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｘ、Ｂｙ・Ｂｒとの走査が重複して実行される。２重走査範囲が、実質的な検査範囲９ｃであり、検査範囲９ｃでは、同図(ａ)に示すように、２回目、３回目、……、６回目のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘ、Ａｙ・Ａｒが、走査範囲１−２、１−３、……、１−６に区切られて行われ、また、同図(ｂ)に示すように、１回目、２回目、……、５回目のＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｘ、Ｂｙ・Ｂｒが、走査範囲２−１、２−２、……、２−５に区切られて行われる。
【００３６】
このような動作により、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとで非同時の２重走査が行われるため、Ｐ偏光の特性が反映されたＰ偏光反射画像とＳ偏光の特性が反映されたＳ偏光反射画像とを取得できる。それゆえ、欠陥検査の際には、Ｐ偏光で採られたＰ偏光反射画像とＳ偏光で採られたＳ偏光反射画像とを較べて、より分解能の優れる反射画像を採用することで、検査対象物（微細構造物）９ｂの形状欠陥や異物付着の有無等を高解像度かつ高感度で画面検査することができる。
【００３７】
次に、図６を参照して、画像処理の方法について説明する。
初回のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｘと初回のＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｘとは、それぞれの走査範囲（２次元の検査領域）１−１、２−１において同時に行われ、Ｐ偏光反射画像とＳ偏光反射画像とが同時に採取されるが、これらは、同一の走査範囲を写した反射画像ではない。すなわち、上記したように、走査範囲１−１の領域（同図(ａ)）では、Ｓ偏光の集光スポットＳｘによる走査は実施されないので、走査範囲２−１を写したＰ偏光反射画像のみを画像処理システム１４（図１）にバッファリングしておく。
【００３８】
ＸＹステージ９の折り返しとなる、２回目のＰ偏光ビーム走査Ａｙ・Ａｒと２回目のＳ偏光ビーム走査Ｂｙ・Ｂｒとは、それぞれの走査範囲１−２、２−２において同時に行われ、Ｐ偏光反射画像とＳ偏光反射画像とが同時に採取される。ここで、２回目の走査で走査範囲１−２を写したＰ偏光反射画像と、初回の走査で走査範囲２−１を写したＳ偏光反射画像とは、共に、同一の検査領域を撮像したものであるため、走査範囲１−２を写したＰ偏光反射画像とバッファリングした走査範囲２−１を写したＳ偏光反射画像とを用いてダイ−ダイ（Die-Die）検査や、ダイ−データベース（Die-DB）検査や、これらの併用検査や、時間差検査を実施する。
【００３９】
ここで、半導体フォトマスク（レチクル）は半導体ウエハ上にフォトリソグラフィによって回路パターンを転写露光するが、1枚のウエハから同じ回路パターンの集積回路を多数生産できるように、レチクル上にも、ダイ（Die）と呼ばれる同じ回路パターンの塊がある。ダイ−ダイ検査とは、同じパターン同士であるダイの実画像同士を比較することで欠陥を検出する方法である。このダイ−ダイ検査では、表示装置に画面表示されたダイの実画像同士を肉眼観察することにより、行うこともできる。
【００４０】
また、ダイ−データベース検査とは、ダイの実画像としての反射画像と、ＣＡＤ設計データから作り出した参照画像（参照パターン）ＲＥＦとを比較検査する方法である。すなわち、この実施形態による欠陥検査装置を用いてダイ−データベース検査を行う際には、ダイの実画像と参照画像記憶部１５（図１）から読み出された参照画像（参照パターン）ＲＥＦとを重ね合わせる画像処理を行い、得られた差分画像に基づいて、検査対象物９ａの欠陥を検出する。また、併用検査とは、ダイ−ダイ検査とダイ−データベース検査とを併用する検査のことである。また、時間差検査とは、ダイ画像データを保存しておいて、異なる時間で再度検査することをいう。
【００４１】
２回目の走査で走査範囲（２次元の検査領域）２−２を写したＳ偏光反射画像は、次（３回目）の走査で得られる走査範囲１−３のＰ偏光反射画像と共に、走査範囲２−２（すなわち、走査範囲１−３）の欠陥検査に用いられるため、画像処理システム１４（図１）にバッファリングしておく。以後、このような検査処理を繰り返す。
【実施形態２】
【００４２】
図７は、この発明の第２の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
この第２の実施形態による欠陥検査装置が、上記した第１の実施形態のそれと、著しく異なるところは、検査対象物の反射画像に代えて、透過画像を取得して検査領域の欠陥の有無を検査する走査型透過顕微鏡方式を採用した点である。走査型透過顕微鏡方式を具現するために、この第２の実施形態では、反射光学系を構成する図１のハーフミラー７及び分離ミラー１１を、図７に示すように、透過光学系対応に配置換えされている。なお、図７において、図１の構成部分と同一の各部には、同一の符号付してその説明を省略し、また、図１の構成部分と対応する各部には、添え字を付して対応関係を明確にしてその説明を省略する。
【００４３】
この例の構成によっても、第１の実施形態で述べたと略同様の効果を得ることができる。すなわち、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとで非同時の２重走査（図４）が行われるため、Ｐ偏光の特性が反映されたＰ偏光透過画像とＳ偏光の特性が反映されたＳ偏光透過画像とを取得できる。それゆえ、欠陥検査の際には、Ｐ偏光で採られたＰ偏光透過画像とＳ偏光で採られたＳ偏光透過画像とを較べて、より分解能の優れる透過画像を採用することで、検査対象物（微細構造物）９ｂの形状欠陥や異物付着の有無等を高解像度かつ高感度で画面検査することができる。
【実施形態３】
【００４４】
図８は、この発明の第３の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
この第３の実施形態による欠陥検査装置は、同図に示すように、上記した第１及び第２の実施形態を合体させて、検査対象物の反射画像と透過画像との両方を取得できるようにした点である。なお、図８において、図１又は図７の構成部分と同一の各部には、同一の符号付してその説明を省略し、また、図１又は図７の構成部分と対応する各部には、添え字を付して対応関係を明確にしてその説明を省略する。
【００４５】
この例の構成によっても、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘとで非同時の２重走査（図４）が行われることは、上記した第１及び第２の実施形態と同様であるが、Ｐ偏光の特性が反映されたＰ偏光反射画像及びＰ偏光透過画像、並びに、Ｓ偏光の特性が反映されたＳ偏光反射画像及びＳ偏光透過画像との４種類の検査画像を同時に取得できるので、反射画像よりも透過画像の分解能が優れる場合にも対応でき、逆に、透過画像よりも反射画像の分解能が優れる場合にも対応できる。それゆえ、欠陥検査の際には、Ｐ偏光で採られたＰ偏光反射画像、Ｐ偏光透過画像とＳ偏光で採られたＳ偏光反射画像、Ｓ偏光透過画像との４種の画像を較べて、一段と分解能の優れる画像を採用することで、検査対象物（微細構造物）９ｂの形状欠陥や異物付着の有無等を高解像度かつ高感度で画面検査することができる。
【実施形態４】
【００４６】
次に、この発明の第４の実施形態による欠陥検査装置について説明する。
この第４の実施形態では、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とを重ね、重ねた２種類の偏光ビームで微細構造物の検査対象面上に設定された同一の検査領域を一度に走査するようにした点で、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とを、互いに、走査方向に概略走査幅相当のずれ量で平行移動した状態で重複走査する第１乃至第３の実施形態と、著しく相違している。
【００４７】
この実施形態の構成では、反射光をＰ偏光の反射光とＳ偏光の反射光とに分離して検出する光学手段として、コンフォーカル光学系の分離ミラー１１（図２（ａ））に代えて、偏光分離光学系、例えば、図２（ｂ）に示すように、Ｐ偏光の反射光Ｐ２を反射し、Ｓ偏光の反射光Ｓ２を透過する偏光ビームスプリッタ１１ｃを用いることとなる。
【００４８】
この例の構成によっても、第１の実施形態で述べたと略同様の効果を得ることができる。しかしながら、偏光ビームスプリッタ１１ｃを用いる構成では、パターンの形状やサイズ如何によっては、パターンのエッジ部分等で発生する光の散乱により偏光状態が乱れるため、図２（ｂ）のＰ偏光の反射光成分ＰＮとＳ偏光の反射光成分ＳＮに示すようなクロストークが発生し、Ｐ偏光反射画像、Ｓ偏光反射画像のそれぞれの画像に互いの画像が映りこみ誤差の原因となる虞がある。
とくに、相対的に幅が狭く、奥行きがあるようなパターンに対しては、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１とを独立に走査して、空間的に分離できるコンフォーカル光学系を用いる第１の実施形態の方が好ましい。
【実施形態５】
【００４９】
次に、図９を参照して、この発明の第５の実施形態による欠陥検査装置について説明する。この第５の実施形態では、Ｐ偏光ビームＰ１とＳ偏光ビームＳ１と円偏光ビームＣ１とにより、３ビームによる同時の分離走査を行い、この結果として、非同時の重複走査を実施できる構成となっている。すなわち、この構成では、Ｐ偏光の集光スポットＰｘとＳ偏光の集光スポットＳｘと円偏光Ｃ２の円偏光スポットＣｘとからなる３種類の偏光スポットで、矢印Ａｘ，Ｂｘ、Ｄｘの方向に、同時の分離ビーム走査を行い、それぞれ、走査方向Ｙ(+)に概略走査幅分ずれた３箇所分の検査範囲の画像を取得する。次に、各集光スポットＰｘ，Ｓｘ、Ｃｘは、Ｙ(+)方向に概略走査幅分の移動量でステップ送りされ、蛇行しながら走査を行い、これにより、共通の検査範囲について、Ｐ偏光画像、Ｓ偏光画像、円偏光画像からなる３種類の画像を取得して検査を行うことができる。
【００５０】
この実施形態については、円偏光ビームＣ１を含むことから、偏光による分離ができないため、空間的に各偏光ビームが分離した場所でミラー等で分離する。このように、この実施形態によれば、従来の円偏光を用いて偏光に関して平均的な画像（円偏光画像）をも同時に採取することが可能となり、Ｐ偏光画像やＳ偏光画像との差分をとることで、直線偏光に特化した画像の情報を取得することが可能となる。
【実施形態６】
【００５１】
次に、図１０を参照して、この発明の第６の実施形態による欠陥検査装置について説明する。この実施形態では、ビーム走査方向に対して、共に４５度傾いて、互いに直交する偏光面を有する傾斜Ｐ偏光ビームＲｘと傾斜Ｓ偏光ビームＬｘとを照射して画像を取得する。この例の構成によれば、斜め方向の微細パターンを有する検査対象物の検査に対応できる。
【００５２】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、走査ビームの偏光特性と偏光スポットの個数は、上記した実施形態に限らず。任意に変更し得る。
【００５３】
例えば、円偏光と、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光とを含む、３本の光ビームからなるように構成しても良い。また、円偏光と、ビーム走査方向に平行する偏光面を有する第１の直線偏光と、ビーム走査方向に直交する偏光面を有する第２の直線偏光、ビーム走査方向に対して共に４５度傾いて互いに直交する偏光面を有する第３及び第４の直線偏光とを含む、５本の光ビームからなるように構成しても良い。
【００５４】
また、透過画像や反射画像のほかにも、散乱画像を取得して検査に役立てることができる。散乱画像を取得する光学顕微鏡系としては、図１にような反射光学顕微鏡系を用いるようしても良く、図７に示すような透過光学顕微鏡系を用いても良い。純粋な散乱画像を得るためには、例えば、反射光や透過光を遮断する遮光手段を設けることで、達成できる。
【００５５】
また、従来装置では、検査光の反射光を利用して光学式のオートフォーカスシステムを構成している。光学式のオートフォーカスシステムは合焦精度が高く、フォーカス制御速度を高速にできる利点を有するが、検査対象の微細構造のパターン形状によっては、反射光に誤差成分を含み、フォーカスエラーを引き起こすことがある。この発明の欠陥検査装置は、そもそも、Ｐ偏光とＳ偏光とで観察しているパターンが異なるため、好適なパターンを選択する構成となっているので、Ｐ偏光とＳ偏光との両方でフォーカス信号を採取し、変動の少ない方のフォーカス信号に従ってフォーカス制御を行うようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、微細構造を持つマスク原板、とくに、液晶パネル、半導体集積回路等の回路を転写する際に用いられるマスクやレチクルの異物や製造上の欠陥検査に適用できる他にも、微細な構造を有するＭＥＭＳ、電子デバイス等の光学検査にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の第１の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】(ａ)は、第１の実施形態の光学系を構成する分離ミラーの動作を説明するための概略拡大図、また、(ｂ)は、第４の実施形態の光学系を構成する偏光ビームスプリッタの動作を説明するための概略拡大図である。
【図３】各種の検査対象物の断面構造を概略示す概略断面図である。
【図４】同欠陥検査装置によるＰ偏光とＳ偏光とによる非同時の重複走査動作を概念的に示す斜視図である。
【図５】同重複走査動作の説明に供される図である。
【図６】同第１の実施形態による画像処理の手順方法の説明に供される図である。
【図７】この発明の第２の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の第３の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の第５の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置によるＰ偏光とＳ偏光と円偏光とによる非同時の重複走査動作を概念的に示す斜視図である。
【図１０】この発明の第６の実施形態である微細構造物の欠陥検査装置による重複走査動作の説明に供される図である。
【符号の説明】
【００５８】
１        光源
２        偏向走査手段（走査手段）
３        第１の偏光ビームスプリッタ（光ビーム分岐手段）
Ｌ１、Ｌ２        光ビーム
９        ＸＹステージ
９ａ、９１、９２、９３        検査対象物（微細構造物）
９ｂ        検査対象面
１０        走査制御回路（走査制御手段）
１１        分離ミラー（コンフォーカル光学系）
１１ｃ        偏光ビームスプリッタ（偏光分離光学系）
１２、１３          光電変換器（検出信号生成手段）
１４          画像処理システム（画像処理手段）
Ｐ１        Ｐ偏光ビーム（偏光ビーム）
Ｓ１        Ｓ偏光ビーム（偏光ビーム）
Ｃ１        円偏光ビーム（偏光ビーム）
Ｐ２、Ｓ２        反射光
Ｐ３、Ｓ３        透過光
ＰＲ，ＰＳ，ＳＲ，ＰＲ        検出信号
ＲＥＦ      設計データとしての参照画像
Ｐ１、Ｓ１        第１の直線偏光
Ｓ１、Ｐ１        第２の直線偏光
Ｒｘ、Ｌｘ        傾斜Ｐ偏光ビーム、傾斜Ｓ偏光ビーム（第３の直線偏光）
Ｌｘ、Ｒｘ        傾斜Ｓ偏光ビーム、傾斜Ｐ偏光ビーム（第４の直線偏光）
【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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