(57)【要約】【課題】回折光や散乱光等の外乱による影響を受けにくく、パターンの微細化に十分対応できる基板検査装置及びマスク検査装置を実現する。【解決手段】本発明による基板検査装置は、検査データの取得と対物レンズ（８）の焦点データ信号の取得を並行して行う。検査中に対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置は、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段（４０）と、対物レンズ位置信号又は焦点誤差信号が加算された対物レンズ位置信号により構成される焦点データ信号を用いて対物レンズの光軸方向の位置を制御する焦点制御信号を走査ラインごとに生成する焦点制御信号生成手段（６０）とを有する。ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて生成された焦点制御信号は、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号として用いられる。【選択図】  図４
2012237687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査されるべき基板を支持するステージと、基板に向けて照明ビームを投射する照明光学系と、基板から出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズ位置信号として出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動し、前記ステージ又は対物レンズが第１及び第２のスキャン方向の走査ライン上を順次移動する間に基板の検査データが取得されると共に対物レンズの焦点データ信号及び対物レンズの光軸方向の位置データが走査ラインごとに取得される基板検査装置であって、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズの基板表面に対する焦点誤差を検出し、焦点誤差信号として出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は焦点誤差信号が加算された対物レンズ位置信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号から、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値を用いて焦点制御信号を生成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点データ信号は、前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号により構成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点データ信号は、前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号と光軸方向の変位量に変換された焦点誤差信号とを含むことを特徴とする基板検査装置。
【請求項６】
請求項２、３、４又は５に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として出力することを特徴とする基板検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の基板検査装置において、前記第１及び第２のメモリは、奇数番目の走査ラインの走査により取得したデータを記憶する奇数メモリ及び偶数番目の走査ラインの走査により取得したデータを記憶する偶数メモリをそれぞれ有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項８】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記平滑化手段は、入力した焦点データ信号について移動平均処理を実行することを特徴とする基板検査装置。
【請求項９】
請求項５に記載の基板検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分を形成する減算手段と、減算手段からの出力信号に基づいて焦点制御信号を形成するPID制御信号形成手段とを有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の基板検査装置において、焦点制御信号形成手段は、前記焦点誤差検出手段から出力される焦点誤差信号に基づいて第１のPID制御信号を形成する第１のPID制御信号形成手段と、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分に基づいて第２のPID制御信号を形成する第２のPID制御信号形成手段と、第１のPID制御信号と第２のPID制御信号とを加算する加算手段とを有し、焦点誤差信号を用いるフィードバック制御と対物レンズ位置信号を用いるフィードバック制御とのハイブリッド制御により焦点制御信号を形成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板検査装置において、前記第１のPID制御信号は高周波数領域における応答性が低くなるようにゲイン調整され、前記第２のPID制御信号は高周波数領域における応答性が高くなるようにゲイン調整されていることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板検査装置において、前記第１のPID制御信号は、積分ゲインが大きく微分ゲインが小さくなるようにゲイン調整されていることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１３】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記焦点誤差信号を用いてPID制御信号を生成する手段を含み、
前記目標値生成手段は平滑化された対物レンズ位置信号を制御電圧値に変換する手段を含み、変換された制御電圧値は前記第２のメモリに目標値として記憶され、
前記焦点制御信号生成手段は、前記PID制御信号と第２のメモリから出力される目標値とを加算する加算手段を有し、当該加算手段からの出力信号を用いて焦点制御信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点誤差検出手段は、対物レンズを介して基板に向けて光ビームを投射する光源と、基板からの反射光を対物レンズを介して受光する光検出手段とを有し、前記光検出手段は、光検出手段上に形成される光スポットが焦点誤差に応じて変位する方向に配列された第１及び第２の光検出器を有し、これら２つの光検出器の出力信号の差分に基づいて焦点誤差信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点誤差検出手段は、対物レンズを介して基板に向けて光ビームを投射する光源と、基板からの反射光を対物レンズを介して受光する光検出手段とを有し、前記光検出手段は、光検出手段上に形成される光スポットが焦点誤差に応じて変位する方向に配列された複数の受光素子を有し、これら受光素子からの出力信号に基づいて焦点誤差信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインの走査中、前記対物レンズの光軸方向の位置は、前記焦点誤差信号を用いるフィードバック制御により制御されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインは、基板に設定されている検査領域の外側に位置することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１８】
検査されるべきフォトマスクを支持するステージと、フォトマスクに向けて照明ビームを投射する照明光学系と、フォトマスクから出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズ位置信号として出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動し、前記ステージが第１及び第２のスキャン方向の走査ライン上を順次移動する間にフォトマスクの検査データが取得されると共に対物レンズの焦点データ信号及び対物レンズの光軸方向の位置データが走査ラインごとに取得される基板検査装置であって、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズのフォトマスク表面に対する焦点誤差を検出し、焦点誤差信号として出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は焦点誤差信号が加算された対物レンズ位置信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のマスク検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号から、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値から焦点制御信号を生成することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として用いることを特徴とするマスク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズの光軸方向の位置が自動的に制御される基板検査装置及びマスク検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトマスクに存在する欠陥を検出するマスク検査装置として、フォトマスクの反射像又は透過像を撮像し、撮像されたフォトマスクの画像を基準画像と比較して欠陥を検出するマスク検査装置が実用化されている。マスク検査装置において、正確な欠陥検出を行うためには、フォトマスクから出射した反射光又は透過光を集光する対物レンズの焦点制御が重要である。例えば、対物レンズの焦点がマスク表面から変位すると、撮像される画像が不鮮明になり、疑似欠陥が多発する不具合が生じてしまう。また、フォトマスクに形成されるパターンは微細化し、その線幅は２００ｎｍ程度に設計されている。従って、パターンの微細化に対応して、対物レンズの焦点制御を一層正確に行うことが強く要請されている。
【０００３】
フォトマスクの基板には、撓みが不可避的に存在する。また、マスクを支持する多くのステージの駆動装置として、エァースライダとリニアモータとの組み合わせが用いられているが、ステージの移動中にＺ軸方向に微小な変位が生ずる。従って、マスク検査装置においては、フォトマスクの撓みやステージの不所望な変位に対応して対物レンズの焦点位置を制御するオートフォーカス装置が用いられている。
【０００４】
従来のオートフォーカス装置として、対物レンズの焦点とマスク表面との間の変位量を焦点誤差信号として検出し、焦点誤差信号を用いてフィードバック制御を行うオートフォーカス装置が既知である。この既知のオートフォーカス装置は、例えば非点収差法により対物レンズの焦点とマスク表面との間の変位量を検出する焦点検出器が用いられ、焦点検出器からの出力信号を用いて焦点誤差信号が形成されている。走査中、焦点誤差信号を用いて対物レンズの焦点とマスク表面との間の変位量が零となるようにフィードバック制御が行われている。
【０００５】
別の基板検査装置として、検査領域全体についてレチクルの上側表面の高さ分布を測定し、レチクルの上側表面の表面高さ分布を示す３次元マップを形成し、検査中３次元マップに基づいて対物レンズの光軸方向の位置を制御する基板検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査装置では、欠陥検査に先立ってレチクル表面の３次元マップが作成されている。そして、３次元マップが形成された後欠陥検査が開始され、欠陥検査中３次元マップを用いて対物レンズの光軸方向の位置が制御されている。
【特許文献１】米国特許第７８３５０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のフィードバック制御方式のオートフォーカス装置が搭載された基板検査装置では、焦点誤差信号に対してサーボ系の遅れが発生し、正確なオートフォーカス動作を行うには限界があった。また、フォトマスクの表面には種々のパターンが形成されているため、マスク表面のパターンにより回折光や散乱光が発生し、オートフォーカス装置の光検出器に入射する。これら回折光や散乱光は高周波数のノイズ成分である。よって、焦点誤差信号をそのまま用いてフィードバック制御したのでは、不所望な回折光や散乱光の影響が焦点制御にそのまま出現し、局所的に対物レンズの焦点がフォトマスクの表面から大きく変位し、不鮮明な画像が撮像される不具合が発生する。
【０００７】
レチクル表面の３次元高さマップを形成し、形成された３次元高さマップに基づいて対物レンズの駆動制御を行う方法は、フィードバック制御方式と比較して良好な制御が行われる利点がある。しかしながら、レチクル表面の３次元マップを形成するためには、予めフォトマスクの検査エリア全体についてスキャンする必要があり、３次元マップを形成するためのスキャンと実際の欠陥検査を行うためのスキャンとの２回スキャン操作が必要である。このため、欠陥検査に長時間かかる欠点がある。
【０００８】
本発明の目的は、対物レンズの焦点を制御する制御データの取得と欠陥検査とを同時並行して行うことが可能な基板検査装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、回折光や散乱光等の外乱による影響が軽減され、パターンの微細化に十分対応できる基板検査装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、回折光や散乱光等の外乱による影響が軽減され、パターンの微細化に十分対応できるマスク検査装置を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による基板検査装置は、検査されるべき基板を支持するステージと、基板に向けて照明ビームを投射する照明光学系と、基板から出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズ位置信号として出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動し、前記ステージ又は対物レンズが第１及び第２のスキャン方向の走査ライン上を順次移動する間に基板の検査データが取得されると共に対物レンズの焦点データ信号及び対物レンズの光軸方向の位置データが走査ラインごとに取得される基板検査装置であって、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズの基板表面に対する焦点誤差を検出し、焦点誤差信号として出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は焦点誤差信号が加算された対物レンズ位置信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、フォトマスク等の各種基板の検査データの取得と対物レンズの焦点データ信号の取得とを並行して実行する。また、検査中に対物レンズの光軸方向の位置を制御する焦点制御信号は、走査中に取得した対物レンズ位置信号又は焦点誤差信号が加算された対物レンズ位置信号により構成される焦点データ信号から形成した目標値を用いて生成する。目標値を形成する目標値形成手段は、焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を有し、平滑化された焦点データ信号から目標値を生成する。さらに、平滑化された目標値を用いて焦点制御信号が形成されるので、スキャン中にマスクパターンにより発生した回折光や散乱光が焦点検出器に入射しても、パターンに依存する誤った焦点制御が行われる事態が回避される。従って、フォトマスクに形成されるパターンが高密度化又は複雑化しても、パターンによる影響を受けない焦点制御が実行される。
【００１１】
さらに、本発明では、焦点制御信号の生成に用いられる目標値の生成に当たって、走査ライン２本分だけ前の走査ラインの走査中に取得した焦点データ信号を用いる。すなわち、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて形成された目標値は、隣接する走査ラインではなく、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの目標値として用いる。この理由は以下の通りである。
(1) フォトマスクの線幅は数１００ｎｍ程度に微細化されているため、フォトマスクの欠陥を検出するマスク検査装置においても、より厳格な焦点制御が要求されている。このため、多くのＸＹステージは、エアースライダーとリニアモータとの組み合わせにより駆動されている。しかしながら、エアースライダーを用いても、ステージの移動中にヨーイングやピッチングが発生する。これらヨーイングやピッチングはステージ移動方向と相関性を有するため、同一の走査ラインに沿って互いに反対向きの方向に移動する場合、ステージの挙動及び姿勢は一致せず、差異が発生する。この差異は、焦点検出において焦点誤差信号に含まれてしまう。すなわち、走査ライン上を第１のスキャン方向に沿ってステージが移動する場合、焦点検出器により検出される焦点誤差は、フォトマスク表面の光軸方向の変位と移動中のステージの光軸方向の変位とが加算されたデータである。よって、同一の走査ライン上を第１の方向とは反対向きの第２のスキャン方向にステージが移動する場合、フォトマスク表面の光軸方向の変位が同一であっても、移動中におけるステージの光軸方向の変位が相違するため、焦点検出器により検出される焦点データ信号は、第１のスキャン方向に走査する場合とは相違してしまう。一方、試料表面をジグザグ状に走査する光学装置においては、ｉ番目の走査ラインの走査方向と（ｉ＋２ｍ）番目（ｍは自然数）の走査ラインの走査方向は互いに一致する。従って、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて形成された焦点制御信号を（ｉ＋２）番目や（ｉ＋４）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号として用いれば、ステージの移動方向が同一であるため、ステージ移動に起因するヨーイングやピッチングによる影響が軽減された焦点制御信号が得られ、より正確な焦点制御が可能になる。
【００１２】
(2) 焦点検出器から出力される焦点データ信号は、マスクパターンに起因して発生する回折光や散乱光成分を含むため、取得された焦点データ信号又は焦点誤差信号について平滑化処理を行うことが望ましい。しかしながら、平滑化処理のための演算時間として相当な時間が必要である。この場合、隣接する走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて焦点制御信号を形成する場合、割り当てられる演算時間が制限されるため、焦点制御信号を生成するためのデータ数が制限される不具合がある。一方、１走査ラインに含まれる焦点制御のサンプリングデータ数を多くしようとすると、焦点制御の正確性は向上するものの、平滑化処理のための演算時間が長くなり、その間ステージは停止状態に維持されるため、欠陥検査のスループットが低下する不具合が発生する。
これに対して、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号を生成すれば、ｉ番目の走査ラインの走査により取得された焦点データ信号について、ステージが反対向きに移動する（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理を行うことが可能である。従って、平滑化処理に必要な演算時間として、１走査ライン分の走査時間が割り当てられるので、焦点制御のデータ数を相当増加することができる。且つ、演算に比較的長時間かかる複雑な平滑化処理も可能になり、焦点制御の正確性が格段に向上する。
【００１３】
(3) さらに、隣接する走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて焦点制御信号を生成する場合、データの配列順序が反転しているため、取得した焦点データ信号を並び替える作業が必要であり、信号処理が煩雑になる欠点がある。
これに対して、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて（ｉ＋２）番目の走査ライン用の焦点制御信号を生成する場合、データの配列順序が同一であるため、データを並び替える必要がない利点がある。
【００１４】
上述した理由に基づき、本発明では、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号を形成する。このように構成することにより、ｉ番目の走査ラインの走査により焦点データ信号が取得され、続く（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理が行われ、平滑化処理された焦点データ信号から形成された焦点制御信号を用いて（ｉ＋２）番目の走査ラインの走査が行われる。尚、ｉ番目の走査ラインの走査中に取得した焦点データを用いて（ｉ＋２）番目の走査ラインの焦点制御を行う場合、２本の走査ラインの間隔が形成されるが、その間隔は２００μｍ程度であるため、ほとんど問題は生じないことが発明者の実験により確認されている。
【００１５】
目標値を生成するための焦点データ信号として、２本前の走査中に取得した対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を用いることができ、或いは対物レンズ位置信号に焦点誤差信号が加算された信号を用いることもできる。
【００１６】
本発明においては、平滑化処理として、各種の処理を行うことができ、例えば移動平均処理を行うことができる。別の平滑化処理として、焦点誤差信号について又は焦点誤差信号と焦点制御信号との加算出力についてローパスフィルタ処理を行うことができる。この場合、フォトマスクに形成されたパターンの密度等に基づきカットオフ周波数が規定される。さらに、別の平滑化処理として、隣接するデータ値の差分値を形成し、差分値が所定の閾値を超える場合、当該データをカットして線形補間を行う処理も可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、同一スキャン方向に移動中に取得した焦点データ信号を用いて焦点制御信号を生成しているので、ステージ移動に起因する誤差成分の無い焦点誤差信号が形成されるので、一層高精度な焦点制御を行うことが可能になる。
さらに、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を用いて（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号を形成しているので、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に各種平滑化処理を実行することができるので、欠陥検査のスループットが大幅に改善される。
さらに、平滑化処理された焦点データ信号を用いて目標値が形成されているので、基板表面に複雑なパターンが高密度に形成されている場合であっても、回折光や散乱光による影響を受けない焦点制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるオートフォーカス装置が搭載されたマスク検査装置の光学系の構成を示す図である。
【図２】光検出手段上に形成される光スポットの移動態様を示す図である。
【図３】マスク検査装置の走査態様を示す図である。
【図４】オートフォーカス装置の信号処理装置の一例を示す図である。
【図５】信号処理装置の変形例を示す図である。
【図６】信号処理装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明による基板検査装置の光学系の構成を示す図である。本発明による基板検査装置は、フォトマスク、マスクブランクス、半導体基板、ガラス基板等の各種基板の検査に用いられる。本例では、検査される基板としてフォトマスクを用い、フォトマスクに存在する欠陥を透過光により検出する透過型のマスク検査装置を例として説明する。また、フォトマスクからの反射光を用いて欠陥を検出する反射型の検査装置、及び透過像と反射像とが合成された合成画像に基づいて欠陥を検出する検査装置にも適用することができる。さらに、本発明による基板検査装置は、対物レンズを介して基板の画像データを取得して欠陥を検出する種々の検査装置にも適用される。
【００２０】
照明光源１から検査用の照明ビームを発生する。照明光源として、例えば波長が２１３ｎｍの照明ビームを放出するレーザを用いるとこができる。照明光源から出射した照明ビームは、全反射ミラー２で反射し、コンデンサレンズ３により集光されてフォトマスク４入射する。検査の対象となるフォトマスクは、ハーフトーンマスク、バイナリーマスク等の各種フォトマスクが含まれる。フォトマスク４は、ステージ５上に載置する。ステージ５は、Ｘ方向及びこれと直交するＹ方向に移動可能なＸＹステージにより構成される。検査中、ステージ５はＸ及びＹ方向にジグザグ状に移動し、ステージ移動によりフォトマスク４を照明ビームにより走査する。ステージ５のＸ方向及びＹ方向の座標（アドレス情報）は位置センサ６により検出され、信号処理装置７に供給する。
【００２１】
フォトマスク４を透過した照明ビームは対物レンズ８により集光される。対物レンズ８はその光軸方向に沿って移動可能に支持する。対物レンズにはアクチュエータ９が連結され、アクチュエータを駆動することにより対物レンズ８は光軸方向に沿って変位する。アクチュエータとして、各種アクチュエータを用いることができる。本例では、ピエゾ素子を含むアクチュエータを用い、ピエゾ素子に印加される駆動電圧信号により対物レンズの光軸方向の変位量が制御される。対物レンズ８には、対物レンズの光軸方向の位置を検出する位置センサ１０も連結する。本例では、位置センサ１０として、Ｚ軸スケールとリニアエンコーダとの組み合わせを用い、リニアエンコーダからの出力信号を用いて対物レンズの光軸方向の高さを検出する。
【００２２】
対物レンズ８により集光された透過ビームは、ハーフミラー１１を透過し、全反射ミラー１２に入射する。全反射ミラー１２で反射した透過ビームは、結像レンズ１３を介して撮像素子１４上に結像される。撮像素子１４として、例えばTDIセンサを用いることができる。撮像素子１４から出力される画像信号は増幅器１５により増幅されて、信号処理装置７に供給される。信号処理装置７は、光検出手段から供給される画像信号を用いてフォトマスクの透過像を形成し、例えばダイ対ダイ比較によりフォトマスクに存在する欠陥を検出する。尚、欠陥を検出する方法として、ダイ対データベース方式を用いることも可能である。
【００２３】
対物レンズ８の焦点位置を制御するため、オートフォーカス装置２０を用いる。オートフォーカス装置２０は、光ビームを放出する光源２１を有する。光源２１から出射した光ビームは、ハーフミラー１１で反射し、対物レンズ８介してフォトマスク４に入射する。フォトマスクの表面で反射した反射ビームは、対物レンズ８を通過し、ハーフミラー１１及び全反射ミラー２２で反射し、光検出器２３に入射する。そして、光検出器２３上に光スポットを形成する。光検出器２３は、フォトマスクの表面に対する対物レンズの焦点状態を検出する焦点検出器として作用する。焦点検出器として、種々の形式の焦点検出器を用いることができる。また、光検出器２３として、光スポットの移動方向に配列された複数の受光素子を有するラインセンサで構成することも可能である。本例では、焦点検出器として、２個のフォトダイオード２３ａ及び２３ｂ並びに分割線２３ｃを有する２分割型の光検出器を用いる。フォトマスク４の表面で反射した反射ビームは、対物レンズを介して光検出器２３に入射し、光検出器上にほぼ円形の光スポット２４を形成する。光スポット２４は、焦点誤差に応じて一方向に移動する。よって、２つのフォトダイオード２３ａ及び２３ｂは光スポット２４の移動方向に沿って配置する。光検出器の２個のフォトダイオードからの出力信号Ｉａ及びＩｂは、対物レンズの焦点とフォトマスク表面との間の光軸方向の変位量を示す焦点誤差信号として利用され、信号処理装置２５に供給される。
【００２４】
例えば、フォトマスクに形成された撓み等によりフォトマスクの表面が光軸方向に変位すると、オートフォーカス用の光ビームのフォトマスク上の入射点も変位する。この変位に伴い、光検出器２３上に形成される光スポットは、矢印方向に変位する。この状態を図２に示す。図２（Ａ）は対物レンズの焦点がフォトマスク２３の表面上に位置する場合、すなわち対物レンズがフォトマスクの表面上に合焦したときの光スポット２４を示す。対物レンズの焦点がフォトマスク上に合焦すると、光スポット２４の中心は分割線２３ｃ上に位置する。この場合、第１及び第２のフォトダイオード２３ａ及び２３ｂから出力される出力信号Ｉａ及びＩｂの強度は互いに等しく、その差分は零となる。一方、フォトマスクの表面が光軸方向に変位し又は対物レンズが光軸方向に変位すると、オートフォーカス用の光ビームのフォトマスク表面上の入射点が変位し、この変位に伴い、光検出器上に形成される光スポットも変位する。
【００２５】
この状態を図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。一例として、図２（Ｂ）は対物レンズの焦点がフォトマスクの表面よりも上方に変位したときの光スポットの状態を示し、図２（Ｃ）は対物レンズの焦点がフォトマスクの表面よりも下方に変位したときの光スポットの状態を示す。対物レンズの焦点がフォトマスクの表面よりも上方に変位すると、第１のフォトダイオード２３ａの出力信号の強度が増大し、第２のフォトダイオードの出力信号の強度は減少する。また、対物レンズの焦点がフォトマスクの表面から下方に変位すると、第１のフォトダイオード２３ａの出力信号の強度が減少し、第２のフォトダイオード２３ｂの出力信号の強度が増大する。従って、２個のフォトダイオードの出力信号の強度差を検出することにより、対物レンズの焦点とフォトマスク表面との間の光軸方向のズレ量が検出される。尚、本例では、光検出器として２分割フォトダイオードを用いたが、光スポットの変位方向に配列された複数の受光素子を有するラインセンサで構成することも可能である。
【００２６】
次に、フォトマスク表面の走査方法について説明する。本例では、対物レンズを含む光学系は固定し、フォトマスクを保持するステージ５をＸ及びＹ方向にジグザグ状に移動し、欠陥検出用の照明ビーム及びオートフォーカス用の光ビームによりフォトマスクの表面を走査する。図３は、フォトマスクと、フォトマスクに設定された検査領域と、検査領域に設定された走査ラインとの関係を示す図である。フォトマスクについて欠陥検査すべき検査領域３０を設定する。検査領域３０は、Ｘ方向及びＹ方向により規定される矩形領域とする。Ｘ方向を第１のスキャン方向とし、第１のスキャン方向と反対向きの方向を第２のスキャン方向とし、第１及び第２のスキャン方向と直交するＹ方向を第３の方向とする。フォトマスクを保持するステージは、第１の方向に沿って移動することによりスキャンを行い、続いて所定のスパン長だけ第３の方向に移動し、続いて第１の方向と反対方向である第２の方向に移動してスキャンを行う。従って、フォトマスクは欠陥検査用の照明ビーム及びオートフォーカス用の光ビームによりジグザグ状に走査される。ここで、第３の方向の移動量は、欠陥検査に用いられる撮像素子の画像の視野により規定され、例えば１００μｍとする。
【００２７】
本発明では、第１及び第２の方向にそって走査ラインを設定し、走査ラインごとに欠陥検査用の画像データ（検査データ）を取得すると共に、対物レンズのフォトマスク表面に対する焦点状態を示す焦点誤差信号及び対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を検出する。走査ラインのライン長は、検査領域のＸ方向の長さを超える長さに設定する。走査ラインは、走査開始点から走査終了点に向けて第３の方向に沿って連続番号を付して識別する。すなわち、ｉを正の整数とした場合に、１番目の走査ラインが設定され、ｉ番目の走査ラインが設定され、ｎ番目の走査ライン上の走査により検査領域の走査が終了するように設定する。尚、走査開始後１番目及び２番目の走査ラインは検査領域３０の外側に位置するように設定する。
【００２８】
各走査ラインに沿うステージの移動中、光検出手段２３から出力される１本の走査ラインの時系列の焦点誤差信号及び位置センサ１０から出力される時系列の対物レンズ位置信号を用いて対物レンズの光軸方向の位置を制御する焦点制御信号を走査ラインごとに形成する。そして、形成した焦点制御信号により、走査中対物レンズの焦点がフォトマスクの表面上に位置するように自動的に制御する。
【００２９】
次に、本発明によるオートフォーカス方法について説明する。図４は、対物レンズの位置を制御する焦点制御信号を形成する信号処理装置２５の一例を示す図である。信号処理装置２５は、対物レンズの焦点とフォトマスク表面との間の変位量示す焦点誤差信号を形成する焦点誤差検出段４０と、焦点データ信号から目標値を生成する目標値生成手段５０と、目標値を用いて対物レンズの光軸方向の位置を制御する焦点制御信号を生成する焦点制御信号生成手段６０と有する。本例では、（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査する際の目標値を生成するための焦点データ信号として、ｉ番目の走査ラインの走査中に取得した焦点誤差信号と対物レンズ位置信号との加算値を用い、対物レンズが追従し切れないために発生した偏差を焦点誤差信号により補完する。
【００３０】
焦点検出器として機能する光検出手段２３の２つのフォトダイオード２３ａ及び２３ｂから出力される焦点信号Ｉａ及びＩｂは、Ａ／Ｄ変換器４１によりデジタル信号に変換する。２つの焦点信号は、焦点誤差信号形成手段４２に供給される。焦点誤差信号形成手段４２は、２つの焦点信号の差分（Ｉａ−Ｉｂ）を形成し、時系列の焦点誤差信号を発生する。形成された焦点誤差信号は、対物レンズの焦点とフォトマスクの表面との間の光軸方向のズレ量（変位量）に対応する。形成された信号焦点誤差信号は変位量変換手段４３に供給される。変位量変換手段は４３は、焦点誤差信号を対物レンズの光軸方向の変位量に変換する。従って、変位量変換手段４３から、光軸方向の変位量に変換された焦点誤差信号が出力される。尚、差分（Ｉａ−Ｉｂ）の符号により、対物レンズをフォトマスクに近づく方向に変位させるか又はフォトマスクから遠ざかる方向に変位させるかが決定される。変位量変換手段４２からの出力信号は目標値生成手段５０の加算手段５１に供給する。加算手段５１は２つの入力部を有し、焦点誤差信号は一方の入力部に供給される。
【００３１】
対物レンズの光軸方向の位置を検出する位置センサ１０から出力される時系列の対物レンズ位置信号は加算手段５１の他方の入力部に供給される。加算手段５１の出力信号である焦点データ信号は、ｉ番目の走査ラインに沿う移動中における対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号とその時点における焦点誤差信号とを加算したデータ信号である。従って、ｉ番目の走査ラインの走査中における対物レンズのベストフォーカス位置を示す。このベストフォーカス位置を示す焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するときの目標値を生成するための時系列データとして書込メモリ５２に記憶する。
【００３２】
書込メモリ５２は、偶数番目の走査ラインを走査したときのデータを記憶する偶数メモリと奇数番目の走査ラインを走査したときのデータを記憶する偶数メモリとを有し、各走査ラインごとに形成される焦点データ信号は、走査ラインが偶数か奇数かに応じて奇数メモリ又は偶数メモリに交互に記憶される。
【００３３】
書込メモリ５２に一時的に記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査の開始と同期して平滑化手段５３に供給される。平滑化手段５３は、焦点データ信号について平滑化処理を行い、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するときの目標値として読出メモリ５４に供給する。平滑化処理として、種々の平滑化を行うことでき、例えば移動平均処理を行うことができる。別の平滑化処理として、ローパスフィルタを用いることもできる。この場合、カットオフ周波数は、検査すべきフォトマスクのパターン密度や線幅に応じて設定することも可能である。さらに、別の平滑化処理として、時系列の焦点データ信号の隣接する位置のデータ同士の差分値を形成し、差分値が所定の閾値を超える場合、当該データ値をカットし、線形補間処理を行う平滑化処理を行うことができる。尚、平滑化処理には相当な時間を必要とするため、本例では、ｉ番目の走査ラインの走査により得られた信号についての平滑化処理は、ステージが（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に行うものとする。
【００３４】
読出メモリ５４は、書込メモリ５２と同様に、奇数メモリ及び偶数メモリを有し、平滑化処理された目標値データは、走査ラインが偶数か奇数かに応じて偶数メモリ又は奇数メモリに交互に記憶する。
【００３５】
（ｉ＋２）番目の走査ラインの走査開始と同期して、読出メモリ５４に記憶されている１走査ライン分の目標値がステージの移動と同期して焦点制御信号形成手段６０の減算手段６１の一方の入力部に順次供給される。減算手段６１の他方の入力部には位置センサ１０から出力される対物レンズの現在位置を示す位置信号が順次供給される。減算手段６１は、目標値と対物レンズ位置信号との差分を形成し、目標値と対物レンズの位置との偏差を示す偏差信号を出力する。
【００３６】
減算手段６１からの出力信号は、スィッチ６２の第１の入力部６２ａに供給される。スィッチ６２の第２の入力部６２ｂは、変位量変換手段４３出力部に接続する。スィッチ６２のコモン端子６２ｃはPID制御手段（補償器）６３に接続する。スィッチ６２は、検査開始後初めの２本の走査ラインを走査する間コモン端子６２ｃと第２入力部６２ｂとが接続され、３本目以降の走査ラインを走査する間第１入力部６２ａとコモン端子６２ｃとが接続されるように制御される。従って、検査開始後検査領域３０の外側に位置する２本の走査ラインを走査する期間中、変位量変換手段４３から出力される焦点誤差信号に対応する変位量がPID制御手段６３に供給され、３番目以降の走査ラインを走査する期間中減算手段６１から出力される偏差信号がPID制御手段に供給される。
【００３７】
減算手段６１からの出力信号は、スィッチ６２を通過し、PID制御手段６３に入力する。PID制御手段６３は、目標値と対物レンズ位置信号との間の偏差に基づいてPID制御信号を生成し、対物レンズの光軸方向の位置を制御する焦点制御信号として出力する。このPID制御信号は、Ｄ／Ａ変換器７１によりアナログ信号に変換され、アクチュエータ駆動回路７２に入力する。アクチュエータ駆動回路７２は、対物レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータ９を駆動する駆動信号を発生し、対物レンズ８の光軸方向の位置を制御する。すなわち、目標値に追従するように対物レンズの光軸方向の位置が制御される。
【００３８】
本例では、（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査する際、２本前のｉ番目の走査ラインの走査中に得た対物レンズのベストフォーカス位置を目標値とし、目標値と対物レンズ位置信号との間の偏差に基づいてフィードフォワード制御が行われる。この場合、目標値に含まれる焦点誤差信号成分は、平滑化処理により平滑化されており、且つ対物レンズ位置信号は回折光や散乱光による影響が小さい。従って、フォトマスクから出射する回折光や散乱光による影響を受けない安定した焦点制御が行われる。
【００３９】
次に、本例のオートフォーカス動作について説明する。図３に示すように、検査の開始に伴い、１番目の走査ラインに沿って第１のスキャン方向にステージが移動する。この際、スィッチ６２は第２の入力部６２ｂとコモン端子６２ｃが接続される。従って、変位量変換手段４３から供給される焦点誤差信号に対応する変位量がPID制御手段６３に供給され、対物レンズは、焦点誤差信号に基づくフィードバック制御が行われる。一方、焦点誤差信号に対応する変位量と対物レンズの位置信号が加算手段５１に供給され、その加算出力が焦点データ信号として書込メモリ５２の奇数メモリに記憶される。
【００４０】
１番目の走査ラインの走査が終了すると、ステージは所定のスパン長だけ第３の方向値に移動し、続いて反対向きの第２のスキャン方向に沿って第２の走査ラインに沿って移動を開始する。この第２の走査ラインの走査中、スィッチ６２は同一の状態に維持され、対物レンズの光軸方向の位置は、焦点誤差信号から形成される変位量に基づきフィードバック制御が行われる。一方、第２の走査ラインの走査開始に伴い、書込メモリに記憶された焦点データ信号は、平滑化手段５３に供給され、平滑化処理が行われる。すなわち、反対向きのステージ移動が行われる間に、その前に取得された焦点データ信号について平滑化処理が行われ、平滑化された焦点データ信号は読出メモリ５４の奇数メモリに記憶される。また、位置センサから出力される対物レンズ位置信号と焦点誤差信号に基づく変位量が加算手段５１に供給され、２番目の走査ラインの焦点データ信号が書込メモリ５２の偶数メモリに順次記憶される。
【００４１】
２番目の走査ラインの走査が終了すると、スィッチ６２は減算手段６１とコモン端子とが接続するように切り換わる。続いて、ステージは３番目の走査ラインに沿って第１のスキャン方向に移動を開始する。この際、読出メモリ５４に記憶されている目標値が順次減算手段６１に供給されると共に、位置センサ１０から出力される対物レンズ位置信号も減算手段に供給される。そして、目標値と現在位置との偏差に基づくPID制御信号が形成され、対物レンズの光軸方向の位置は目標値に追従するように制御される。また、書込メモリに記憶されている焦点データ信号は平滑化手段に供給されて平滑化処理がおこなわれる。さらに、加算手段５１からの加算出力は書込メモリ５２の奇数メモリに順次記憶される。このようにして、最終の走査ラインの走査が行われ、検査が終了する。
【００４２】
図５は本発明による信号処理装置の変形例を示す図である。本例では、焦点誤差信号を用いるフィードバック系と対物レンズ位置信号を用いるフィードバック系とを組み合わせたハイブリッド型の制御により対物レンズの光軸方向の位置を制御する。尚、図４で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。光検出手段２３の２つのフォトダイオード２３ａ及び２３ｂから出力される時系列の焦点信号Ｉａ及びＩｂは、Ａ／Ｄ変換器４１によりデジタル信号に変換する。２つの焦点信号は、焦点誤差信号形成手段４２に供給され、焦点誤差信号を形成する。形成された信号焦点誤差信号は符号反転手段６４に供給され、その符号が反転される。符号反転した焦点誤差信号は第１のPID制御手段６５に供給され、焦点誤差信号に基づく第１のPID制御信号が形成される。第１のPID制御信号は加算手段６６の入力部に供給される。
【００４３】
本例では、焦点データ信号として対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を用いる。位置センサ１０から出力されるｉ番目の走査ラインの走査中に検出される時系列の対物レンズ位置信号は焦点データ信号として書込メモリ５２に供給され、焦点データ信号として順次記憶する。この焦点データ信号（対物レンズ位置信号）は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査に対応して平滑化手段５３に供給され、平滑化処理が行われる。平滑化された焦点データ信号は、読出メモリ５４に記憶され、（ｉ＋２）番目の走査ラインの走査のための目標値とする。
【００４４】
読出メモリ５４に記憶した目標値は、（ｉ＋２）番目の走査ラインの走査と同期して減算手段６１に供給する。減算手段６１には、現在の対物レンズの位置を示す対物レンズ位置信号も供給される。そして、目標値と現在の対物レンズの位置信号との偏差が形成され、当該偏差は第２のPID制御手段６７に供給する。第２のPID制御手段６７は、平滑化された２ライン前の対物レンズ位置信号と現在の対物レンズ位置信号との偏差に基づいて第２のPID制御信号を生成する。この第２のPID制御信号は、スィッチ６８を介して加算手段６６に供給される。スィッチ６８は、走査開始後２本の走査ラインの走査中開放され、３番目の走査ラインの走査から閉止される。
【００４５】
加算手段６６において、焦点誤差信号から形成された第１のPID制御信号と対物レンズ位置信号から形成された第２のPID制御信号とが加算され、焦点制御信号が形成される。焦点制御信号はＤ／Ａ変換器７１によりアナログ信号に変換され、アクチュエータ駆動回路７２に入力する。アクチュエータ駆動回路７２は、対物レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータ９を駆動する駆動信号を発生し、対物レンズ８の光軸方向の位置を制御する。すなわち、本例では、対物レンズは焦点誤差信号によるフィードバック系に追従すると共に、対物レンズ位置信号によるフィードバック系にも追従する。
【００４６】
本例では、検査開始後初めの２本の走査ラインの走査中検査は行わず、目標値を取得するための準備動作としての走査が行われる。この際、スィッチ６８が開放し、焦点誤差信号に基づくフィードバック制御により対物レンズの位置を制御する。一方、３本目以降の走査ラインの走査中は対物レンズ位置信号に基づくフィードバック制御と焦点誤差信号に基づくフィードバック制御とを併用した制御が行われる。
【００４７】
本例では、焦点誤差信号を用いるフィードバック系については、外乱の影響を小さくするため、PID制御手段（補償器）は応答性の低い低周波の追従を行うように設定することが望ましい。すなわち、積分ゲインが大きく微分ゲインを小さくするPID制御が行われるようにゲイン調整が行われる。これに対して、対物レンズ位置信号を用いるフィードバック系については、平滑化処理されノイズ成分が少ないため、応答性の高い高周波の駆動も可能なPID制御が行われるようにゲイン調整する。このように、ゲイン特性の異なる２つのフィードバック系を併用すれば、低周波数から高周波数までの追従を相補的に補間するハイブリッド型のフィードバック制御が実現される。
【００４８】
図６は本発明による信号処理装置の変形例を示す図である。本例では、焦点誤差信号を用いるフィードバック制御と対物レンズ位置信号を用いるフィードフォワード制御とを組み合わせた制御により対物レンズの光軸方向の位置を制御する。尚、図５で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、目標値を生成するための焦点データ信号として位置センサから出力される対物レンズ位置信号を用いる。光検出手段２３の２つのフォトダイオード２３ａ及び２３ｂから出力される時系列の焦点信号Ｉａ及びＩｂは、Ａ／Ｄ変換器４１によりデジタル信号に変換する。２つの焦点信号は、焦点誤差信号形成手段４２に供給され、焦点誤差信号を形成する。形成された信号焦点誤差信号は符号反転手段６４に供給され、その符号が反転される。符号反転した焦点誤差信号は第１のPID制御手段６５に供給され、焦点誤差信号に基づく第１のPID制御信号が形成される。第１のPID制御信号は加算手段６９の入力部に供給される。
【００４９】
位置センサ１０から出力されるｉ番目の走査ラインの走査中に検出される時系列の対物レンズ位置信号は書込メモリ５２に供給され、焦点データ信号として順次記憶する。この対物レンズ位置信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査に対応して平滑化手段５３に供給され、平滑化処理が行われる。平滑化された対物レンズ位置信号は、電圧変換手段５５に供給され、対物レンズの位置に対応するアクチュエータの電圧値に変換される。変換された電圧値は読出メモリ５４に記憶され、（ｉ＋２）番目の走査ラインの走査のための目標値とする。
【００５０】
読出メモリに記憶されている目標値としての時系列の電圧データは、（ｉ＋２）番目の走査ラインの走査と同期して加算手段６９の他方の入力部に供給される。加算手段６９において、焦点誤差信号から形成された第１のPID制御信号と対物レンズ位置信号から形成された目標値とが加算される。そして、加算出力はＤ／Ａ変換器７１によりアナログ信号に変換され、アクチュエータ駆動回路７２に入力する。アクチュエータ駆動回路７２は、対物レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータ９を駆動する駆動信号を発生し、対物レンズ８の光軸方向の位置を制御する。
【００５１】
本例では、検査の終了に伴い、読出メモリ及び書込メモリは０にクリアーするものとする。従って、読出メモリ５４は、検査開始後２本の走査ラインの走査のデータについて零が記憶されているため、検査開始後２本の走査ラインの走査中、焦点誤差信号に基づくフィードバック制御が行われ、その間に取得された対物レンズ位置信号は順次書込メモリに記憶する。その後の処理は、図４及び図５に示す実施例と同様である。
【００５２】
本例では、走査中における対物レンズの光軸方向の位置は、焦点誤差信号によるフィードバック制御と、対物レンズ位置信号から形成した制御電圧値（目標値）に追従するフィードフォワード制御とを併用した制御方式により制御される。従って、本例では、焦点誤差信号を用いるフィードバック制御と対物レンズ位置信号を用いるフィードフォワード制御とが相補的に作用する。すなわち、焦点誤差信号によるフィードバック制御はフォトマスクのパターン回折によるノイズが含まれると共に追従遅れが発生する。一方、フィードバック制御と共にフィードフォワード制御を併用することにより、フィードバック制御の欠点を補完する利点が達成される。
【００５３】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、検査の対象としてフォトマスクを用いたが、各種半導体基板やマスクブランクスの欠陥を検出する基板検査装置にも適用される。
【００５４】
上述した実施例では、基板を支持するステージをジグザグ状に移動させる構成としたが、大型のフォトマスク検査装置において実施されているように、ステージを固定し対物レンズをジグザグ状に移動させて基板表面を走査することも可能である。
【００５５】
また、上述した実施例では、ｉ番目の走査ラインの走査中に得た焦点誤差信号を用いて（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための焦点制御信号を作成したが、ｉ番目の走査ラインの走査中に得た焦点誤差信号を用いて（ｉ＋４）番目、又は（ｉ＋６）番目等の（ｉ＋２ｍ）番目（ｍは自然数）の走査ラインの走査に用いられる焦点制御信号を作成することも可能である。すなわち、ｉ番目の走査ラインを走査する際のステージの移動方向と（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査する際の走査方向とは互いに一致し、走査中のステージの姿勢が同一であるためである。
【００５６】
また、上述した実施例では、フォトマスクについて欠陥検査を行う検査装置における対物レンズの位置制御について説明したが、本発明は、検査装置だけでなく、各種試料から出射した反射光又は透過光を対物レンズにより集光して画像データを取得する各種光学装置の焦点制御にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  照明光源
２  全反射ミラー
３  コンデンサレンズ
４  フォトマスク
５  ステージ
６  位置センサ
７  信号処理装置
８  対物レンズ
９  アクチュエータ
１０  位置センサ
１１  ハーフミラー
１２  全反射ミラー
１３  結像レンズ
１４  撮像素子
１５  増幅器
２０  オートフォーカス装置
２１  光源
２２  全反射ミラー
２３  光検出手段
２４  光スポット
２５  信号処理装置
４０  焦点誤差検出手段
５０  目標値形成手段
６０  焦点制御信号形成手段
【図１】
2012237687.tif 000003
【図２】
2012237687.tif 000004
【図３】
2012237687.tif 000005
【図４】
2012237687.tif 000006
【図５】
2012237687.tif 000007
【図６】
2012237687.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月30日(2011.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査されるべき基板を支持するステージと、基板に向けて照明ビームを投射する照明光学系と、基板から出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中に基板の検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズと基板の表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は対物レンズ位置信号に焦点誤差信号が加算された信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号から、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値を用いて焦点制御信号を生成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記焦点データ信号は、前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号により構成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項５】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記焦点データ信号は、前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号と光軸方向の変位量に変換された焦点誤差信号とを含むことを特徴とする基板検査装置。
【請求項６】
請求項３、４又は５に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として出力することを特徴とする基板検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の基板検査装置において、前記第１及び第２のメモリは、奇数番目の走査ラインの走査により取得したデータを記憶する奇数メモリ及び偶数番目の走査ラインの走査により取得したデータを記憶する偶数メモリをそれぞれ有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項８】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記平滑化手段は、入力した焦点データ信号について移動平均処理を実行することを特徴とする基板検査装置。
【請求項９】
請求項５に記載の基板検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分を形成する減算手段と、減算手段からの出力信号に基づいて焦点制御信号を形成するPID制御信号形成手段とを有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の基板検査装置において、焦点制御信号形成手段は、前記焦点誤差検出手段から出力される焦点誤差信号に基づいて第１のPID制御信号を形成する第１のPID制御信号形成手段と、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分に基づいて第２のPID制御信号を形成する第２のPID制御信号形成手段と、第１のPID制御信号と第２のPID制御信号とを加算する加算手段とを有し、焦点誤差信号を用いるフィードバック制御と対物レンズ位置信号を用いるフィードバック制御とのハイブリッド制御により焦点制御信号を形成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板検査装置において、前記第１のPID制御信号は高周波数領域における応答性が低くなるようにゲイン調整され、前記第２のPID制御信号は高周波数領域における応答性が高くなるようにゲイン調整されていることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板検査装置において、前記第１のPID制御信号は、積分ゲインが大きく微分ゲインが小さくなるようにゲイン調整されていることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１３】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記焦点誤差信号を用いてPID制御信号を生成する手段を含み、
前記目標値生成手段は平滑化された対物レンズ位置信号を制御電圧値に変換する手段を含み、変換された制御電圧値は前記第２のメモリに目標値として記憶され、
前記焦点制御信号生成手段は、前記PID制御信号と第２のメモリから出力される目標値とを加算する加算手段を有し、当該加算手段からの出力信号を用いて焦点制御信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点誤差検出手段は、対物レンズを介して基板に向けて光ビームを投射する光源と、基板からの反射光を対物レンズを介して受光する受光手段とを有し、前記受光手段は、受光手段上に形成される光スポットが焦点誤差に応じて変位する方向に配列された第１及び第２の光検出器を有し、これら２つの光検出器の出力信号の差分に基づいて焦点誤差信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点誤差検出手段は、対物レンズを介して基板に向けて光ビームを投射する光源と、基板からの反射光を対物レンズを介して受光する光検出手段とを有し、前記光検出手段は、光検出手段上に形成される光スポットが焦点誤差に応じて変位する方向に配列された複数の受光素子を有し、これら受光素子からの出力信号に基づいて焦点誤差信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインの走査中、前記対物レンズの光軸方向の位置は、前記焦点誤差信号を用いるフィードバック制御により制御されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインは、基板に設定されている検査領域の外側に位置することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１８】
フォトマスクについて欠陥検査を行うマスク検査装置であって、
検査されるべきフォトマスクを支持するステージと、フォトマスクに向けて照明ビームを投射する照明光学系と、フォトマスクから出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中にフォトマスクの検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズと基板の表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は対物レンズ位置信号と焦点誤差信号とが加算された信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のマスク検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号から、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値から焦点制御信号を生成することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として用いることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、前記対物レンズ位置信号と焦点誤差信号とを加算して焦点データ信号を形成する手段を含み、対物レンズ位置信号と焦点誤差信号とが加算された焦点データ信号が前記第１のメモリに記憶されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２３】
フォトマスクに存在する欠陥を光学的に検出するマスク検査装置であって、
検査されるべきフォトマスクを支持するステージと、フォトマスクに向けて照明ビームを投射する照明光学系と、フォトマスクから出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中にフォトマスクの検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズとフォトマスクの表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号と焦点誤差検出手段から出力される焦点誤差信号とを加算して焦点データ信号を形成する手段と、
前記焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載のマスク検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号を用いて、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値から焦点制御信号を生成することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載のマスク検査装置において、前記平滑化手段は、入力した焦点データ信号について移動平均処理を実行することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２８】
請求項２６又は２７に記載のマスク検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分を形成する減算手段と、減算手段からの出力信号に基づいて焦点制御信号を形成するPID制御信号形成手段とを有することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２９】
請求項２３から２８までのいずれか１項に記載のマスク検査装置において、  検査開始後初めの２本の走査ラインの走査中、前記対物レンズの光軸方向の位置は、前記焦点誤差信号を用いるフィードバック制御により制御されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載のマスク検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインは、基板に設定されている検査領域の外側に位置することを特徴とするマスク検査装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明による基板検査装置は、検査されるべき基板を支持するステージと、基板に向けて照明ビームを投射する照明光学系と、基板から出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中に基板の検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズと基板の表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は対物レンズ位置信号に焦点誤差信号が加算された信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
次に、本発明によるオートフォーカス方法について説明する。図４は、対物レンズの位置を制御する焦点制御信号を形成する信号処理装置２５の一例を示す図である。信号処理装置２５は、対物レンズの焦点とフォトマスク表面との間の変位量示す焦点誤差信号を形成する焦点誤差検出手段４０と、焦点データ信号から目標値を生成する目標値生成手段５０と、目標値を用いて対物レンズの光軸方向の位置を制御する焦点制御信号を生成する焦点制御信号生成手段６０と有する。本例では、（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査する際の目標値を生成するための焦点データ信号として、ｉ番目の走査ラインの走査中に取得した焦点誤差信号と対物レンズ位置信号との加算値を用い、対物レンズが追従し切れないために発生した偏差を焦点誤差信号により補完する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
減算手段６１からの出力信号は、スィッチ６２の第１の入力部６２ａに供給される。スィッチ６２の第２の入力部６２ｂは、変位量変換手段４３の出力部に接続する。スィッチ６２のコモン端子６２ｃはPID制御手段（補償器）６３に接続する。スィッチ６２は、検査開始後初めの２本の走査ラインを走査する間コモン端子６２ｃと第２入力部６２ｂとが接続され、３本目以降の走査ラインを走査する間第１入力部６２ａとコモン端子６２ｃとが接続されるように制御される。従って、検査開始後検査領域３０の外側に位置する２本の走査ラインを走査する期間中、変位量変換手段４３から出力される焦点誤差信号に対応する変位量がPID制御手段６３に供給され、３番目以降の走査ラインを走査する期間中減算手段６１から出力される偏差信号がPID制御手段に供給される。
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月22日(2011.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査されるべき基板を支持するステージと、基板に向けて照明ビームを投射する照明光学系と、基板から出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中に基板の検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズと基板の表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は対物レンズ位置信号に焦点誤差信号が加算された信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号から、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値を用いて焦点制御信号を生成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記焦点データ信号は、前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号により構成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項５】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は対物レンズ位置信号に焦点誤差信号を加算する加算手段を有し、前記焦点データ信号は、前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号と光軸方向の変位量に変換された焦点誤差信号とを含むことを特徴とする基板検査装置。
【請求項６】
請求項３、４又は５に記載の基板検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として出力することを特徴とする基板検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の基板検査装置において、前記第１及び第２のメモリは、奇数番目の走査ラインの走査により取得したデータを記憶する奇数メモリ及び偶数番目の走査ラインの走査により取得したデータを記憶する偶数メモリをそれぞれ有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項８】
請求項３に記載の基板検査装置において、前記平滑化手段は、入力した焦点データ信号について移動平均処理を実行することを特徴とする基板検査装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の基板検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分を形成する減算手段と、減算手段からの出力信号に基づいて焦点制御信号を形成するPID制御信号形成手段とを有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載の基板検査装置において、焦点制御信号形成手段は、前記焦点誤差検出手段から出力される焦点誤差信号に基づいて第１のPID制御信号を形成する第１のPID制御信号形成手段と、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分に基づいて第２のPID制御信号を形成する第２のPID制御信号形成手段と、第１のPID制御信号と第２のPID制御信号とを加算する加算手段とを有し、焦点誤差信号を用いるフィードバック制御と対物レンズ位置信号を用いるフィードバック制御とのハイブリッド制御により焦点制御信号を形成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板検査装置において、前記第１のPID制御信号は高周波数領域における応答性が低くなるようにゲイン調整され、前記第２のPID制御信号は高周波数領域における応答性が高くなるようにゲイン調整されていることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板検査装置において、前記第１のPID制御信号は、積分ゲインが大きく微分ゲインが小さくなるようにゲイン調整されていることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１３】
請求項６又は７に記載の基板検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記焦点誤差信号を用いてPID制御信号を生成する手段を含み、
前記目標値生成手段は平滑化された対物レンズ位置信号を制御電圧値に変換する手段を含み、変換された制御電圧値は前記第２のメモリに目標値として記憶され、
前記焦点制御信号生成手段は、前記PID制御信号と第２のメモリから出力される目標値とを加算する加算手段を有し、当該加算手段からの出力信号を用いて焦点制御信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点誤差検出手段は、対物レンズを介して基板に向けて光ビームを投射する光源と、基板からの反射光を対物レンズを介して受光する受光手段とを有し、前記受光手段は、受光手段上に形成される光スポットが焦点誤差に応じて変位する方向に配列された第１及び第２の光検出器を有し、これら２つの光検出器の出力信号の差分に基づいて焦点誤差信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の基板検査装置において、前記焦点誤差検出手段は、対物レンズを介して基板に向けて光ビームを投射する光源と、基板からの反射光を対物レンズを介して受光する光検出手段とを有し、前記光検出手段は、光検出手段上に形成される光スポットが焦点誤差に応じて変位する方向に配列された複数の受光素子を有し、これら受光素子からの出力信号に基づいて焦点誤差信号が形成されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインの走査中、前記対物レンズの光軸方向の位置は、前記焦点誤差信号を用いるフィードバック制御により制御されることを特徴とする基板検査装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインは、基板に設定されている検査領域の外側に位置することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１８】
フォトマスクについて欠陥検査を行うマスク検査装置であって、
検査されるべきフォトマスクを支持するステージと、フォトマスクに向けて照明ビームを投射する照明光学系と、フォトマスクから出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージ又は対物レンズは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中にフォトマスクの検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズと基板の表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記対物レンズ位置信号又は対物レンズ位置信号と焦点誤差信号とが加算された信号により構成される焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のマスク検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号から、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値から焦点制御信号を生成することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、前記焦点データ信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として用いることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、前記対物レンズ位置信号と焦点誤差信号とを加算して焦点データ信号を形成する手段を含み、対物レンズ位置信号と焦点誤差信号とが加算された焦点データ信号が前記第１のメモリに記憶されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２３】
フォトマスクに存在する欠陥を光学的に検出するマスク検査装置であって、
検査されるべきフォトマスクを支持するステージと、フォトマスクに向けて照明ビームを投射する照明光学系と、フォトマスクから出射する透過光又は反射光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射した透過光又は反射光を受光する光検出手段と、対物レンズを光軸方向に駆動する駆動装置と、対物レンズの光軸方向の位置を検出して対物レンズの光軸方向の位置を示す対物レンズ位置信号を出力する位置センサと、対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス装置とを具え、
前記ステージは、第１のスキャン方向、第１のスキャン方向と反対向きの第２のスキャン方向、及び第１及び第２のスキャン方向と直交する第３の方向に沿ってジグザグ状に移動して、前記第３の方向に順次設定された走査ラインを順次走査し、各走査ラインの走査中にフォトマスクの検査データが取得されると共に対物レンズの光軸方向の位置データが取得され、
前記オートフォーカス装置は、対物レンズとフォトマスクの表面との間の焦点誤差を検出し、焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出手段と、
前記位置センサから出力される対物レンズ位置信号と焦点誤差検出手段から出力される焦点誤差信号とを加算して焦点誤差信号が加算された対物レンズ位置信号を焦点データ信号として形成する手段と、
前記焦点データ信号を用いて、対物レンズの光軸方向の位置を制御するための焦点制御信号を形成する焦点制御信号生成手段とを有し、
ｉを正の整数とした場合に、ｉ番目の走査ラインを走査する間に取得した焦点データ信号を用いて、ｍを自然数とした場合に、（ｉ＋２ｍ）番目の走査ラインを走査するときの焦点制御信号が生成されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載のマスク検査装置において、前記オートフォーカス装置は、さらに、前記焦点データ信号を用いて、焦点制御に用いられる目標値を走査ラインごとに生成する目標値生成手段を有し、当該目標値生成手段は焦点データ信号を平滑化する手段を有し、
前記焦点制御信号生成手段は、走査ラインごとに生成された目標値から焦点制御信号を生成することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載のマスク検査装置において、前記ｍは１とされ、前記目標値生成手段は、ｉ番目の走査ラインの走査により取得した焦点データ信号を（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化処理し、平滑化された焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインを走査するための目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載のマスク検査装置において、前記目標値生成手段は、さらに、前記焦点データ信号を記憶する第１のメモリと、前記平滑化手段により平滑化された焦点データ信号を記憶する第２のメモリとを含み、
ｉ番目の走査ラインの走査により取得され第１のメモリに記憶された焦点データ信号は、（ｉ＋１）番目の走査ラインの走査中に平滑化され、平滑化された焦点データ信号は第２のメモリに記憶され、第２のメモリに記憶した焦点データ信号を（ｉ＋２）番目の走査ラインの目標値として出力することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載のマスク検査装置において、前記平滑化手段は、入力した焦点データ信号について移動平均処理を実行することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２８】
請求項２６又は２７に記載のマスク検査装置において、前記焦点制御信号生成手段は、前記第２のメモリから出力される目標値と位置センサから出力される対物レンズ位置信号との差分を形成する減算手段と、減算手段からの出力信号に基づいて焦点制御信号を形成するPID制御信号形成手段とを有することを特徴とするマスク検査装置。
【請求項２９】
請求項２３から２８までのいずれか１項に記載のマスク検査装置において、  検査開始後初めの２本の走査ラインの走査中、前記対物レンズの光軸方向の位置は、前記焦点誤差信号を用いるフィードバック制御により制御されることを特徴とするマスク検査装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載のマスク検査装置において、検査開始後初めの２本の走査ラインは、基板に設定されている検査領域の外側に位置することを特徴とするマスク検査装置。